S 16 INFORMATIONSFLUSS. für Mitglieder des Erftverbandes. Stoffausträge aus Braunkohlen - ab raum kippen. Hochwassersituation an der Erft

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1 S 16 für Mitglieder des Erftverbandes INFORMATIONSFLUSS Grundwasserstand [m NHN] Messung Prognose Grundwasserwiederanstieg 3 GRUND- WASSERSTANDS ENTWICKLUNG Grundwasserwiederanstieg im Rheinischen Braunkohlenrevier 8 GRUNDWASSER BESCHAFFENHEIT Stoffausträge aus Braunkohlen - ab raum kippen 12 HOCHWASSER MANAGEMENT Hochwassersituation an der Erft

2 2 INFORMATIONSFLUSS S 16 SONDERAUSGABE EDITORIAL Grundwasserwiederanstieg: Aufklärung tut Not Die Grundwasserabsenkungen im Rheinischen Braunkohlenrevier und ihre Folgen zu erforschen und darauf aufbauend die Wasserversorgung sicherzustellen, war ein wesentlicher Aspekt bei der Gründung des sondergesetzlichen Erftverbandes im Jahr Die daraufhin eingerichteten umfangreichen Grundwasserüberwachungssysteme und insbesondere die in den letzten Jahrzehnten großräumig installierten Gegenmaßnahmen haben dazu geführt, dass die negativen Auswirkungen der Grundwasserabsenkungen nicht nur für die Wasserversorgung, sondern zunehmend auch für die Gewässer und die schützenswerten Feuchtgebiete deutlich vermindert werden konnten. Dies erklärt zumindest teilweise, warum derzeit in der Öffentlichkeit weniger die Folgen der Grundwasserabsenkung als vielmehr die zukünftigen Auswirkungen des Grundwasserwiederanstiegs diskutiert werden. Mit diesem Sonderheft möchten wir Sie über den Grundwasserwiederanstieg in unserer Region fachlich informieren. Und wir wollen damit auch Analysen und Anregungen nach außen geben, die zu einer Versachlichung der Diskussion beitragen können. Wir gehen u. a. den Fragen nach: Wann und wo findet der Grundwasserwiederanstieg statt. Welche Folgen ergeben sich daraus? Worauf gründet sich die besondere Situation in der Erftaue? Wie wirkt sich der Grundwasserwiederanstieg auf das Hochwasserrisiko aus? Antworten auf diese und weitere Fragen finden Sie in diesem Heft. Ich wünsche Ihnen eine spannende Lektüre. Ihr INHALT 2 Editorial 2 Meine Meinung 3 Grundwasserwiederanstieg im Rheinischen Braunkohlenrevier 4 Aktuell 5 Sondersituation Erftaue zwischen Bedburg und Kerpen 6 Grundwasserwiederanstieg und Vernässungsproblematik 7 Bedeutung von Grabensystemen nach Grundwasserwiederanstieg Beispiel Norf 8 Stoffausträge aus Braunkohlenabraumkippen 10 Auswirkungen der bergbaulichen Grundwasserabsenkung auf die Landnutzung 11 Autoren dieser Ausgabe, Impressum 12 Hochwassersituation an der Erft nach Grundwasserwiederanstieg MEINE MEINUNG Grundwassermanagement als Zukunftsaufgabe Maria Pfordt Bürgermeisterin der Kreisstadt Bergheim Es ist zu begrüßen, dass der Erftverband mit diesem Sonderheft ein Thema aufgreift, das die Menschen in unserer Region zunehmend bewegt: Der Anstieg des Grundwassers, wenn der Braunkohlenbergbau beendet ist. Es dauert noch ein paar Jahrzehnte, bis das Wasser in unserer Region wieder deutlich ansteigt. Dennoch fragen sich schon jetzt viele Anwohner, ob sie mit gefluteten Kellern rechnen müssen. Seit dem Mittelalter hat sich die Erft immer wieder verändert. Im 19. Jahrhundert war durch die zahlreichen Mühlen das Grundwasser erheblich gestiegen. Wegen Krankheiten und Versumpfung bestand dringender Handlungsbedarf. Im Jahr 1859 wurde deshalb die Vorgängerin des Erftverbandes gegründet,»die Genossenschaft für die Melioration der Erftniederung.«Sie sorgte für die Begradigung der Erft. Das Grundwasser wurde durch den schnelleren Abfluss des Wassers gesenkt und angrenzende Flächen für die Landwirtschaft nutzbar gemacht. Dieser kleine Blick in die Geschichte zeigt: Die Erfahrungen des Erftverbandes mit unserer Erftregion und der Grundwasserabsenkung sind groß. In Zusammenarbeit mit anderen Institutionen hat der Erftverband seit dem Beginn der großräumigen Sümpfungsmaßnahme in den 50er-Jahren des letzten Jahrhunderts umfangreiche Messungen und Untersuchungen durchgeführt. Sie bilden heute die Grundlage für fundierte Prognosen, wenn in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts, ab 2070, das Grundwasser wieder signifikant ansteigt. Eine zentrale Zukunftsaufgabe wird es sein, durch ein professionelles Grundwassermanagement die bestehenden Nutzungen nach dem Ende des Tagebaus weiter zu erhalten. Gepumpt werden muss auf jeden Fall, damit eine unserer wichtigsten Straßen, die A 61, durchgängig zu befahren ist. Das Hochwasserrückhaltebecken Garsdorf zwischen Bedburg und Bergheim oder die Maßnahme zur Kappung der Grundwasserspitzen in Korschenbroich zeigen deutlich: Die Zukunftsaufgabe Grundwassermanagement ist beim Erftverband gut aufgehoben. Text: Maria Pfordt Dr. Bernd Bucher

