Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2. Anhang A2: Projektbearbeitung. Ingenieurgesellschaft Heidt & Peters mbh

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1 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 I Anhang A2: Auswirkungen der Hochwasserschutzmaßnahmen auf die Grundwasserverhältnisse Projektbearbeitung Ingenieurgesellschaft Heidt & Peters mbh Projektleitung DIPL.-ING. (FH) FRANK GRIES DIPL.-ING. (FH) RALF SCHUMACHER Textbearbeitung JACQUELINE RÖDER

2 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 II Inhaltsverzeichnis Seite 1 Einleitung Verwendete Grundlagen Ausgangssituation Baugrundsituation Hydrogeologische Verhältnisse Hydrogeologisches Modell Verwendete Verfahren Modellaufbau Ergebnisse Darstellung der Ergebnisse Auswertung der Ergebnisse Qualitative Bewertung Quantitative Auswertung Zusammenfassung...14 Tabellenverzeichnis Tab. 5.1: Tab. 5.2: Übersicht der modellierten Planungsvarianten...9 Durchfluss im Schnitt A-A...12 Abbildungen Abb. 1: Lageplanausschnitt...6 Anhang zu A2 Abbildung 1.1 bis 13.2: Ergebnisausdrucke der Grundwassermodelle

3 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Einleitung Die Planungen zum Hochwasserschutz an der Ihme von der Legionsbrücke bis zur Leinertbrücke sehen unter anderem vor, das Vorland auf der rechten Seite der Ihme teilweise abzugraben. Durch diese Abgrabung verringert sich im Hochwasserfall der Abstand des Wasserspiegels der Ihme zur vorhandenen Bebauung. Zudem ist vorgesehen, die Abgrabungsfläche mit einer Deckschicht aus bindigen Böden in einer Stärke von 30 cm und 10 cm bindigem Oberboden anzudecken. Der Aufbau hat grundsätzlich filterstabil zu erfolgen. Des Weiteren ist die Anpflanzung von Bäumen vorgesehen. Die genaue Darstellung der geplanten Maßnahmen kann dem Hauptbericht entnommen werden. Im Rahmen dieses Berichtes werden die Auswirkungen der Maßnahmen für den Hochwasserschutz auf die Grundwasserverhältnisse im Hochwasserfall dargestellt. Für normale Abflüsse (außerhalb der Hochwasserzeit, ohne Ausuferung der Ihme) bleiben die Wasserstände der Ihme und in Folge dessen auch die Grundwasserstände unverändert gegenüber den aktuellen Verhältnissen.

4 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Verwendete Grundlagen Im Rahmen dieses Moduls zur Planung der Hochwasserschutzmaßnahmen an der Ihme wurden von der Ingenieurgesellschaft Heidt & Peters mbh folgende Unterlagen herangezogen: [1] Hochwasserschutz an der Ihme Detailuntersuchung Boden, Fugro Consult GmbH, [2] Baugrundkarte Hannover, Ausgabe A: Baugrund, Landeshauptstadt Hannover Stadtvermessungsamt, 1971 [3] Baugrundkarte Hannover, Ausgabe C: Grundwasser, 4. Auflage, Landeshauptstadt Hannover Stadtvermessungsamt, 1980 [4] Querprofile des Ihmevorlandes, aufgemessen von der Landeshauptstadt Hannover.

