Technischer Bericht 14-02

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1 Technischer Bericht SGT Etappe 2: Vorschlag weiter zu untersuchender geologischer Standortgebiete mit zugehörigen Standortarealen für die Oberflächenanlage Geologische Grundlagen Dossier V Hydrogeologische Verhältnisse Dezember 2014 Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Hardstrasse 73 CH-5430 Wettingen Telefon

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3 Technischer Bericht SGT Etappe 2: Vorschlag weiter zu untersuchender geologischer Standortgebiete mit zugehörigen Standortarealen für die Oberflächenanlage Geologische Grundlagen Dossier V Hydrogeologische Verhältnisse Dezember 2014 Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Hardstrasse 73 CH-5430 Wettingen Telefon

4 Das vorliegende Dossier V Hydrogeologische Verhältnisse - wurde von einem Projektteam folgender Zusammensetzung erarbeitet: Hauptautoren: Daniel Traber, Nick Waber, Andreas Gautschi, Paul Marschall, Jens Becker Text- und Figurenbeiträge, redaktionelle Mitarbeit (in alphabetischer Reihenfolge): Petra Blaser, Gaudenz Deplazes, Bruno Kunz, Michael Ruff Das Dossier und die dazu verwendeten Referenzberichte (Nagra Arbeitsberichte, NAB) haben von zahlreichen Fachdiskussionen und Reviews durch eine Vielzahl von internen und externen Personen profitiert; diesen Personen sei an dieser Stelle für ihre Arbeit gedankt. ISSN "Copyright 2014 by Nagra, Wettingen (Schweiz) / Alle Rechte vorbehalten. Das Werk einschliesslich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ausserhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung der Nagra unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Übersetzungen, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen und Programmen, für Mikroverfilmungen, Vervielfältigungen usw."

5 Dossier V I NAGRA NTB Zusammenfassung Dossier V analysiert die hydrogeologischen Verhältnisse im regionalen und im lokalen Massstab. Der Fokus liegt dabei auf den Verhältnissen in den Tiefenaquiferen. Für Tiefenlager stellen diese potenzielle Wegsamkeiten für Radionuklide vom äusseren Rand des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs in die Biosphäre dar. Zusätzlich trägt die Charakterisierung der Tiefenaquifere auch massgeblich zum Verständnis der Situation in den Wirtgesteinen bei (z.b. Salinität des Porenwassers). Die Kenntnis der hydrogeologischen Verhältnisse in den Tiefenaquiferen ist zudem wichtig im Hinblick auf den Bau der Zugänge ins Tiefenlager, beispielsweise für die Beurteilung möglicher Beeinflussungen von Mineral- und Thermalwassernutzungen oder für die Planung des Bergwassermanagements. In diesem Sinne hat das Dossier 'Hydrogeologische Verhältnisse' Anknüpfungspunkte zu den Dossiers 'Barriereneigenschaften' und 'Nutzungskonflikte'. Bezüglich der Kriterien und Indikatoren für den sicherheitstechnischen Vergleich liefert das vorliegende Dossier die Grundlagen zur Beurteilung des Indikators 'Grundwasserstockwerke' sowie ergänzende Angaben insbesondere zu den Kriterien 'Geochemische Bedingungen', 'Nutzungskonflikte', 'Prognostizierbarkeit der Langzeitveränderungen' und 'Untertägige Erschliessung und Wasserhaltung'. Das Dossier baut auf dem Kenntnisstand früherer Arbeiten auf und integriert neu verfügbare Publikationen und Berichte Dritter. Im Rahmen von Etappe 2 des Sachplanverfahrens konnte der Kenntnisstand zu den hydrogeologischen Verhältnissen durch Beobachtungen in diversen Bohrungen, Auswertungen von Feldbeobachtungen, Literaturstudien und Datenkompilationen vertieft werden. Die Datensätze zur Hydrochemie und zur Isotopenhydrogeologie der Tiefengrundwässer der Nordschweiz wurden ergänzt und die regionale Situation detailliert neu ausgewertet. Für die Analyse der hydrogeologischen Verhältnisse in der Nordschweiz wurden hydrodynamische Modelle im regionalen und im lokalen Massstab erstellt. Mittels dieser stationären Modelle wurden unterschiedliche Szenarien getestet, beispielsweise bezüglich der hydraulischen Eigenschaften einzelner Einheiten oder von Störungen, sowie die Auswirkungen z.b. auf die hydraulischen Gradienten über die Wirtgesteine oder die Exfiltrationszonen analysiert. Dadurch kann ein Spektrum möglicher hydrogeologischer Situationen aufgezeigt und die Eingangsdaten für die Sicherheitsanalysen eingegrenzt werden. Für das Standortgebiet Wellenberg lagen aus früheren Arbeiten bereits umfassende Analysen der hydrogeologischen Situation vor. Der Malm- und der Muschelkalk-Aquifer bilden in der Nordschweiz die regionalen Tiefenaquifere über und unter den Wirtgesteinen und definieren damit die maximale Ausdehnung des potenziell einschlusswirksamen Gebirgsbereichs. In den westlichen Gebieten ist auch der Hauptrogenstein-Aquifer zu beachten: Dieser bildet die obere Begrenzung der Rahmengesteine des Opalinustons in den Standortgebieten Jura Ost und Jura-Südfuss; in letzterem bildet er, allenfalls zusammen mit den Birmenstorfer Schichten, den nächstgelegenen Aquifer im Liegenden der Effinger Schichten. Im lokalen Massstab können weitere Einheiten als Exfiltrationspfade relevant sein: Insbesondere im Oberen Mittelkeuper können je nach lithologischer Ausbildung einzelne Schichtglieder Aquifer-Charakter aufweisen (Keuper-Aquifer). Zudem können die regionalen hydrogeologischen Verhältnisse auch durch die regionalen Störungszonen beeinflusst sein: Im Rahmen von Szenarienanalysen wurde deren Bedeutung für Fliesssysteme, Exfiltrationsorte und Gradienten über die Wirtgesteine analysiert. Im Kapitel 'Regionale Hydrochemie der Nordschweiz' wird im ersten Schritt für jede hydrogeologische Einheit die generelle chemische und isotopenhydrogeologische Charakteristik wie auch die Entwicklung der Tiefengrundwässer dargestellt. Dies bildet die Grundlage für die Diskussion von Fliesssystemen aus hydrochemischer Sicht. Es zeigt sich, dass in den tektonisch