3 SONDERAUSGABE S 16 INFORMATIONSFLUSS 3 GRUNDWASSERSTANDSENTWICKLUNG Grundwasserwiederanstieg im Rheinischen Braunkohlenrevier Langfristig werden sich die natürlichen vorbergbaulichen Grundwasserverhältnisse wieder einstellen Das Rheinische Revier ist mit einem Vorrat von ca. 55 Mrd. Tonnen die größte zusammenhängende Braunkohlenlagerstätte Europas. In den Großtagebauen Garzweiler, Hambach und Inden werden heute jährlich ca Mio. Tonnen Braunkohle überwiegend zur Verstromung gewonnen. Neben diesen aktiven Tagebauen existieren diverse ehemalige Tagebaue, die zum überwiegenden Anteil bereits rekultiviert sind. Um die Braunkohle im Tagebau gewinnen zu können, ist es auch aus Standsicherheitsgründen erforderlich, die Grundwasserleiter oberhalb der Flöze vor dem Anschnitt zu entwässern. Darüber hinaus ist es notwendig, den Druckwasserspiegel unter den lokal tiefsten Abbaustand abzusenken, um einen hydraulischen Grundbruch auszuschließen. Die Grundwasserabsenkung erfolgt überwiegend mittels Vertikalfilterbrunnen, die im Vorfeld und am Rand sowie an den Sohlen der Tagebaue angeordnet sind. Aufgrund des wasserrechtlichen Gebots einer größtmöglichen Ressourcenschonung sowie aufgrund von wirtschaftlichen Erwägungen wird das Grundwasser bei der Sümpfung nur so weit abgesenkt, wie es zum sicheren Betrieb notwendig ist. Dennoch unterliegen weite Bereiche bergbaubedingten Absenkungen des Grundwasserspiegels. Im obersten Grundwasserstockwerk ist aktuell eine Fläche von ca km 2 von den Sümpfungsmaßnahmen beeinflusst. Die Grundwasserabsenkung beträgt in diesem Horizont meist wenige Meter. In den tieferen Schichten reicht der Absenkungsbereich aus hydraulischen Gründen weiter, so dass hier eine Fläche von knapp km 2 beeinflusst ist. Im Vergleich zum obersten Stockwerk kann die Absenkung des Grundwasserdruckspiegels in den Liegendleitern Werte von mehreren hundert Metern erreichen. Sofern die Grundwasserabsenkung Einfluss auf Schutzgüter nimmt, sind die Wasserversorgung, die Abflüsse in bedeutenden Oberflächengewässern Nordöstliche Erftscholle: Zeitlicher Verlauf der Grundwasserabsenkung und des Grundwasserwiederanstiegs von 1954 bis heute GW-Stand [m NHN] WWJ sowie die Grundwasserverhältnisse in ökologisch wertvollen Feuchtgebieten gemäß der Braunkohlenpläne sowie der berg- und wasserrechtlichen Genehmigungen durch geeignete Gegenmaßnahmen sicherzustellen. Die Einhaltung dieser Ziele wird fortlaufend überwacht. Die großräumige Absenkung des Grundwasserspiegels begann in den 1950er- und 1960er-Jahren mit den Sümpfungsmaßnahmen für die Tagebaue Zukunft/West, Inden und die Großtagebaue in der Ville. Infolge der anfänglich besonders großen vorlaufenden Sümpfungswassermengen von über 1 Mrd. m 3 /a war diese Phase mit einer schnellen Absenkung des Grundwasserspiegels verbunden. Heute ist der in den 1950erbis 1970er-Jahren entstandene Absenkungstrichter weitgehend stabil und es werden sich mit der Weiterentwicklung der Braunkohlentagebaue zukünftig nur noch geringfügige Änderungen ergeben. Langfristiges wasserwirtschaftliches Ziel für die Zeit nach Bergbauende ist dabei die Wiederherstellung der natürlichen vorbergbaulichen Grundwasserverhältnisse im Sinne eines sich selbst regulierenden Wasserhaushalts. Im Umfeld einiger rekultivierter Alttagebaue hat der Grundwasserwiederanstieg bereits eingesetzt oder ist sogar schon abgeschlossen, z. B. im Südrevier der Ville, wo die Braunkohlenabraumkippen bereits seit einigen Jahrzehnten rekultiviert sind. In diesem Bereich des Reviers hat sich eine Seenlandschaft entwickelt, die in das wiederangestiegene Grundwasserströmungsfeld eingebunden ist. In Teilbereichen des ehemaligen Tagebaus Zukunft/West haben sich ebenfalls bereits weitgehend natürliche Grundwasserstände wieder eingestellt. Die künstliche Stützung des Wasserspiegels des Blausteinsees beschleunigt den weiteren Grundwasserwiederanstieg in den anderen Teilen der Braunkohlenabraumkippe Zukunft/West. Der flächendeckende Grundwasserwiederanstieg wird im Rheinischen Revier erst mit dem Abschluss der derzeit noch aktiven

4 4 INFORMATIONSFLUSS S 16 SONDERAUSGABE F O R T S E T Z U N G drei Großtagebaue (Inden ca. 2032, Garzweiler und Hambach ca. 2045) und der sich anschließenden Befüllung der Restseen mit Rur- bzw. Rheinwasser einsetzen. Durch das künstliche Auffüllen wird die natürliche Regeneration des Grundwassers unterstützt, wodurch sich die Wiederanstiegsphase bis zur Wiederherstellung der natürlichen Ausgangsgrundwasserstände in weiten Berei chen deutlich verkürzen wird. Der Grundwasserwiederanstieg wird trotz der Unterstützung durch die Restseebefüllung einige Jahrzehnte in Anspruch nehmen und je nach Lage erst gegen Ende dieses oder Mitte des nächsten Jahrhunderts abgeschlossen sein. Nach Auskohlung der Tagebaue werden die Grundwasserstände allmählich wieder ansteigen. Dabei können und sollen die natürlichen Ausgangsgrundwasserstände den berg- und wasserrechtlichen Genehmigungen entsprechend wieder hergestellt werden. Lediglich im Einflussbereich der Tagebaurestseen und der Braunkohlenabraumkippen sowie im Umfeld von Wasserhaltungsmaßnahmen zur dauerhaften Regulierung der Grundwasserstände wird es zu Veränderungen gegenüber der vorbergbaulichen natürlichen Situation kommen. Der zukünftige