5 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Ausgangssituation 3.1 Baugrundsituation Das Gelände rechtseitig der Ihme ist stark anthropogen überprägt. An der Geländeoberfläche steht Mutterboden in eine Stärke von ca. 30 cm über darunterliegenden Auffüllungen an. Die Auffüllung erreicht in dem betrachteten Abschnitt (Querprofil 7, s. u.) Mächtigkeiten von 2,0 bis 2,5 m. Zur Tiefe folgen Auelehme, die im Bericht von Fugro [1] als sandige, tonige Schluffe angesprochen wurden. Der Auelehm wurde bis zu Endteufe von 4,0 m nicht durchbohrt. Aus Schnitt E-F, verzeichnet auf [2], lässt sich entnehmen, dass der Auelehm wiederum von fluviatilen Sanden und Kiesen unterlagert wird, dem zur Tiefe Tonmergelstein der Unterkreide folgt. 3.2 Hydrogeologische Verhältnisse Das Grundwasser steht oberhalb des Mergelkalkes in den fluviatilen Sanden und Kiesen an, die hier als Grundwasserleiter fungieren. Die Grundwasserfließrichtung ist, bedingt durch die hohen Wasserstände der aufgestauten Leine von Ost nach West gerichtet. Die Ihme wirkt hier als Vorfluter für das Grundwasser. Die Grundwasserstände im Nahbereich der Ihme korrespondieren dementsprechend stark mit dem Wasserstand der Ihme. Bei mittleren Ihmewasserständen liegt der Grundwasserspiegel als gespannter Wasserspiegel unterhalb des vergleichsweise undurchlässigen Auelehms vor. Bei höheren Ihmewasserständen füllt das Grundwasser die relativ gut durchlässige Auffüllung mit freiem Grundwasserspiegel aus. Die Durchlässigkeit der oberen Bodenschichten wurde anhand der vorliegenden Bodenansprachen und Erfahrungen mit bodenmechanisch vergleichbaren Böden wie folgt angesetzt: Auffüllung: Auelehm: 1,0 * 10-4 bis 1,0 * 10-5 m/s 1,0 * 10-7 m/s. Die Bandbreite der Durchlässigkeitsbeiwerte für die Auffüllung ist in ihrer Inhomogenität begründet. Lokal können die Durchlässigkeiten noch stärker schwanken. Für das betrachtete Planungsgebiet stellt die oben genannte Bandbreite daher bereits eine Mittelung dar.

6 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 4 Hydrogeologisches Modell 4.1 Verwendete Verfahren 6 Die Modellierung der Grundwasserverhältnisse wurde in einem vertikal ebenen System nach der Finite-Elemente Methode durchgeführt. Dabei wurde das Programm GGU SS-Flow 2Dder Firma GGU aus Braunschweig, Version 7.58, eingesetzt. Das Programm berechnet Grundwasserströmungen zweidimensional im stationären Zustand. 4.2 Modellaufbau Die Auswirkungen der Hochwasserschutzmaßnahmen auf die Grundwasserverhältnisse wurden im Bereich der Ecke Calenberger Straße / Glockseestraße untersucht, da hier der Abstand der Bebauung zur Ihme im betrachteten Planungsabschnitt vergleichsweise gering ist. Grundlage für die Modellierung der Geländesituation ist das Querprofil QP 7, aufgemessen durch die Landeshauptstadt Hannover (s. Abb.1). Abb. 1: Lageplanausschnitt, ausgenordet, o.m.