6 NAGRA NTB II Dossier V nicht oder nur wenig beanspruchten Gebieten ein ausgeprägter Grundwasserstockwerkbau beobachtet werden kann, der die effiziente Trennwirkung durch die Aquitarde beispielsweise im Dogger (Opalinuston, 'Brauner Dogger'), Lias und Gipskeuper unterstreicht. In tektonisch stärker beanspruchten Gebieten werden teilweise formationsübergreifende Verbindungen beobachtet, beispielsweise die bekannten Thermalwasseraustritte von Baden/Ennetbaden und Schinznach Bad an der Jura-Hauptüberschiebung. Im Kapitel 'Standortspezifische Hydrogeologie Nordschweiz' wird für jedes Standortgebiet die generelle hydrogeologische Situation charakterisiert und hydrogeologisch relevante Beobachtungen beispielsweise in Bohrungen, an Aufschlüssen oder in Tiefbauten zusammengefasst. Von besonderem Interesse sind hier Beobachtungen zur lokalen lithologischen Ausbildung und allfälligen Wasserführung von vergleichsweise gering mächtigen Einheiten in den Rahmengesteinen, wie dem Sissach-Member der Passwang-Formation oder von kalkig-sandigen Einschaltungen im Lias. Die Hauptexfiltrationsgebiete werden für jedes Gebiet basierend auf den Modellierungen aufgelistet. Die hydraulischen Gradienten über die Wirtgesteine werden aufgrund der Szenarienanalysen der Lokalmodelle unter Berücksichtigung allfällig vorhandener lokaler Potenzialmessungen eingegrenzt. Für das Standortgebiet Wellenberg existiert dank zahlreicher Tiefbohrungen und der Felduntersuchungen ein umfangreicher hydrogeologischer Datensatz. Dieser wurde schon früher detailliert ausgewertet und in hydrodynamische Modelle mit unterschiedlichen Massstäben integriert; diese beinhalten auch unterschiedliche konzeptionelle Ansätze der hydraulischen Eigenschaften des Wirtgesteins. Eine Besonderheit bildet die in den Mergelformationen des Helvetikums angetroffene Unterdruckzone. Es handelt sich dabei um ein transientes Phänomen im Zusammenhang mit mechanischer Entlastung durch Erosion und/oder Gletscherrückzug. Die Exfiltrationspfade werden unter Berücksichtigung des langfristigen Abbaus dieser Unterdruckzone evaluiert. Die Bedeutung der für Etappe 2 überarbeiteten geologischen Profile und der gegenüber der früheren Planung tieferen Lagerebenen wird diskutiert. In den Tiefbohrungen am Wellenberg wurde eine ausgeprägte Zonierung der Wassertypen der Tiefengrundwässer angetroffen, inklusive charakteristischer Isotopensignaturen und Verweilzeiten. Gemäss neuer Planung würden die Lagerebenen auf Niveaus liegen, auf denen neoalpines Formationswasser zu erwarten ist. In den Tiefengrundwässern wurden teilweise auch hohe Gehalte von Methan angetroffen gemäss den vorliegenden Daten handelt es sich in der Regel um gelöstes Gas, in einzelnen Zonen muss auch mit freiem Gas gerechnet werden.