Grundwasserwiederanstieg ist mit einer entsprechenden Verringerung der Grundwasserflurabstände verbunden. Insbesondere in Auegebieten, in denen vorbergbaulich hohe Grundwasserstände bestanden, wird der Grundwasserwiederanstieg zur Wiederherstellung der natürlichen, flurnahen Verhältnisse führen. Bei nicht angepasster Bauweise sind in diesen grundwasserbeeinflussten Niederungsgebieten Gebäudeschäden durch Vernässung möglich. Der allgemeine Grundwasserwiederanstieg wird daneben mit einem Abstrom von hochmineralisiertem Grundwasser aus den Braunkohlenabraumkippen in das unverritzte Gebirge verbunden sein, was die Grundwasserbeschaffenheit im Abstrom der Abraumkippen über viele Jahrzehnte verändern wird. In diesem Zusammenhang kommt erhöhten Sulfatkonzentrationen im Grundwasser eine besondere Bedeutung zu. Text: Dr. Stephan Lenk Zentrale Erftscholle: Zeitlicher Verlauf der Grundwasserabsenkung und des prognostizierten Grundwasserwiederanstiegs GW-Stand [m NHN] Messung Prognose GW-Absenkung Ville Tagebaue Tiefster Abbaustand Tagebau Hambach 2010 Ende Sümpfungsmaßnahmen Beschleunigter Wiederanstieg (Restseebefüllung) GW-Höhenunterschied durch Restsee stationärer Endzustand AKTUELL Beantwortung der Kleinen Anfrage an die Bundesregierung zu Aspekten des Grund wasserwiederanstiegs Einige Bundestagsabgeordnete sowie die Bundestagsfraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜ- NEN haben sich mit einer Kleinen Anfrage zu Aspekten des Grundwasseranstiegs im Rheinischen Braunkohlenrevier an die Bundesregierung gewandt (Drucksache 18/8138). Im Fokus standen hierbei die nach Wiederanstieg des Grundwassers erforderlichen Pumpmaßnahmen zur Sicherung der teilweise in Tieflage errichteten Bundesautobahn A 61 zwischen Bergheim und Kerpen und die zukünftige Kostenträgerschaft. Die Antwort der Bundesregierung vom 17. Mai 2016 (Drucksache 18/8478) weist darauf hin, dass das Straßenniveau einiger Teilstücke der A 61 bewusst in Tieflage und damit unterhalb des Grundwasserspiegels geplant wurde, u. a. aus Gründen des Schallschutzes. Mit dem Wiederanstieg des Grundwassers würden wahrscheinlich gegen Ende dieses Jahrhunderts Wasserhaltungsmaßnahmen erforderlich werden. Hierbei böte sich eine kombinierte Wasserhaltung für die Trockenhaltung von Siedlungsbereichen und der A 61 an. Dies wäre zu gegebenem Zeitpunkt mit dem Erftverband, dessen langfristige Aufgabe die Grundwasserhaltung ist, zu verhandeln. Der finanzielle Aufwand wäre vom Straßenbaulastträger zu leisten. Eine frühzeitige Festlegung auf die genaue Maßnahme zur Vermeidung von Vernässungsund Überflutungsschäden der A 61 wird als nicht zielführend angesehen.

5 SONDERAUSGABE S 16 INFORMATIONSFLUSS 5 GRUNDWASSERMANAGEMENT Sondersituation Erftaue zwischen Bedburg und Kerpen Dauerhafte Grundwasserhaltungsmaßnahmen nach Tagebauende notwendig Erftaue zwischen Bedburg und Kerpen mit Bereich geringer Grundwasserflurabstände zum Zeitpunkt 1953 Die Erftaue zwischen den Städten Bedburg und Kerpen (Rhein-Erft Kreis) ist ein Niederungsgebiet mit natürlicherweise sehr flurnahen Grundwasserständen. Bereits 1859 wurde die»genossenschaft für die Melioration der Erftniederung«, eine Vorgängerin des heutigen Erftverbandes, zur landwirtschaftlichen Urbarmachung dieses Legende Raums gegründet. Die Erftniederung wurde drainiert, vorhandene Fließgewässer begradigt und eingetieft und der Erftflutkanal gebaut ( ). Mit dem Aufschluss der tiefen Großtagebaue Frechen und Fortuna-Garsdorf in den 1950er-Jahren und der hierfür erforderlichen großräumigen Grundwasserabsenkung ergab sich für die Entscheidungsträger der Region die Möglichkeit, die Auenbereiche im Erfttal wirksam und sicher trocken zu halten, so dass dort ein dichtes Siedlungsband entstehen konnte. In dieser Zeit festigte sich der planungspolitische Konsens darüber, die vorbergbaulichen Grundwasserverhältnisse in diesem Raum nicht mehr zuzulassen. Nach den vorliegenden Prognoserechnungen mit dem Grundwassermodell für das Rheinische Braunkohlenrevier der RWE Power AG werden Grundwasserhaltungsmaßnahmen frühestens zum Ende dieses Jahrhunderts erforderlich werden. Es ist vorgesehen, dass der Erftverband zukünftig durch ein Grundwassermanagement den Grundwasserwiederanstieg auf ein für die bestehende Nutzung der Erftaue verträgliches Niveau begrenzt. Eine vom Erftverband abgegrenzte Flächenkulisse der Siedlungsräume in der Erftaue, in denen nach heutiger Einschätzung Grundwasserhaltungsmaßnahmen erforderlich werden, wird derzeit mit den betroffenen Kommunen diskutiert. In dem von Sümpfungsmaßnahmen stark betroffenen Abschnitt der Erftaue zwischen Bedburg und Kerpen werden dauerhaft Bergsenkungen von einigen Metern zurückbleiben. Inwieweit diese zukünftig zu zusätzlichen Grundwasserhebungsmengen führen, soll im Rahmen von Modellstudien zur Klärung einer anteiligen Mitverantwortung des Bergbautreibenden untersucht werden. Im Allgemeinen ist nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs keine Änderung des Grundwasserflurabstands gegenüber dem Ausgangszustand zu erwarten. Das Vorflutniveau der Erft unterliegt den gleichen Bodenbewegungen, so dass die Grundwasseroberfläche nicht mehr das ursprüngliche, vorbergbauliche Höhenniveau erreicht. Text: Stefan Simon