7 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 7 Aufgrund der vorliegenden Unterlagen zur Geologie kann davon ausgegangen werden, dass der Auelehm flächendeckend im Untersuchungsgebiet ansteht. Da sich die für die anstehende Fragestellung zu erwartenden Grundwasserströmungen oberhalb des Auelehms einstellen, war das Grundwassermodell bis zur Unterkante des Auelehms aufzubauen. Für die Nachbildung des Baugrundaufbaus wurden die Profile von Schurf 25 B, 26 und 27 aus dem Bericht von Fugro [1] herangezogen. Für die im vorherigen Kapitel angegebene Bandbreite der k f -Werte für die Auffüllung wurde eine Sensitivitätsanalyse derart durchgeführt, dass jede Modellvariante einmal mit dem Minimal- und einmal mit dem Maximalwert der Durchlässigkeit der Auffüllung durchgerechnet wurde. Die am Modellrand anzusetzenden Wasserstände (Potenziale) wurden wie folgt gewählt: An der Ihme wurde ein Wasserstand von 51,97 mnn angesetzt. Ab diesem Wasserstand wird das Vorland der Ihme im Ist-Zustand bereits geflutet, so dass sich die Betrachtung der Grundwasserverhältnisse erübrigt. Binnenseitig wurde trotz der vorherrschenden Grundwasserfließrichtung in Richtung Ihme ein niedrigerer Wasserstand von 51,00 mnn angesetzt, um der zeitlichen Verzögerung des Grundwasseranstiegs im Hochwasserfall Rechnung zu tragen. Tatsächlich dürfte der Binnenwasserstand (= Grundwasserstand) höher liegen. Die durchgeführten Berechungen liegen mit dieser Annahme aber auf der sicheren Seite, da hiermit im Modell ein größeres Grundwassergefälle erzeugt wird und somit auch die berechneten Grundwasserströme größer werden als die tatsächlich zu erwartenden. Die Abbildungen im Anhang enthalten für alle Varianten des Grundwassermodells die Ansätze und Ergebnisse in grafischer Form. Für die Deckschicht die gemäß der Handlungsempfehlungen zur Qualitätssicherung für den Auelehmeinbau (NLWKN 2006) mit einer Durchlässigkeit von kleiner 1*10-7 m/s einzubauen ist, wurden die Berechnungen zur Überprüfung der Sensibilität zusätzlich mit deutlich durchlässigeren Werten von 1*10-5 und 1*10-6 m/s variiert. Die größeren Durchlässigkeiten berücksichtigen eine durch Bewuchs und Bodenlebewesen denkbare Abminderung der Dichtungsfunktion, wobei eine Erhöhung auf 10-5 m/s als Extrem angesehen wird. Da die Flächen zukünftig regelmäßig überflutet werden, ist vielmehr von einer Ablagerung von Feinmaterial (natürlicher Entstehungsprozess des Auelehms) und damit einer geringer werdenden Durchlässigkeit zu rechnen.

8 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 8 Die Gründungsspundwand der geplanten Hochwasserschutzwand ist nicht durchlaufend bis in den Auelehm niederzubringen, um den Grundwasserabstrom außerhalb der Hochwasserzeiten nicht zu behindern. Die Unterkante der Spundwand wird 0,5 m oberhalb der Auelehmschicht angesetzt.

9 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Ergebnisse 5.1 Darstellung der Ergebnisse Die Grundwassermodellierung wurde mit oben beschriebenen Randbedingungen für den Ist-Zustand und für den Planungs-Zustand durchgeführt. Beim Planungs-Zustand wurden insgesamt sechs Varianten (Var.) unterschieden: ohne Spundwand mit Spundwand k f -Wert der durchgehende Deckschicht durchgehende Deckschicht Deckschicht Deckschicht mit Störung Deckschicht mit Störung 1,0*10-7 m/s Var. 1a Var. 1b Var. 4a Var. 4b 1,0*10-6 m/s Var. 2a Var. 2b Var. 5a Var. 5b 1,0*10-5 m/s Var. 3a Var. 3b Var. 6a Var. 6b Tab. 5.1: Übersicht der modellierten Planungsvarianten Bei allen Varianten wurde der k f -Wert der Auffüllung mit zwei Werten variiert (1,0*10-4 und 1,0*10-5 m/s), so dass sich insgesamt (Bestand und Planung) 26 Berechnungen ergeben. Bei den Untervarianten mit der lokalen Störung ist zu beachten, dass die Breite der Störung in der Deckschicht zu 1,0 m angenommen wurde. Aufgrund der gewählten Modellbildung als vertikal-ebener Schnitt wirkt diese Störung im Modell wie ein durchgehender Schlitz, der parallel zur Ihme verläuft. Bei der quantitativen Auswertung ist dieser Umstand zu berücksichtigen Die Ergebnisse der Grundwassermodellierung sind in den Ergebnisausdrucken im Anhang beigefügt. Die Grafiken wurden im gleichen Längen- und Höhenmaßstab erstellt, sind also nicht überhöht. Die angesetzten k f -Werte können der jeweiligen Legende entnommen werden. In den Grafiken sind neben den Potenziallinien auch Strömungspfeile dargestellt, um die Grundwasserfließvorgänge zu verdeutlichen. Je größer der Fließpfeil ist, desto größer ist die errechnete Fließgeschwindigkeit. Dieses Strömungsbild ermöglicht es, die Wirkungsweise von Einzelmaßnahmen, z. B. der Deckschicht, qualitativ zu beurteilen. Eine quantitative Analyse des Grundwassermodells wird möglich, indem der Durchfluss durch einen festgelegten Schnitt des Modells ermittelt wird. Dieser Schnitt wurde so gewählt, dass die Durchflussermittlung im Ist-Zustand und im Planungs-Zustand an der gleichen Stelle durchgeführt werden kann. Der gewählte Schnitt ist in den Grafiken als Schnitt A-A dargestellt.