7 Dossier V III NAGRA NTB Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung... I Inhaltsverzeichnis... III Tabellenverzeichnis... V Figurenverzeichnis... VI 1 Einleitung Bedeutung für den sicherheitstechnischen Vergleich für SGT Etappe 2: Übersicht der betroffenen Indikatoren Allgemeine Daten- und Informationsgrundlage Überblick Hydrogeologische Modelle Nordschweiz: Grundlagen und Methoden Regionale hydrogeologische Verhältnisse Nordschweiz Hydrostratigraphische Einheiten Störungen Regionale In- und Exfiltrationszonen Hydraulische Gradienten Regionale Hydrochemie Nordschweiz Aquifere in den Molasseeinheiten Obere Süsswassermolasse (OSM) Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Obere Meeresmolasse (OMM) Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Untere Süsswassermolasse (USM) Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Malm-Aquifer und Effinger Schichten Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Hauptrogenstein-Aquifer, Birmenstorfer Schichten und wasserführende kalkig-sandige Abfolgen im 'Braunen Dogger' Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Lias Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer... 31

8 NAGRA NTB IV Dossier V 4.5 Keuper-Aquifer Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Muschelkalk-Aquifer Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Fliesssysteme Grundwasser-Stockwerkbau Standortspezifische Hydrogeologie Nordschweiz Südranden Generelle hydrogeologische Situation Hauptexfiltrationszonen Gradienten über das Wirtgestein Zürich Nordost Generelle hydrogeologische Situation Hauptexfiltrationszonen Gradienten über die Wirtgesteine Nördlich Lägern Generelle hydrogeologische Situation Hauptexfiltrationszonen Gradienten über die Wirtgesteine Jura Ost Generelle hydrogeologische Situation Hauptexfiltrationszonen Gradienten über das Wirtgestein Jura-Südfuss Generelle hydrogeologische Situation Hauptexfiltrationszonen Gradienten über die Wirtgesteine Hydrogeologische Verhältnisse im Standortgebiet Wellenberg Hydrogeologisches Modell Wellenberg Datengrundlage Hydrogeologische Verhältnisse im Standortgebiet WLB Hydrogeologische Gliederung Oberflächennahes Grundwasser Daten Festgesteine Tiefengrundwässer Erkundungsmethoden und Ziele Untersuchungsergebnisse Potenzialverhältnisse... 80

9 Dossier V V NAGRA NTB Grundwasserzirkulation im Umfeld eines geologischen Tiefenlagers Ergebnisse der früheren Interpretationen (Nagra 1997) Umfang und Ziele der Modellierungen Blockmodell, K-Modell Regionalmodell Ergebnisse und Schlussfolgerungen Ergänzende Arbeiten im Rahmen SGT Etappe Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Hydrochemie im Standortgebiet Wellenberg Niederschlag Oberflächennahe Grundwässer Tiefe Grundwässer Zusammensetzung der Gase Porenwasser in der Gesteinsmatrix Fluidgenese im Wirtgestein Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Tab. 4-1: Tab. 4-2: Anzahl Lokalitäten mit hydrochemischen Referenzdatensätzen in den hydrogeologischen Einheiten in der Nordschweiz und im angrenzendem süddeutschen Molassebecken Erläuterung des Stellencodes von Grundwasservorkommen in den verschiedenen hydrogeologischen Einheiten, auf welche im vorliegenden Text und Figuren spezifisch eingegangen wird

10 NAGRA NTB VI Dossier V Figurenverzeichnis Fig : Hydrogeologisches Regionalmodell der Nordschweiz: Modellgrenze (grün) und darin enthaltene regionale Störungen (rot) Fig : Potenzialkarte des Malm-Aquifers (basierend auf Gmünder et al. 2014) Fig : Fig. 4-1: Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Potenzialkarte des Muschelkalk-Aquifers (basierend auf Gmünder et al. 2014) Geographische Verteilung aller Lokalitäten mit Grundwasseranalysen aus einer oder mehreren hydrogeologischen Einheiten Schoeller-Diagramme der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus der Oberen Süsswassermolasse (oben), Oberen Meeresmolasse (Mitte) und Unteren Süsswassermolasse (unten) O vs. 2 H der Grundwässer aus den verschiedenen Molasseeinheiten unterteilt nach dem chemischen Typ der Grundwässer Kohlenstoff-13- und Kohlenstoff-14-Gehalte der Grundwässer aus den Molasseeinheiten unterteilt nach dem chemischen Typ der Grundwässer Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Offenen Karst (oben), dem Tiefen Karst (Mitte) und dem Malm südlich der Linie Rhein Bodensee (unten) des Malm-Aquifers O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Malm-Aquifer und den Effinger Schichten und einer extrapolierten Mischungskorrelation von brackischmarinen und meteorischen Endgliedern He/ 4 He-Verhältnisse in Abhängigkeit des 4 He-Gehalts der Grundwässer aus dem Malm-Aquifer Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links; nur Hauptrogenstein- Aquifer) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Hauptrogenstein-Aquifer und den Birmenstorfer Schichten Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus den Gesteinen des Lias Fig : Keuper-Aquifer: Schoeller-Diagramm der oberflächennahen Grundwässer aus dem Faltenjura (oben links) und dem Tafeljura (oben rechts; Ca-SO 4 - Typ), der tiefen Grundwässer aus dem Tafeljura (oben rechts, Na-SO 4 -Typ) und dem Molassebecken (unten) Fig : Ca vs. SO 4 in den Grundwässern aus dem Keuper-Aquifer Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Keuper-Aquifer Fig : Muschelkalk-Aquifer: Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Faltenjura (oben), dem Tafeljura (Mitte) und dem Molassebecken (unten) Fig : Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Muschelkalk-Aquifer und einer extrapolierten Mischungskorrelation von brackisch-marinen und meteorischen Endgliedern He in Abhängigkeit vom Cl-Gehalt in den oberflächennahen und tiefen Grundwässern aus dem Muschelkalk-Aquifer