6 6 INFORMATIONSFLUSS S 16 SONDERAUSGABE GEBÄUDEVERNÄSSUNGEN Grundwasserwiederanstieg und Vernässungsproblematik Bei nichtangepasster Bauweise drohen Schäden an Gebäuden Ursachen für Wiederanstieg vielfältig GW-Stand [m NHN] Grundwasserganglinie mit Grundwasserniveaus für den Bau von Kappungsanlagen in Gohr 40,0 39,5 39,0 38,5 38,0 37,5 37, werk in der Umgebung um mehrere Meter an und führen heute bei hohen Grundwasserständen zu Bauwerksvernässungen. Für viele Gebiete mit natürlicherweise geringen Grundwasserflurabständen ermöglichte das über Jahrzehnte sümpfungsbedingt abgesenkte Grundwasserstandsniveau veränderte Landnutzungsformen. Zum Teil wurden auch in den Niederungsgebieten Siedlungsräume mit einer entsprechenden Verkehrsinfrastruktur neu erschlossen. Sofern bei den Planungen keine Vorkehrungen gegen zukünftig drückendes Grundwasser getroffen wurden, können im Zuge des natürlichen Grundwasserwiederanstiegs lang fristig Probleme resultieren. Für diese Problematik sei die Ortslage Dormagen-Gohr genannt. Durch die Ortslage verläuft eine Geländesteilkante, bei der es sich um eine Erosions- bzw. Terrassenkante des Rheins handelt. Während auf der Hochfläche Grundwasserflurabstände von mehr als zehn Metern vorliegen, herrschen im Bereich der Niederterrasse natürlicherweise sehr flurnahe Verhältnisse. Durch den Sümpfungseinfluss der Tagebaue Garzweiler II und Hambach liegen die Grundwasserstände noch heute ca. zwei bis drei Meter Planung und Bau von Kappungsanlagen: 6 Monate >_ 39,2 mnhn oder 12 Monate >_ 39,0 mnhn Vernässungsschäden an Gebäuden durch drückendes Grundwasser gehen meist auf eine fehlerhafte Erkundung des Baugrunds und der natürlichen Grundwasserverhältnisse sowie mangelnde Vorkehrungen gegen drückendes Grundwasser zurück. Insbesondere in den 1970er-Jahren wurden, begünstigt durch witterungsbedingt tiefe Grundwasserstände, vermehrt unangepasste Gebäude errichtet. Mit witterungsbedingtem Ansteigen der oberflächennahen Grundwasserstände traten in vielen Niederungsgebieten im Tätigkeitsgebiet des Erftverbandes insbesondere Ende der 1990er-Jahre durch eindringendes Grundwasser Vernässungsschäden an Bauwerken auf, die nicht fachgerecht gebaut wurden. Beispielhaft sei hier das Stadtgebiet von Korschenbroich genannt. Bauwerksvernässungen traten und treten bislang nahezu ausschließlich in den Ortsteilen auf, die keinem Sümpfungseinfluss unterliegen. Um die Zahl der von Vernässungsschäden betroffenen Gebäude wirkungsvoll zu reduzieren, führt der Erftverband seit Dezember 2011 Maßnahmen zur Kappung von Grundwasserspitzen durch. Auch können Gebäudevernässungen aufgrund zurückgehender Grundwasserfördermengen im Umfeld von Gewinnungsanlagen der öffentlichen Wasserversorgung oder industrieller Grundwasserförderungen auftreten. Als Beispiel für diese Vernässungsproblematik im Tätigkeitsbereich des Erftverbandes sei hier die Stadt Heinsberg genannt. In der Stadt befindet sich ein Industriepark mit verschiedenen Unternehmen aus den Bereichen Verarbeitende Chemie, Kunststoffe und neue Materialien. Der ursprünglich sehr hohe Wasserbedarf des Industriestandorts von einigen Millionen Kubikmetern pro Jahr wurde durch eine intensive Grundwasserförderung gedeckt. Signifikante Rückgänge des Wasserbedarfs führten zu einer deutlichen Reduzierung der tatsächlichen Fördermenge. Als Folge des Förderrückgangs stiegen die Grundwasserstände im oberen Grundwasserstockunter dem natürlichen Niveau. Überwiegend in den 1970er-Jahren wurden im sogenannten Unterdorf im Bereich der Niederterrasse Baugebiete erschlossen. Vielfach wurden Gebäude mit Kellern errichtet und keine Abdichtungsmaßnahmen gegen drückendes Grundwasser vorgenommen. Mit der zukünftigen Abschwächung des Sümpfungseinflusses werden bei hohen Grundwasserständen Gebäudeschäden auftreten. Langfristig werden sich wieder natürliche flurnahe Grundwasserverhältnisse einstellen und es wird mit ca. 250 betroffenen Gebäuden gerechnet. Auch in Gohr hat der Erftverband ein Konzept zur Kappung der Grundwasserspitzen entwickelt, das mit der zukünftigen Abschwächung des Sümpfungseinflusses realisiert wird. Das Konzept sieht die Planung und den Bau von drei Förderbrunnen in Gohr vor, sobald ein kritisches Grundwasserstandsniveau erreicht wird. Durch den zukünftigen Betrieb der Kappungsbrunnen kann eine große Zahl von Hauseigentümern im Unterdorf vor vernässungsbedingten Gebäudeschäden geschützt werden. Text: Holger Diez Bild Hintergrund: Schwimmponton auf dem Baggersee Myllendonk in Korschenbroich