10 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Auswertung der Ergebnisse Qualitative Bewertung Die Ergebnisausdrucke für den Ist-Zustand = Bestand (Abbildungen 1.1 und 1.2) zeigen im Hochwasserfall eine gleichmäßige Grundwasserströmung im Binnenland. An der Grundwasseroberfläche stellt sich aufgrund der gewählten Wasserstände (Potenziale) ein Gefälle in Richtung Binnenland ein, das aufgrund der durchgehend gleichen Durchlässigkeit in der oberen Schicht nahezu geradlinig verläuft. Die Grundwasserinfiltration von der Ihme findet über die ganze Höhe der Auffüllung statt. Da die Schichtstärke des Grundwasserleiters, hier der im Vergleich zum Auelehm gut durchlässigen Auffüllung, in Fließrichtung abnimmt, erhöht sich die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers in Fließrichtung. Im Planungs-Zustand ohne Spundwand, aber mit durchgehender Deckschicht (Varianten 1a, 2a und 3a) findet die Infiltration in das Grundwasser gleichmäßig über die ganze Länge der Deckschicht statt. Im Fall der geringeren Durchlässigkeit von 1,0*10-5 m/s in der Auffüllung, erhöht sich der Anteil, der über die Böschung im Grundwasser infiltriert. Der Anteil der Infiltration über die Böschung verringert sich, wenn die Durchlässigkeit der Deckschicht zunimmt. Planungs-Zustand ohne Spundwand und einer Deckschicht mit lokaler Störung durch eine Baumpflanzung (Varianten 1b, 2b und 3b): Die Auswirkung der lokalen Störung in der Deckschicht wird insbesondere bei Deckschichten mit geringer Durchlässigkeit (k f = 1,0*10-7 und 1,0*10-6 m/s) und gleichzeitiger hoher Durchlässigkeit der Auffüllung (k f = 1,0*10-4 m/s) erkennbar. Im Übrigen ist die Infiltration über die Deckschicht wie bei den Varianten 1a, 2a und 3a verteilt. Beim Planungs-Zustand mit Spundwand und durchgehender Deckschicht (Varianten 4a, 5a und 6a) ist die Verteilung der Grundwasserinfiltration über die Deckschicht ähnlich wie bei den Varianten ohne Spundwand (Varianten 1a, 2a und 3a). Deutlich erkennbar ist die erhöhte Fließgeschwindigkeit im Bereich der Spundwand, die einhergeht mit einem stärkeren Abbau des Grundwasserpotenzials bei Umströmung der Spundwand, was letztendlich zur Reduzierung der Sickerwassermenge führt. Dieser Effekt ist unabhängig von der Durchlässigkeit der Auffüllung zu beobachten.

11 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 11 Bei den Planungsvarianten mit Spundwand und einer Deckschicht mit lokaler Störung durch eine Baumpflanzung (Varianten 4b, 5b und 6b) ist die Auswirkung der lokalen Störung wiederum insbesondere bei Deckschichten mit geringer Durchlässigkeit (k f = 1,0*10-7 m/s) und gleichzeitiger hoher Durchlässigkeit der Auffüllung (k f = 1,0*10-4 m/s) erkennbar. Der Effekt der Reduzierung des Grundwasserpotenzials beim Umströmen der Spundwand und gleichzeitiger Abnahme der Sickerwassermenge ist hier ebenfalls vorhanden.