11 Dossier V VII NAGRA NTB Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Räumliche Verteilung der chemischen Typologie von Tiefengrundwässern in der Nordschweiz entlang drei ca. SW-NE verlaufenden Profilen Räumliche Verteilung der Sauerstoff-Isotopie ( 18 O) von Tiefengrundwässern in der Nordschweiz entlang drei ca. SW-NE verlaufenden Profilen Verbreitung von Lokalitäten mit hydrochemisch belegtem Auftreten von formationsübergreifender Grundwasserzirkulation Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Südranden In- und Exfiltrationszonen des Muschelkalk-Aquifers des geologischen Standortgebiets Südranden basierend auf dem hydrogeologischen Regionalmodell (Gmünder et al. 2014) Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Zürich Nordost Fig : Stubensandstein-Formation in der Bohrung Benken Fig : In- und Exfiltrationszonen des Malm-Aquifers des geologischen Standortgebiets Zürich Nordost basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell (Luo et al. 2014a) Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Nördlich Lägern Fig : Bohrung Weiach, Massenkalk (Malm) und mit Ton verfüllter Paläokarst Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Sissach-Member der Passwang-Formation an einem Aufschluss bei Tegerfelden Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Jura Ost In- und Exfiltrationszonen des Hauptrogenstein-Aquifers basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell Jura Ost (Luo et al. 2014c) Hydraulische Gradienten über den Opalinuston im Standortgebiet Jura Ost basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell (Luo et al. 2014c) Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Jura-Südfuss In- und Exfiltrationszonen des Malm-Aquifers nach dem hydrogeologischen Lokalmodell Jura-Südfuss (Luo et al. 2014d) N-S-Profil durch das geologische Standortgebiet Wellenberg (Hänni & Pfiffner 2014; siehe auch Anhang Dossier II) Fig : Transmissivitäten der WFS in den Sondierbohrungen SB1 SB6 (diskrete Zuflussstellen resp. WFS mit Transmissivitäten über der Fluid-Logging Detektionsschwelle) Fig : Beobachtete Potenziale in den Sondierbohrungen (vgl. Fig ) Fig : Räumliche Ausdehnung der Unterdruckzone (interpoliert aus Potenzialmessungen der Sondierbohrungen) Fig : Realisation r 1 des K-Modells

12 NAGRA NTB VIII Dossier V Fig : Fig : Fig : Perspektivische Ansicht des Regionalmodells aus Westen (eingefärbt: log K), K-Modell (Wirtgestein), Nebengesteine (orange/rot) Basisfall Regionalmodell Zeitlicher Verlauf des UDZ-Abbaus ab heute (Nullpunkt der Zeitachse) Basisfall Regionalmodell Potenzialverteilungen im W-E-Schnitt zum heutigen Zeitpunkt (oben) und nach 20'000 Jahren (Grenze der Modellgültigkeit, unten) Fig : Basisfall Potenzialverteilungen im N-S-Schnitt (oben) und W-E-Schnitt (unten) nach vollständigem Abbau der UDZ (stationärer Zustand) Fig : Realisationen r 1 r 12 Dissipationsdauer der UDZ als Funktion der K- Realisationen Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Fig : Schoeller-Diagramme der oberflächennahen (links oben) und tiefen (links Mitte und unten) Grundwässer aus der Palfris-Formation, der oberflächennahen (rechts oben) und tiefen (rechts Mitte) Grundwässer aus den Kalkeinheiten der Drusberg-Decke und der tiefen Grundwässer aus Wissberg-Scholle und infrahelvetischem Mélange/Öhrli- Formation/Südhelvetischem Flysch (rechts unten) Beziehung zwischen 18 O und 2 H für die oberflächennahen und tiefen Grundwässer vom Standortgebiet Wellenberg Hydrochemische Charakterisierung der Grundwässer mit Angabe ihrer mittleren Verweilzeiten und ihre räumliche Verteilung in einem vereinfachten NNW-SSE-Profil (aus Nagra 1997) Beziehung zwischen 13 C von CH 4 und dem Verhältnis von Methan / [Ethan + Propan] (C1 / [C2 + C3]; oben) und zwischen 2 H und 13 C von CH 4 (unten) für die aus verschiedenen Reservoirs beprobten Gastypen Bohrung Wellenberg SB1: Konzentrationsprofile von Cl und dessen Isotopenverhältnis 37 Cl/ 35 Cl (ausgedrückt als 37 Cl) in Porenwasser, Grundwasser und Fluideinschlüssen von verschiedenen Adermineralgenerationen (modifiziert nach Waber et al. 2013) Synthese der Beziehung zwischen 18 O und 2 H für Grundwässer und Porenwässer vom Standortgebiet Wellenberg