7 SONDERAUSGABE S 16 INFORMATIONSFLUSS 7 ENTWÄSSERUNG IN NIEDERUNGSGEBIETEN Bedeutung von Grabensystemen nach Grundwasserwiederanstieg Beispiel Norf Steigendes Grundwasser erfordert intaktes Entwässerungssystem Mit dem Wiederanstieg des Grundwassers nach Ende des Bergbaus werden trockengefallene Gewässer ihre ursprüngliche Funktion als Vorfluter zurückerhalten. In den Blickpunkt rücken dabei Gräben, die bei früher hohen Grundwasserständen gezielt dem Entwässern des Geländes dienten. Beispielhaft belegt die Norfbachregion die Bedeutung eines Graben- und Entwässerungssystems, dessen Funktion künftig reaktiviert werden muss. Der Norfbach durchquert die sogenannte»knechtstedener Altrheinaue«, ein seit etwa Jahren verlandendes System von Altwasserrinnen des Rheins. Es ist anzunehmen, dass Hochwässer diese ehemalige Stromaue noch in geschichtlicher Zeit durchströmten. Ursprünglich existierte hier nur ein kurzer, natürlicher Wasserlauf namens Norf, der von Rosellen bis zur Norfbachmündung in die Erft verlief. Der übrige Bereich des Einzugsgebiets entwässerte diffus über tiefer liegende Geländestrukturen. Vor allem zwischen Stommeln und Rosellerheide gab es daher großflächige Sumpf-, genauer Bruchgebiete, in denen das Grundwasser bis zur Geländeoberfläche anstand. Eine landwirtschaftliche Nutzung dieser Flächen war kaum möglich. Aus diesem Grund begann die Meliorationsge- nossenschaft der Norf-Stommelner Brücher im Jahr 1845 mit der Anlage von Gräben, die das umgebende Gelände entwässerten und damit die Möglichkeit zur landwirtschaftlichen Nutzung verbesserten. Seit den 1960er-Jahren senken Trinkwasserentnahmen durch mehrere Wasserwerke sowie die Sümpfung des Braunkohlenbergbaus das Grundwasser im Norfeinzugsgebiet ab. Mit Absenkungen um ca. 25 m ist der Oberlauf des Norfbachsystems am stärksten betroffen. Nach Norden klingt das Ausmaß der Absenkung bis etwa Allerheiligen allmählich ab, so dass der Norfbach von hier bis zu seiner Mündung außerhalb des Sümpfungseinflusses liegt. Mit den Grundwasserentnahmen fielen die früher angelegten Entwässerungsgräben trocken oder wurden zwischenzeitlich sogar aufgegeben. Die Entwässerung der Niedermoorflächen führte zudem zu einer Mineralisierung der Böden. Diese verursacht Setzungen der Geländeoberfläche, so dass der Flurabstand des Grundwassers nach dem Wiederanstieg in einigen Bereichen geringer sein wird als zuvor. Damit werden Teile des Einzugsgebiets nicht mehr in der heutigen Art nutzbar sein, wenn keine Maßnahmen zur Landentwässerung ergriffen werden. Der Wiederanstieg des Grundwasserstands wird in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts in zunehmendem Maße dazu führen, dass die Fließgewässer im Norfeinzugsgebiet wieder Grundwasserkontakt erhalten. Die Norf und ihre Nebengewässer werden dann einen deutlich höheren Abfluss aufweisen als heute. Hinzu kommt, dass die eingetretenen Moorsackungen das ohnehin geringe Längsgefälle der Gewässer streckenweise vermindern. Vernässungen sind dann nur zu vermeiden, wenn das ehemalige Entwässerungssystem weitgehend reaktiviert, leistungsfähige Gewässer geschaffen oder schon heute entsprechend unterhalten werden. Die Frage, ob das Gewässersystem künftig wieder den Zustand aufweisen muss, wie es bis in die 1970er-Jahre unter der Prämisse der Optimierung landwirtschaftlicher Erträge geschaffen und unterhalten wurde, müssen kommende Generationen beantworten. Sicher sind Erfordernisse der Siedlungsgebiete sowie der Forst- und Landwirtschaft zu berücksichtigen. Allerdings bietet sich die Chance, den Naturraum der alten Stromaue auch ökologisch zu entwickeln. Text: Dr. Udo Rose Norf bei Nievenheim

8 8 I N F O R M AT I O N S F L U S S S 16 SONDERAUSGABE G RU NDWA SSERBESC HAFFENHEI T Stoffausträge aus Braunkohlenabraumkippen Als Folge des Grundwasserwiederanstiegs strömt hoch mineralisiertes Grundwasser aus den Abraumkippen ab In weiten Teilen des Rheinischen Braunkohlenreviers ist das Thema des Grundwasserwiederanstiegs primär mit Aspekten der Grundwasserhydraulik und -menge verbunden. In den Braunkohlenabraumkippen kommt hinzu, dass sich das Grundwasser gegenüber der vorbergbaulichen Situation in seiner Beschaffenheit deutlich verändert hat. Aufgrund der Pyritoxidation und deren Folgereaktionen wird es über mehrere Jahrzehnte zu einem Abstrom hoch mineralisierter Kippengrundwässer kommen, der lokal bereits heute zu beobachten ist. Grundlagen der Pyritoxidation und deren Auswirkungen auf die Grundwasserbeschaffenheit Im Rheinischen Revier enthalten die meisten Braunkohlennebengesteine Pyrit (Eisendisulfid, FeS2 ). Während des Tagebaubetriebs findet aufgrund des Kontakts mit dem Sauerstoff aus der Atmosphäre eine Oxidation dieser sulfidischen Mineralphasen nach folgen der Reaktionsgleichung statt: FeS2 + 3,5 O2 + H2O ==> Fe SO H + (Gleichung 1) Die Pyritoxidation ist mit einer Freisetzung von Sulfat, Säure und Eisen sowie weiterer Schwermetalle verbunden. Ob aus dem Prozess eine Versauerung des Grundwassers resultiert, hängt von den Folgereaktionen ab. In Braunkohlenabraumkippen des Rheinischen Reviers bewirkt der natürliche Gehalt an Karbonatmineralen wie Calcit (CaCO3 ) meist eine Säurepufferung. Im Bereich des Tagebaus Garzweiler wird