Hydrogeologische Untersuchungsmethoden von Altlasten

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1 Hydrogeologische Untersuchungsmethoden von Altlasten

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3 Winfried Entenmann Hydrogeologische Untersuchungsmethoden von Altlasten Mit 152 Abbildungen und 49 Tabellen Springer

4 Dr. Winfried Entenmann 1GB Ingenieurbüro für Grundbau, Bodenmechanik und Umwe1ttechnik Heinrich-Hertz-Straße Hamburg Tel.: 040/ Fax: 040/ Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Entenmann, Winfried: Hydrogeologische Untersuchungsmethoden von Altlasten I Winfried Entenmann. - Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London; Mailand; Paris; Santa Clara; Singapur; Tokio: Springer, 1998 ISBN-13: e-isbn-13: DOI: ISBN-13: Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1998 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1998 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandgestaltung: de'blik, Berlin Satz: Reproduktionsfertige Vorlage des Autors SPIN: / Gedruckt auf säurefreiem Papier

5 Vorwort Das vorliegende Buch ging aus der Publikation "Das hydro geologische Beweissicherungsverfahren für Hausmülldeponien", erschienen als Band 49 der Clausthaler Geologischen Abhandlungen und in der 2. Auflage als Geotexte I des Verlags S. von Loga vor. Es umfaßt die schon erschienenen Hauptteile I bis III in überarbeiteter und ergänzter Fassung und den ursprünglich als Band 2 geplanten Teil IV. Im Zuge der Bearbeitung wurde aufgrund umfangreicher Atbeiten des Autors im Bereich der Altlastenerkundung und -sanierung die Beschränkung auf die Durchführung des Beweissicherungsverfahrens für Hausmülldeponien aufgegeben und die Atbeit weiter gefaßt. Der vorliegende, im Springer-Verlag erschienene Band legt daher einen wesentlichen Schwerpunkt auf die spezifischen hydrogeologischen Untersuchungsmethoden, die notwendigerweise zu entwickeln waren, um die gesamte Altlastenproblematik im Hinblick auf die hydrogeologische Erkundung zu behandeln. Aufgrund der Fülle an vorliegenden Daten im Bereich der Hausmülldeponien, werden diese Untersuchungen an deren Beispiel exemplarisch dargestellt. Bei anderen Altlasten, wie Altablagerungen, ist häufig die Datenlage, insbesondere die langjährige Überwachung, sehr viel dürftiger. Die vorliegende Atbeit ist daher ein Beitrag aus der hydro geologischen Praxis des Ingenieu:rbüros, mit dem modeme Verfahren zur Untersuchung von Altlasten vorgestellt werden. Es wird beispielhaft über hydrogeologische Untersuchungen an 4 Hausmülldeponien in Niedersachsen berichtet, deren Ziel es ist, das hydrogeologische Umfeld der Deponien zu erkunden, die von diesen Deponien ausgehende Gefährdung des Grundwassers abzuschätzen und Methoden für eine dauerhafte Sicherung bzw. Sanierung und Überwachung der Deponien zu schaffen. Diese Untersuchungen wurden vom Verfasser im Rahmen seiner Tätigkeit beim 1GB Hamburg durchgeführt. Das 1GB führte sie als Beratende Ingenieure im Auftrag der Betreiber, d. h. der jeweiligen Landkreise durch. Ziel war es, die oben aufgestellten Fragestellungen möglichst umfassend, wirtschaftlich und fristgerecht zu klären. Die Untersuchungen wurden in enger fachlicher Abstimmung mit den Fachbehörden und Landesbehörden durchgeführt. Mit der vorliegenden Atbeit werden daher praxisorientierte Untersuchungsverfahren vorgestellt. Der Schwerpunkt wird auf die exakte Erhebung und Bewertung des Datenmaterials gelegt, insbesondere auf eine sehr detaillierte Untergrunderkundung und eine möglichst genaue Bestimmung der hydraulischen Kennwerte in kleinen homogenen Bereichen. Hingegen wird bei der Auswertung bewußt auf komplizierte mathematische Modelle verzichtet zugunsten einfacher,