13 Dossier V 1 NAGRA NTB Einleitung Das Dossier 'Hydrogeologische Verhältnisse' liefert Beschreibungen der Hydrogeologie im regionalen und im lokalen Massstab. Der Fokus liegt dabei auf den Tiefenaquiferen; im Vordergrund stehen die Identifikation von potenziellen Exfiltrationszonen und die hydraulischen Gradienten über die Wirtgesteine. Naturgemäss bestehen viele Anknüpfungspunkte zum Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine': Datensätze für die Wirtund Rahmengesteine werden dort diskutiert und begründet, im vorliegenden Dossier finden sich ergänzende qualitative Beschreibungen, beispielsweise zur Begründung der hydrogeologischen Einheiten. Die Kenntnis der hydrogeologischen Verhältnisse in den Tiefenaquiferen ist zudem wichtig im Hinblick auf den Bau der Zugänge ins Tiefenlager, beispielsweise für die Beurteilung möglicher Beeinflussungen von Mineral- und Thermalwassernutzungen oder für die Planung des Bergwassermanagements. Das vorliegende Dossier 'Hydrogeologische Verhältnisse' ist wie folgt aufgebaut: Kapitel 2 präsentiert die generelle Daten- und Informationsgrundlage sowie ausgewählte Aspekte zu Grundlagen und Methoden der hydrogeologischen Modelle der Nordschweiz. Kapitel 3 präsentiert die regionalen hydrogeologischen Verhältnisse der Nordschweiz inklusive dem angrenzenden süddeutschen Gebiet. Dies umfasst die Definition der hydrogeologischen Einheiten und die Resultate des hydrogeologischen Regionalmodells. Kapitel 4 präsentiert die Hydrochemie und Isotopenhydrogeologie der Tiefengrundwässer der Nordschweiz. Dies umfasst eine generelle Charakterisierung der in den hydrogeologischen Einheiten angetroffenen Tiefengrundwässer und Beschreibungen von Fliesssystemen basierend auf hydrochemischen Argumenten. Von besonderem Interesse ist dabei der Grundwasser-Stockwerkbau. Kapitel 5 präsentiert die Hydrogeologie der Standortgebiete der Nordschweiz. Neben der Übersicht über die standortspezifische Situation und Datenlage geht es insbesondere um die Identifikation der potenziellen Exfiltrationszonen und die Gradienten über die Wirtgesteine. Kapitel 6 präsentiert die Situation im Standortgebiet Wellenberg aus hydrogeologischer und Kapitel 7 aus hydrochemisch-isotopenhydrogeologischer Sicht. 1.1 Bedeutung für den sicherheitstechnischen Vergleich für SGT Etappe 2: Übersicht der betroffenen Indikatoren Das vorliegende Dossier liefert Beiträge zu diversen Kriterien und Indikatoren des Sachplans. Im Vordergrund stehen hier die Beobachtungen zum Grundwasserstockwerkbau (Kriterium 1.2 Grundwasserstockwerke). Für zahlreiche weitere Indikatoren werden ergänzende Argumente zur Beurteilung geliefert, die zentralen Argumente finden sich aber in anderen Dossiers (insbesondere in Dossier VI und VII).