das dortige Defizit natürlicher säurepuffernder Substanzen durch Zugabe von gemahlenem Kalkstein ausgeglichen, um der Versauerung des Kippengrundwassers vorzubeugen. Die Lösung der Karbonate führt außerdem zu erhöhten Calciumwerten und damit einer weiteren Mineralisationszunahme sowie zu einer Aufhärtung nach Gleichung 2: CaCO3 + 2 H + ==> Ca2+ + CO2 + H2O (Gleichung 2) Durch die beschriebene Reaktion wird der ph-wert etwa auf einem Niveau von ph 6,3 stabilisiert (Karbonat-Pufferplateau). Im Vergleich zu stark sauren ph-werten aus calciumkarbonatarmen Kippenkörpern von minimal ph 4,0 verringert sich die Mobilität des Eisens in diesem schwach sauren Milieu deutlich durch Umwandlung von Calciumkarbonat in Eisenkarbonat (Siderit) und durch Ausfällung von Eisenhydroxiden. Schwermetalle werden unter den annähernd neutralen Verhältnissen verstärkt an Eisenminerale, Tonpartikel und organische Feststoffe adsorbiert und treten nur noch in leicht erhöhten Konzentrationen im Grundwasser auf. Angetrieben durch die Belüftung der Braunkohlennebengesteine im Tagebaubereich entsteht somit durch die Pyritoxidation und deren Folgeprozesse innerhalb der Abraumkippen ein hoch mineralisiertes sulfat- und calciumreiches Grundwasser mit moderat erhöhten Eisen- und Schwermetallkonzentrationen, das meist schwach sauer ist. Beispiel des Abstroms von hoch mineralisiertem Kippengrundwasser aus einer Innenkippe Im Bereich der Innenkippe des ehemaligen Tagebaus Zukunft/West westlich des Tagebaus Inden hat der Wiederanstieg des Grundwassers zu einer Aufsättigung der Kippe geführt. Am Kippennordrand ist außerdem ein beginnender Abstrom in das unverritzte Gebirge zu beobachten. In einer Entfernung von 500 m zum Tagebaurand wird die Ver änderung der Grundwasserbeschaffenheit

9 SONDERAUSGABE S 16 Ausblick: Abströme aus Innenkippen in die unverritzten Grundwasserleiter sind derzeit auf we nige Standorte beschränkt, weil die Kippenkörper innerhalb der Absenkungstrichter der aktiven Tagebaubereiche liegen. Die Abraumsedimente sind somit entweder noch nicht wassererfüllt oder es findet ein Einstrom aus den unverritzten Nebengesteinen in die Kippen hinein statt. Diese Situation wird im Wesentlichen bis zum Betriebsende der jeweiligen Tagebaue erhalten bleiben. Mit der Flutung der Restseen und dem Grundwasserwiederanstieg wird ab der Mitte des Jahrhunderts ein Abstrom aus den Innenkippen einsetzen, wobei das Sulfat aufgrund der Höhe der Konzentrationen und der geringen Reaktivität die weiteste Ausdehnung erfahren wird. Text: Dr. Nils Cremer Bild unten und Hintergrund: Tagebau Hambach Abraumkippe Konzentrationsentwicklung des Sulfats, Eisens und Calciums im Abstrom einer grundwassererfüllten Innenkippe. Sulfat Eisen Calcium Konzentration [mg/l] beobachtet (Abbildung). In der Innenkippe des Tagebaus Zukunft/West werden durchschnittliche Sulfatkonzentrationen um mg/l bei Calciumwerten um 570 mg/l als Folge der Reaktionen nach Gleichung 1 und 2 gemessen. Der ph-wert beträgt 6,1 und die Eisenkonzentrationen liegen bei etwa 90 mg/l. Berechnet man aus den Sulfatwerten die ursprünglich mobilisierte Eisenkonzentration nach Gleichung 1, ergibt sich ein Niveau um 460 mg/l Eisen. Da nur etwa 90 mg/l analysiert werden, zeigt sich, wie effektiv die Eisenminderung durch die oben beschriebene Sideritbildung und ggf. Eisenhydroxidfällung abläuft. Ausgehend von der beschriebenen Zu sammensetzung des Kippengrundwassers be ginnen am betrachteten Abstromstandort zunächst die Sulfat- und die Calciumkon zentrationen im Jahr 2004 zu steigen und erreichen mit etwa mg/l Sulfat und 450 mg/l Calcium ein Niveau, das etwa 20 % unter dem der Kippengrundwässer liegt. Anschließend sinken die Konzentrationen wieder, weil sich die Grundwasserströmungsrichtung infolge der Verlagerung des Sümpfungsschwerpunkts verschoben hat. Die Eisenkonzentrationen steigen erst mit zeitlicher Verzögerung an, was im Gegensatz zu dem konservativen Transport des Sulfats auf einen reaktiven Transport hinweist, d. h. eine Überlagerung durch Reaktionen des im Grundwasser gelösten Eisens mit den Mine ralphasen des Grundwasserleiters. Hierbei sind weitere Sideritbildungen ebenso zu nennen wie Kationenaustauschprozesse unter Beteiligung des Eisens. Auf diese Weise erklärt sich auch das deutlich geringere Konzentrationsniveau des Eisens um 15 mg/l, dessen Spitze im Vergleich mit dem zeitlichen Maximum des Sulfats und Calciums um mehrere Jahre verschoben ist. I N F O R M AT I O N S F L U S S