12 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Quantitative Auswertung Die berechneten Sickerwassermengen, ermittelt als Durchfluss im Schnitt A-A des Grundwassermodells, sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt (in Klammern ist die Nummer der Abbildung im Anhang angegeben): Durchfluss in [m³/(s*lfdm] Variante Beschreibung Auffüllung k f = 1*10-4 m/s Auffüllung k f = 1*10-5 m/s Ist-Zustand (1.1) 4,72*10-6 (1.2) 4,82* a 1 b 2 a 2 b 3 a 3 b 4 a 4 b 5 a 5 b 6 a 6 b Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-7 m/s ohne Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-7 m/s ohne Spundwand Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-6 m/s ohne Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-6 m/s ohne Spundwand Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-5 m/s ohne Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-5 m/s ohne Spundwand Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-7 m/s mit Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-7 m/s mit Spundwand Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-6 m/s mit Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-6 m/s mit Spundwand Planung durchgehende Deckschicht k f der Deckschicht: 1,0 * 10-5 m/s mit Spundwand Planung Deckschicht mit lokaler Störung k f der Deckschicht: 1,0 * 10-5 m/s mit Spundwand (2.1) 2,93*10-6 (2.2) 4,70*10-7 (3.1) 3,18*10-6 (3.2) 4,71*10-7 (4.1) 4,59*10-6 (4.2) 5,60*10-7 (5.1) 4,60*10-6 (5.2) 5,60*10-7 (6.1) 5,47*10-6 (6.2) 5,90*10-7 (7.1) 5,47*10-6 (7.2) 5,90*10-7 (8.1) 2,70*10-6 (8.2) 4,14*10-7 (9.1) 2,91*10-6 (9.2) 4,14*10-7 (10.1) 4,02*10-6 (10.2) 4,63*10-7 (11.1) 4,02*10-6 (11.2) 4,63*10-7 (12.1) 4,65*10-6 (12.2) 4,80*10-7 (13.1) 4,65*10-6 (13.2) 4,80*10-7 Tab. 5.2: Durchfluss im Schnitt A-A

13 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang 2 13 Die qualitative Auswertung der Grundwassermodelle zeigt, dass sich im Planungs-Zustand bei nahezu allen Varianten der Durchfluss im Schnitt A-A gegenüber dem Ist-Zustand verringert. Lediglich bei den Varianten 3a und 3b sowie bei den Varianten 2a und 2b, letztere jeweils mit einem k f -Wert der Auffüllung von 1,0*10-5 m/s gerechnet, ergibt sich ein geringfügig höherer Durchfluss. Hierbei bleibt festzuhalten, dass es sich bei der Annahme eines k f -Wertes in der Deckschicht von 1,0*10-5 m/s um eine weit auf der sicheren Seite liegende Annahme handelt.

14 Vorlandabgrabungen an der Ihme - Antrag auf Planfeststellung, Anhang Zusammenfassung Um die Auswirkungen der Hochwasserschutzmaßnahmen an der Ihme auf das Grundwasser zu untersuchen, wurde ein zweidimensionales Grundwassermodell eingesetzt. Die Berechnungen wurden für den Ist-Zustand und für sechs Planungsvarianten (mit jeweils zwei Untervarianten) aufgestellt. Um den Einfluss der Inhomogenität der vorliegenden Auffüllung beurteilen zu können, wurde jede Variante mit zwei unterschiedlichen k f -Werten für die Auffüllung durchgerechnet. Die Planungen für den Hochwasserschutz an der Ihme sehen vor, das rechtsseitige Vorland teilweise abzugraben und eine 30 cm starke Deckschicht einzubauen. Durch diese Maßnahme verringert sich der Abstand des Flusswasserspiegels von der vorhandenen Bebauung. Des Weiteren ist geplant, Bäume im Vorland zu pflanzen, wodurch eine lokale Störstelle in der Deckschicht entsteht. Die Ergebnisse der Grundwassermodelle zeigen, dass sich die Infiltration von der Ihme in das Grundwasser durch die geplanten Maßnahmen verändert. Eine Anhebung der Wasserstände im Binnenland findet nicht statt, stattdessen stellen sich im Nahbereich der neuen Böschung niedrigere Grundwasserstände ein. Die Sickerwassermengen ins Binnenland werden unter Berücksichtigung aller geplanten technischen Maßnahmen geringer als im derzeitigen Zustand. Verfasst: Ingenieurgesellschaft Heidt & Peters mbh Celle, Ralf Schumacher