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15 Dossier V 3 NAGRA NTB Allgemeine Daten- und Informationsgrundlage 2.1 Überblick Bereits zu Beginn von Etappe 2 lagen für die Standortregionen diverse Grundlagenberichte, Publikationen und Kartenwerke vor, welche Informationen zu den hydrogeologischen Verhältnissen liefern. Ein Überblick dazu findet sich in Nagra (2010) und wird hier nicht systematisch wiederholt. Die Arbeiten für Etappe 2 umfassen Modellierungen und Synthesearbeiten (inkl. Literaturrecherchen) sowie, so weit möglich, Datenerhebungen aus Bohrungen Dritter. Die für das Dossier 'Hydrogeologische Verhältnisse' zentralen neuen Arbeiten in der Nordschweiz für Etappe 2 umfassen: Analyse der regionalen Fliesssysteme in den Tiefenaquiferen der Nordschweiz basierend auf dem hydrogeologischen Regionalmodell (Gmünder et al. 2014) Analyse der lokalen Fliesssysteme in den geologischen Standortgebieten der Nordschweiz basierend auf vier 1 hydrogeologischen Lokalmodellen (Luo et al. 2014a d) Analyse der Fliesssysteme in den Tiefenaquiferen der Nordschweiz basierend auf hydrochemischen und isotopenhydrogeologischen Daten (Waber et al. 2014a) Kompilation und Analyse der hydrogeologischen Daten der Tiefenaquifere als Grundlage für die hydrogeologischen Modelle (Nusch et al. 2013) Charakterisierung der hydrogeologischen Verhältnisse in den potenziellen Exfiltrationszonen der Tiefenaquifere als Grundlage für die Modellierung der Biosphäre (Haldimann & Schatzmann 2014) Kompilation und Auswertung der Beobachtungen und Daten zur Hydrogeologie des Malm- Aquifers im Standortgebiet Südranden (Greber 2014) Synthese der hydrogeologischen Beobachtungen in den Bözbergtunnel als Grundlage für das Verständnis der lokalen Hydrogeologie (Hartmann et al. 2013) Herleitung und Definition von hydrogeologischen Einheiten in den unteren Rahmengesteinen des Opalinustons (Traber 2013) Datenerhebungen in Bohrungen Dritter, insbesondere: Bohrung Schlattingen-1 (Rohs & Frieg 2013, Albert et al. 2012a, Wersin et al. 2013, Waber et al. 2014b), Bohrungen Gösgen (Albert et al. 2009, Enachescu et al. 2010, Waber et al. 2012) und EWS-Bohrungen Aarau (Sachs et al. 2011); Datensätze aus der Literatur Dritter sind direkt in die entsprechenden Berichte eingeflossen Spezifische hydrogeologische Datensätze zu den Wirt- und Rahmengesteinen sind im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' dokumentiert. 1 Die geologischen Standortgebiete Südranden und Zürich Nordost werden aufgrund der räumlichen Nähe im selben Lokalmodell betrachtet.

16 NAGRA NTB Dossier V Zusätzlich liefern die geologischen Untersuchungen in diversen EWS-Bohrungen teilweise deutlich verbesserte Kenntnisse der Mächtigkeit und lithologischen Ausbildung der Gesteine und damit eine verbesserte Grundlage für die Definition hydrogeologischer Einheiten. Für das Standortgebiet Wellenberg existiert bereits eine umfassende Synthese (Nagra 1997). Neuere Grundlagen umfassen die geologische Dokumentation zum Bau des Engelberg-Bahntunnels (SKH 2006) und die Auswertung von Chlorid-Isotopenprofilen (Waber et al. 2013). 2.2 Hydrogeologische Modelle Nordschweiz: Grundlagen und Methoden Die hydrogeologischen Verhältnisse wurden mit Hilfe von hydrogeologischen Modellen analysiert. Das hydrogeologische Regionalmodell (Gmünder et al. 2014) dient dabei insbesondere der Analyse der Fliesssysteme in den regionalen Aquiferen und liefert hydraulische Randbedingungen für die darin eingebetteten hydrogeologischen Lokalmodelle (Luo et al. 2014a d). Die Modelle bauen auf dem geologischen Modell 2012 auf (Gmünder et al. 2013) und enthalten die relevanten hydrogeologischen Einheiten und die regionalen Störungszonen. Die hydrogeologischen Grundlagendaten der Aquifere sind in Nusch et al. (2013) kompiliert. Die stationären Modelle erlauben es, unterschiedliche Szenarien, beispielsweise bezüglich der hydraulischen Eigenschaften von Störungen, zu analysieren und die Auswirkungen z.b. auf die hydraulischen Gradienten über die Wirtgesteine oder die Exfiltrationszonen zu testen. Dadurch kann das Spektrum möglicher hydrogeologischen Situationen aufgezeigt und die Input-Werte für die Sicherheitsanalysen eingegrenzt werden. In den Lokalmodellen (Luo et al. 2014a d) und auch im Regionalmodell wurden Szenarien betrachtet, in denen den regionalen Störungen unterschiedliche hydraulische Eigenschaften zugewiesen wurden. Modelliert wurden dabei Endglieder der möglichen Eigenschaften: In einem Rechenfall wurden beispielsweise die Störungen als homogen durchlässig betrachtet, ohne dass Selbstabdichtung berücksichtigt wurde. Es zeigte sich, dass die verfügbaren Potenzialdaten meist keine Diskriminierung zwischen diesen Szenarien ermöglichen; die gemessenen Potenziale scheinen meist stärker durch die Aufschlusssituation geprägt als durch die Eigenschaften der Störungen. Hydrochemische und isotopenhydrogeologische Daten zeigen, dass in den ruhig gelagerten Gebieten in der Regel ein ausgeprägter Grundwasser-Stockwerkbau zu beobachten ist (Kapitel 4.7). Die wichtigsten Produkte der Modellierungen sind Gradienten über die Wirtgesteine, Potenzialkarten und die Identifikation der Exfiltrationszonen. Letzteres kann mit Hilfe von Partikelbahnen (particle tracking) grundsätzlich gut visualisiert werden. Allerdings gibt es bei dieser Methode auch mit den derzeit verfügbaren Simulationswerkzeugen noch Einschränkungen bei Modellen mit komplexeren Geometrien und für geringmächtige Einheiten (siehe Gmünder et al. 2014). Diese Einschränkungen können teilweise umgangen werden, in dem die Partikel nicht in den gering durchlässigen Wirtgesteinen sondern in den nächsten darüber bzw. darunter liegenden Aquiferen gestartet werden, um dann ihren Weg in die Biosphäre zu verfolgen. Dadurch werden Exfiltrationszonen unabhängig von der Richtung des Gradienten über die Wirtgesteine hergeleitet. Dieses Vorgehen trägt bis zu einem gewissen Grad der Ungewissheit bezüglich der langfristigen Entwicklung der Richtung der Gradienten aufgrund der geologischen Langzeitentwicklung Rechnung. Exfiltrationszonen wurden beispielsweise nicht weiter betrachtet in Situationen, wo ein Exfiltrationspfad im Liegenden des Wirtgesteins analysiert wird, die Partikel dann aber unmittelbar wegen stark nach oben gerichteter Gradienten in diesen stationären Modellen vertikal nach oben durch den Aquitard migrieren.