10 10 INFORMATIONSFLUSS S 16 SONDERAUSGABE GRUNDWASSER IN DER ERFTNIEDERUNG Auswirkungen der bergbaulichen Grundwasserabsenkung auf die Landnutzung Ehemals vernässte Flächen wurden zu Acker- und Bauland Relikt des ehemaligen Auenwalds im Kerpener Bruch Absenkungen des Grundwassers im Zuge der Erftmelioration, vor allem aber infolge des Braunkohlenbergbaus, führten in der Vergangenheit zum Austrocknen feuchter und nasser Talbereiche. Hierdurch entstanden trockene, besiedel- und beackerbare Flächen. Damit wandelte sich die ehemals durch Grünland geprägte Erftniederung zur heutigen Ackerlandschaft. Das Erfttal ist seit alters her vom Wasser geprägt. Vor den im 19. Jahrhundert begonnenen Meliorationsmaßnahmen führten häufige Überschwemmungen und oberflächennahes Grundwasser zu Versumpfungen, so dass sich Bruch- und Auegebiete mit Erlenwäldern und ausgedehnten Eichen- Eschen-Auen entwickeln konnten. Von den ehemaligen Feuchtgebieten sind heute nur wenige Relikte oder aber allein von Oberflächenwasser beeinflusste Biotope erhalten. Hauptursache dafür ist die bergbaubedingte Grundwasserabsenkung, die vorhergehende Entwässerungsmaßnahmen durch Aus- und Neubau von Gewässern überlagerte. Während ein vergrößerter Grundwasserflurabstand abgesehen von einem vermehrten Aufwand für den Bau und Betrieb von Brunnen grundsätzlich nicht die Möglichkeit der Grundwassergewinnung etwa für die öffentliche Versorgung vermindert, führt er bei grundwasserabhängigen Lebensräumen zu einer Veränderung von Flora und Fauna. Insbesondere Pflanzengesellschaften, die ihren Wasserbedarf unmittelbar aus dem Grundwasser bzw. dessen Kapillarsaum decken oder deren Nährstoffversorgung und Gasaustausch durch das Grundwasser beeinflusst sind, können durch Absenkungen des Grundwasserspiegels geschädigt werden. Dabei können nicht nur natürliche Feuchtgebiete betroffen sein, sondern auch land- und forstwirtschaftlich genutzte Kulturen, wenn nach Verlust des Grundwasserkontakts das im Boden gespeicherte Haftwasser allein nicht mehr zu einer optimalen Versorgung der Pflanzen ausreicht. Bereits vor Beginn der großflächigen Grundwasserabsenkung waren die Grundwasserspiegel in Teilbereichen des Erfttals (zwischen dem heutigen Erftstadt und der Mündung in den Rhein) infolge von Wassergewinnungsanlagen, hauptsächlich aber Meliorationsmaßnahmen gegenüber dem natürlichen Stand abgesunken. Dies führte dazu, dass man schon zwischen 1860, dem Beginn der Erftmelioration, und 1946 die Gesamtackerfläche mehr als verdoppeln konnte. Dennoch waren bis Mitte der 1950er-Jahre zahlreiche Standorte mit grundwasserabhängiger Vegetation verblieben, so der Eichen-Eschen-Ulmen-Auwald zusammen mit feuchtem Eichen-Hainbuchenwald und Erlen- Eschen-Auwald bei Kerpen, vereinzelt auch Feuchtwiesen und sogar Erlenbruchbestände. Diese Standorte waren geprägt von typischen Gleyen, stellenweise auch Nass- und Auengleyen mit Grundwasserflurabständen zwischen 20 und 130 cm. Es wird über zahlreiche damals noch intakte Quellen berichtet. Die Wälder der Erftaue verloren den Kontakt zum Grundwasser bereits ab Damit änderten sich allmählich die Artenzusammensetzung und der Charakter dieser ehemaligen Auwälder. Erste Auswirkungen zeigten sich in einer Schwächung der Erlenbestände. 1959, einem extremen Trocken-

11 SONDERAUSGABE S 16 INFORMATIONSFLUSS 11 Anteile des in Ackerland umgebrochenen Grünlands seit Beginn der großräumigen Grundwasserabsenkung Grünland umgebrochen zu Ackerland AUTOREN DER AUSGABE [in Prozent] Helge Bangel Dr. Nils Cremer Holger Diez Dr. Christian Gattke Erftniederung zwischen Erftstadt und Bedburg Mündungstal jahr, kam es im Kerpener Bruch zu einem Absterben von 90 % aller Erlen, weil das Wasserbilanzdefizit nicht mehr aus dem Grundwasser gedeckt werden konnte. Insgesamt schritt die Umwandlung der Wälder jedoch langsam voran. Anstelle der ehemaligen Auwälder finden sich heute Eichen-Hainbuchen-Bestände. Die Entwicklung dürfte noch nicht abgeschlossen sein. Die Grundwasserabsenkung blieb nicht auf das Erftgebiet beschränkt, sondern erreichte im Westen zu Beginn der 1960er- Jahre auch das Rurtal zwischen Jülich und Linnich. Dies äußerte sich etwa in der Verminderung des Abflusses in Gewässern, die der Rur von Osten her zufließen. Insgesamt sind die Grundwasserabsenkungen im Rurtal aber wesentlich geringer als im Erfttal. Auch weil gleichzeitig eine Reihe von Meliorationen und andere kulturtechnische Maßnahmen erfolgten, stehen landschaftsökologische Veränderungen im Rurtal somit weniger deutlich in kausalem Zusammenhang mit der bergbaulichen Sümpfung als im Erftgebiet. Nach Norden weitete sich die Grundwasserabsenkung seit Ende der 1960er-Jahre hauptsächlich infolge des Tagebaus Garzweiler bis zu den Städten Wegberg und Mönchengladbach aus. Eine der auffälligsten Folgen war, dass sich die Quelle der Niers zwischen 1969 und 1983 um 3 km nach Norden verlagerte. Im Nordosten des Reviers, im heutigen Rhein-Kreis Neuss, fielen noch bis Ende der 1980er-Jahre Gewässer und Feuchtflächen im Bereich der sogenannten Alt rheinaue trocken. Eine Ausweitung der landschaftsökologischen Folgen nach Norden wäre durch die Fortführung des Tagebaus Garzweiler im 2006 begonnenen Abbaufeld Garzweiler II zu befürchten gewesen, so dass bereits frühzeitig umfangreiche Gegenmaßnahmen ergriffen wurden. Aufgrund der wasserhaltenden Lössböden, der vorwiegend positiven klimatischen Wasserbilanz und der ohnehin bereits natürlicherweise großen Flurabstände auf den Lössplatten beeinträchtigt