6 VI Vorwort insbesondere auf dem Gebiet der Bodenmechanik und des Grundbaus langjährig bewährter Berechnungsverfahren und Abschätzungen. Folglich werden auch im Literaturverzeichnis gerade ältere Standardwerke aus praxisorientierten Forschungsarbeiten aufgeführt, die durch wichtige neuere Veröffentlichungen insbesondere der angelsächsischen Literatur ergänzt werden. Die Arbeit zur hydrogeologischen Untersuchung von Altlasten gliedert sich in 4 Hauptteile: Der Teil I behandelt das hydrogeologische Beweissicherungsverfahren als Arbeitsgrundlage, wie sie den von den Landesbehörden aufgestellten Anforderungen an die Beweissicherung an Hausmülldeponien gemäß entwickelt wurde. Der Teil 11 behandelt 4 Fallbeispiele aus dem Raum Niedersachsen und stellt in knapper Form die Ergebnisse der in mehreren Jahren erarbeiteten hydrogeologischen Untersuchungen dar. In den Teilen III und IV wird vertieft auf die hydrogeologischen Arbeitsmethoden eingegangen, die als generelles Handwerkszeug für die Behandlung von Altlasten und Deponien notwendig sind. Die dort vorgestellten Methoden tragen den erheblich gestiegenen Anforderungen an Art, Umfang, Detaillierungsgrad und Genauigkeit von hydro geologischen Untersuchungen Rechnung, die notwendig sind, das Gefährdungspotential für das Grundwasser hinreichend genau zu bestimmen und die Grundlagen für eine dauerhafte Beweissicherung zu legen. Der Teil III befaßt sich mit der Erkundung des hydrogeologischen Umfeldes von Altlasten und Deponien sowie mit der Erfassung der hydraulischen Daten. Der Teil IV behandelt Verfahren zur Auswertung der gewonnenen hydraulischen Daten, an die bei den Untersuchungen besonders hohe Anforderungen zu stellen sind. Sie sind unter den Begriffen Grundwasserströmung, Stoff transport und Wasserbilanzen zusammenzufassen. Im Zuge der weiteren Bearbeitung hat sich herausgestellt, daß die Auswertung der hydro chemischen Daten ebenso wie die der hydraulischen einer soliden grundsätzlichen Bearbeitung und einer intensiven Diskussion unterschiedlicher Ansätze bedarf. Weiterhin sind grundsätzliche Überlegungen über die Zielsetzung der Gefährdungsabschätzung und Stichhaltigkeit der Beweissicherung anzustellen. Diese Fragestellungen sind derzeit in Bearbeitung und werden 1998 als Hauptteile V und VI publiziert. Für die Unterstützung zur Publikation dieser im Zuge meiner Tätigkeit beim 1GB gewonnenen Untersuchungsergebnisse danke ich Herrn Dr.-Ing. Joachim Rappert, geschäftsführender Gesellschafter des 1GB. Für die Unterstützung dieses Vorhabens und die Erlaubnis zur Publikation der Ergebnisse der jeweils im Auftrag der Landkreise geführten Untersuchungen danke ich den zuständigen Damen und Herren der Kreisverwaltungen der Landkreise Vechta, Ammerland, Wesermarsch und Friesland. Für die gute Zusammenarbeit bei der Untersuchung der 4 Deponien danke ich den Vertretern der Landesbehörden, Herrn Dr. Hans-Peter Voigt vom Niedersächsischen Landesamt für Ökologie (NLÖ) und Herrn Dr. Volker Josopait vom Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung (NLfB), der auch die kritische Durchsicht der allgemeinen Teile zum Beweissicherungsprogramm übernahm. Die Mitarbeiter der Staatlichen Ämter für

7 Vorwort VII Wasser und Abfall in Brake und Cloppenburg haben wertvolle Hinweise bei der Bearbeitung der Projekte gegeben. Meinem Kollegen, Herrn Dr. Frank lhle, 1GB Hamburg, danke ich für die kritische Durchsicht des Manuskripts. Herrn Dipl.-Ing. Lothar Müller, Keller Grundbau, Niederlassung Bremen, danke ich für zahlreiche Diskussionen zur Methodik von Bohrarbeiten und zum Meßstellenausbau bei der Ausführung der vorgestellten Bohrprogramme. Besonderer Dank gebührt meiner Kollegin, Frau Ingrid Dugge, 1GB Oldenburg, für die Herstellung des Manuskripts. Hamburg, im Januar 1998 w. Entenmann

8 Inhaltsverzeichnis Vorwort... V Inhaltsverzeichnis... IX Einleitung... 1 Teil I... 5 Das hydrogeologische Beweissicherungsverfahren für Hausmülldeponien Anforderungen an das Beweissicherungsverfahren für Hausmülldeponien Untersuchungsprogramm..., Bestimmung des Untergrundaufbaus l.1 Geologische Aufnahme l.2 Hydrostratigraphische Einstufung einzelner Einheiten Bestimmung der Eigenschaften der hydrostratigraphischen Einheiten Bestimmung der hydraulischen Situation Datenerhebung, Datenerfassung, Darstellung und Auswertung Hydraulische Berechnungen und Abschätzungen Bestimmung der hydro chemischen Situation Datenerhebung, Datenerfassung und Darstellung Bewertung der Daten hinsichtlich der Wasserqualität Bewertung der Daten hinsichtlich einer Schadstoffemission aus der Deponie Wasser- und Stoffbilanzen Zweck von Wasser- und Stoffbilanzen Datenerhebung, Datenerfassung und Darstellung Aufstellung der Wasserbilanz Aufstellung der Stoffbilanzen Bestimmung des Gefährdungspotentials Aufstellung des Beweissicherungsplans... 29