17 Dossier V 5 NAGRA NTB Bezüglich der Gradienten über die Wirtgesteine werden die Resultate insbesondere der lokalen Modellierungen präsentiert. Zusätzlich werden, soweit verfügbar, Abschätzungen aus Potenzialdifferenzen zwischen Aquiferen im Hangenden und Liegenden der Wirtgesteine vorgenommen und, soweit möglich, auch Potenzialmessungen in den Wirtgesteinen selber berücksichtigt. Letztere Datensätze deuten auf ein transientes Verhalten der gering durchlässigen Einheiten hin. Diese standortspezifischen Betrachtungen bilden die Grundlage für die Wahl von Werten für die Sicherheitsanalysen.

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19 Dossier V 7 NAGRA NTB Regionale hydrogeologische Verhältnisse Nordschweiz 3.1 Hydrostratigraphische Einheiten Der Schichtaufbau in der Nordschweiz ist charakterisiert durch einen ausgeprägten Wechsel zwischen Aquiferen und Aquitarden. Im Hinblick auf die Sicherheitsanalysen ist die Abfolge zwischen Malm- und Muschelkalk-Aquifer von besonderem Interesse: Diese beiden regionalen Tiefenaquifere definieren die maximal mögliche Mächtigkeit der Rahmengesteine in den östlichen Gebieten. In den Standortgebieten Jura Ost und Jura-Südfuss bildet der Hauptrogenstein- Aquifer die Obergrenze der Rahmengesteine. Zusätzlich wird auch das Tertiär betrachtet, weil zahlreiche frühere hydrochemische Untersuchungen gezeigt haben, dass eine Verwandtschaft mit den Tiefengrundwässern im Malm-Aquifer besteht. Schematische stratigraphisch-hydrogeologische Sammelprofile für die einzelnen geologischen Standortgebiete finden sich in Kap. 5. Generell kann unterschieden werden zwischen regionalen und lokalen Aquiferen sowie Einheiten mit potenziell lokaler Wasserführung (beispielsweise Fig und 5.4-1): Regionale Aquifere weisen Mächtigkeiten von mindestens einigen Dekametern auf und haben im regionalen Massstab ( km) eine gleichbleibende lithologische Ausbildung. Bezüglich hydraulischer Durchlässigkeit besteht keine scharfe Definition, typische Werte beispielsweise für den Muschelkalk liegen um 10-5 bis 10-7 m/s, während sich der Wertebereich beim Malm-Aquifer aufgrund des unterschiedlichen Ausmasses von Verkarstung und Klüftung über mehrere Grössenordnungen erstreckt (Nusch et al. 2013). Von den regionalen Aquiferen liegen meist bedeutende Datensätze vor (K-Werte, Potenziale, Wasseranalysen); dies weil sie beispielsweise auch bei Geothermie- oder Kohlenwasserstoffbohrungen von Interesse sind und mit Standardmethoden getestet werden können. Bedeutende Tiefenaquifere sind der Malm- und der Muschelkalk-Aquifer. Auch die Hauptrogenstein-Formation bildet aufgrund ihrer Mächtigkeit und Ausbildung im Gebiet ca. westlich des unteren Aaretals (z.b. Bläsi et al. 2013) einen regionalen Aquifer. Im Falten- und Tafeljura wird der Hauptrogenstein-Aquifer mancherorts für die Wasserversorgung genutzt, es handelt sich hier um lokale Fliesssysteme. Über seine Eigenschaft als regionaler Tiefenaquifer im Schweizer Mittelland ist aber nur wenig bekannt (Nusch et al. 2013). Lokale Aquifere sind durch eine räumlich variierende lithologische Ausbildung und daraus resultierend bedeutender Unterschiede in den lokalen hydraulischen Eigenschaften charakterisiert. Unter dem Term 'Keuper-Aquifer' werden die potenziell durchlässigen Schichtglieder des Oberen Mittelkeupers zusammengefasst (Traber 2013). Beispielsweise weist der Keuper-Aquifer in Benken (Stubensandstein-Formation) mit m/s gegenüber der Situation in der Bohrung Weiach mit m/s eine sehr hohe hydraulische Durchlässigkeit auf (Nusch et al. 2013). Zusätzlich wird die Kontinuität dieser gegenüber den regionalen Aquiferen geringer mächtigen Einheiten durch Störungen besonders beeinflusst. Einheiten mit potenziell lokaler Wasserführung: Es handelt sich um gering mächtige (wenige Meter-Massstab) 'harte Bänke' resp. Abfolgen von 'harten Bänken', die aufgrund ihrer lithologischen Ausbildung als hypothetischer Exfiltrationspfad über kurze Distanzen beispielsweise bis zu einer transmissiven Störungszone in Betracht gezogen werden müssen. Üblicherweise weisen Packertests in diesen Abschnitten geringe Durchlässigkeiten auf. Diese Einheiten werden im Hinblick auf die Konzepte für die Sicherheitsanalyse im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' diskutiert.