die Grundwasserabsenkung die Landwirtschaft im Rheinischen Revier in der Regel nicht. Im Gegenteil: Das Trockenfallen vernässter Flächen in den Gewässerauen und die Möglichkeit, feuchtes Grünland in Äcker auch Bauland umzuwandeln, fand in der Nachkriegszeit breite gesellschaftliche Zustimmung. Dies hatte weitreichende Änderungen der Nutzung und damit auch der Landschaft zur Folge hatte die gesamte Erftniederung zwischen Erftstadt und Bergheim/Bedburg mit Absenkungsbeträgen von deutlich mehr als 20 m den Grundwasserkontakt komplett verloren. Absenkungen im einstelligen Meterbereich waren flussabwärts bis nach Grevenbroich, etwa 15 km oberhalb der Mündung in den Rhein, zu messen waren bereits 45 % der 1955 noch als Grünland kartierten Flächen ackerbaulich genutzt. Im gleichen Zeitraum waren im nicht von der Grundwasserabsenkung betroffenen Mündungstal der Erft dagegen nur 9 % zu Ackerland umgebrochen worden. Eine spätere Analyse der Nutzungsänderung aus dem Jahr 1982 belegt, dass nunmehr der Großteil des früheren Grünlands verschwunden war. Die Umwandlung der durch Grünlandwirtschaft geprägten Erftniederung zur heutigen Ackerbaulandschaft war vollzogen. Text: Dr. Udo Rose Dr. Stephan Lenk Stefan Simon IMPRESSUM Dr. Udo Rose Herausgegeben vom Erftverband Verantwortlich für den Inhalt: Norbert Engelhardt, Vorstand Redaktion: Luise Bollig Gestaltung: Druck: Am Erftverband 6, Bergheim Tel. (02271) 88-0, Fax (02271) info@erftverband.de

12 12 INFORMATIONSFLUSS S 16 SONDERAUSGABE HOCHWASSERMANAGEMENT Hochwassersituation an der Erft nach Grundwasserwiederanstieg Wegfall des unnatürlich hohen Versickerungspotenzials in den Gewässerauen nach Wiedererreichen des natürlichen Grundwasserniveaus Aufgrund der Grundwasserförderung zur Trockenhaltung der Braunkohlentagebaue sind die Grundwasserstände in weiten Teilen des Erfteinzugsgebiets stark abgesenkt. Dadurch können im Mittellauf der Erft auf Höhe des Kerpener Bruchs bei hochwasserbedingten Ausuferungen erhebliche Wassermengen versickern, was zu einer deutlichen Reduzierung der Hochwasserspitzen führt. Beispielweise wurde bei dem Hochwasser am 1. April dieses Jahres nach dem Zusammenfluss von Erft, Swist und Rotbach in der Spitze 46 m³/s Abfluss am Pegel Gymnich beobachtet. Dies entspricht einer statistischen Wiederkehrwahrscheinlichkeit zwischen fünf und zehn Jahren. Aufgrund des Einstaus des Hochwasserrückhaltebeckens (HRB) Mödrath und der natürlichen Retention im Kerpener Bruch und der Aktuelles und prognostiziertes Überschwemmungsgebiet nach GW-Wiederanstieg in Bergheim Aue der renaturierten Erft bei Bergheim-Kenten reduzierte sich die Hochwasserwelle am Pegel Glesch an der Unteren Erft auf ein 1-jährliches Hochwasser mit einem Scheitelwert von rund 23,5 m³/s. Damit wurde der Hochwasserscheitel fast um die Hälfte (rund 22,5 m³/s) reduziert. Die annähernd konstante Ableitung in das Becken Mödrath betrug dabei rund 5 m³/s. Nach einer überschlägigen Berechnung sind bei dem gesamten Ereignis in Summe rund 0,9 Mio. m³ in den Kerpener Bruch geflossen und versickert. Dies entspricht in etwa dem Fassungsvermögen des HRB Niederberg. Nach Beendigung der bergbaulichen Aktivitäten wird der Grundwasserspiegel wieder ansteigen, so dass von einer deutlich geringeren Versickerung und höheren Abflussspitzen im Hochwasserfall ausgegangen werden muss. Im Rahmen des Gewässerauenprogramms Erft wurde 2006 die zukünftige Entwicklung nach vollständigem Grundwasserwiederanstieg Ende dieses bis Anfang nächsten Jahrhunderts mit Hilfe eines Niederschlag-Abfluss-Modells prognostiziert. Dabei wird für das 100-jährliche Hochwasser für den Unterlauf der Erft nahezu eine Verdoppelung des Scheitelabflusses erwartet. Aktuellere Entwicklungen wie die Erft-Verlegung in Bergheim-Kenten sind hierbei nicht berücksichtigt. Um einer Zunahme des Hochwasserschadenspotenzials durch bauliche Nutzung entgegenzuwirken, ist es somit bedeutsam, nicht nur das heutige, sondern auch das zukünftige Überschwemmungsgebiet zu sichern. Daher sind diese Flächenkulissen im Regionalplan Köln und im Entwurf des Regionalplans Düssel dorf berücksichtigt. Die im Regionalplan zeichnerisch dargestellten Überschwemmungsbereiche umfassen auch die Gebiete,»in denen sich die Hochwassergefahr aufgrund zeitlich begrenzter Eingriffe des Menschen absehbar wieder verschärfen wird«. Darüber hinaus ist der Erftverband seit Jahrzehnten bemüht, zusätzliche steuerbare Retentionsräume an Mittel- und Unterlauf zu erschließen. Ergebnis dieser Aktivitäten sind die Hochwasserrückhaltebecken Mödrath und Garsdorf (Fertigstellung 2007 und 2015), die als Geländemulden in rekultivierten Tagebauflächen angelegt wurden und zusammen ein maximales Retentionsvolumen von rund 3,3 Mio. m³ zur Verfügung stellen. Text: Dr. Christian Gattke und Helge Bangel Legende HQ100 mit HRB (Istzustand) Überflutungsgebiet Potenzielles Überflutungsgebiet Rückgewinnbare Überschwemmungsfläche HQ100 mit HRB, Grundwasserwiederanstieg (Prognosezustand) Überflutungsgebiet