9 X Inhaltsverzeichnis Teil Fallbeispiele Geologischer Überblick Hydrogeologische Charakterisierung der Standorte Deponie Wesermarsch - Mitte Regionalgeologische Situation Geologischer Aufbau im Bereich der Deponie und deren Umgebung Hydrostratigraphie und hydraulische Bemessungswerte Hydraulische Situation, Emissionsverhalten und Gefahrdungsabschätzung Deponie Vare1-Hohenberge Regionalgeologische Situation Geologischer Aufbau im Bereich der Deponie und deren Umgebung Hydrostratigraphie und hydraulische Bemessungswerte Hydraulische Situation, Emissionsverhalten und Gefahrdungsabschätzung Deponie Mansie Regionalgeologische Situation Geologischer Aufbau im Bereich der Deponie und deren Umgebung Hydrostratigraphie und hydraulische Bemessungswerte Hydraulische Situation, Emissionsverhalten und Gefahrdungsabschätzung Deponie Vechta Regionalgeologische Situation Geologischer Aufbau im Bereich der Deponie und deren Umgebung Hydrostratigraphie und hydraulische Bemessungswerte Hydraulische Situation, Emissionsverhalten und Gefahrdungsabschätzung... 76

10 Inhaltsverzeichnis XI Teil III Spezielle Arbeitsmethoden der hydrogeologischen Erkundung und Erfassung hydraulischer Daten an Altlasten Hydrogeologische Erkundung Aufschlußarbeiten Schürfe Spülbohnmgen Trockenbohnmgen Rammkernbohnmgen Hohlbohrschneckenverfahren Drehkernbohnmgen Bohrsondierungen Oberflächengeophysikalische Verfahren Bohrlochgeophysikalische Verfahren Untersuchungen zur Genauigkeit des Trockenbohrverfahrens Vorteile des Rammkernbohrverfahrens für die hydrogeologische Erkundung von Lockergesteinen Bohnmgen im Deponiekötper Bestimmung der hydraulischen Parameter Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit (k-wert) Pumpversuch Pumptests Direkter Durchlässigkeitsversuch Kompressionsversuch Abschätzung des k-werts nach bodenmechanischen Kenngrößen Grundlegendes zum Einsatz von Durchlässigkeitsversuchen Vergleich der verschiedenen Verfahren, Versuchsprogramm Ergebnisse von Durchlässigkeitsversuchen für pleistozäne und holozäne Böden Abschätzung von k-werten nach geologischen und bodenmechanischen Kriterien anhand der vorliegenden Meßergebnisse Supetposition von Einzelergebnissen zur Erlangung von Bemessungswerten Vergleich der Ergebnisse der verschiedenen Verfahren Bestimmung der effektiven Porosität

11 XII Inhaltsverzeichnis Teil IV Besondere Anforderungen an hydraulische Verfahren zur Ennittlung des Gefährdungspotentials von Altlasten Einleitung Berechnungsverfahren für Transportvorgänge im Grundwasser Bestimmung der Schadstoff ausbreitung - Stofftransport Abschätzung von Stofftransportprozessen Konvektiver Stofftransport Stofftransport aufgrund hydrodynamischer Dispersion Schadstofftransport aufgrund Diffusion Auswirkungen stattgefundenen Schadstoff transports in Grundwassergering1eitem Anwendung von Berechnungsverfahren für Strömungsvorgänge im Grundwasser Untersuchung des Emissionsverhaltens von Deponien im Hinblick auf dabei auftretende Strömungsprobleme Emission aus der Deponie Weitertransport von Sickerwasser im Untergrund: Schadstoffausbreitung Begrenzung der Schadstoffausbreitung im Grundwasser durch die Vorflut Zusammenstellung von Berechnungsverfahren Bemessungswerte und Bemessungsprofile Sickerwasseremission Sickerwasserdruckhöhe Zeitliche Veränderung der Sickerwasserdruckhöhe Räumliche Ausbildung der Sickerwasserdruckfläche in der Deponie Abströmung Transport... : Wasserbilanz Bilanzglieder Ergebnisse der Wasserbilanz für die Deponie Wesermarsch-Mitte Ergebnisse der Wasserbilanzen für die Deponie Vare1-Hohenberge Speichervolumenänderungen, Prognose der Auswirkungen von Oberflächenabdichtungen Fehlerabschätzung Schlußfolgerungen Literatur Anhang Sachverzeichnis