20 NAGRA NTB Dossier V Die hydrogeologischen Einheiten sind in diversen Berichten beschrieben (insbesondere Nusch et al. 2013, Gmünder et al. 2014, Luo et al. 2014a d, Waber et al. 2014a, Traber 2013), dort finden sich auch Referenzen auf die weiterführende Literatur. Die quartären Schotter bilden die wichtigsten Aquifere der Nordschweiz und damit vielerorts die Grundlage unserer heutigen Wasserversorgung. In den Flusstälern definieren sie das tiefste Vorflutniveau für die Tiefenaquifere und sind deshalb für die Modellierung der Biosphäre im Rahmen der Sicherheitsanalyse von Bedeutung. Als Grundlage für die Biosphärenmodellierung in Etappe 2 haben Haldimann & Schatzmann (2014) die hydrogeologische Situation an den potenziellen Exfiltrationszonen von Tiefengrundwässern aus den Standortgebieten gemäss Nagra (2010) charakterisiert. Dabei wird angenommen, dass diese Exfiltration an den tiefsten Punkten der Kontaktzone zwischen Biosphären-Aquifer und demjenigen Tiefenaquifer stattfindet, in welchem die Radionuklide nach ihrer Freisetzung aus dem einschlusswirksamen Gebirgsbereich durch die Geosphäre bis in die Biosphäre transportiert werden. Für die Biosphärenmodellierung im Rahmen von Etappe 2 ist dabei insbesondere das heutige Spektrum der hydrogeologischen Situationen im Hinblick auf mögliche zukünftige Situationen von Interesse. Die im Rahmen von Etappe 2 neu erstellten hydrogeologischen Modelle liefern Hinweise auf weitere mögliche Exfiltrationszonen, diese werden für Etappe 3 gegebenenfalls detaillierter analysiert und für die Biosphärenmodellierung charakterisiert. Im Allgemeinen liegen die in diesen Gebieten erwarteten Grundwasserflüsse innerhalb des Spektrums aufgezeigt durch Haldimann & Schatzmann (2014). Für die Hydrogeologie im regionalen Massstab sind insbesondere der Muschelkalk-, der Hauptrogenstein- und der Malm-Aquifer von Interesse. Zusätzlich ist im Tertiär die Obere Meeresmolasse ein Tiefenaquifer. Diese Aquifere werden durch bedeutende regionale Aquitarde getrennt. Im regionalen Massstab sind dies insbesondere die Anhydrit-Gruppe, der Gipskeuper, die in der Regel gering durchlässige Abfolge zwischen Keuper-Aquifer und Basis Opalinuston, der Opalinuston, der 'Braune Dogger' und die Effinger Schichten. Auch die Untere und die Obere Süsswassermolasse sind primär als Aquitarde anzusprechen (Küpfer 2005, Gander 2004), insbesondere in Bezug auf ihre vertikale Durchlässigkeit; sie weisen jedoch auch durchlässige Sandsteinrinnen auf (z.b. Mineralwasserbohrungen Eglisau; Kempf et al. 1986). Auch bei der Passwang-Formation handelt es sich gemäss den bisherigen Beobachtungen in Tiefbohrungen im regionalen Massstab primär um einen Aquitard (Kap. 5). Buntsandstein und Kristallin bilden das tiefste Aquifersystem der Region, in den Permokarbon- Trögen herrschen meist stagnierende Verhältnisse mit hochsalinen Wässern. Die Hydrogeologie und Hydrochemie dieser Einheiten wurden bereits in früheren Arbeiten detailliert untersucht (Pearson et al. 1991, Schmassmann et al. 1992, Thury et al. 1993, Voborny et al. 1994, Michard et al. 1996) und werden hier nicht weiter diskutiert. Neuere Datensätze stammen aus der Bohrung Schlattingen-1 (Waber et al. 2014b) und von der Thermalwasserbohrung in Waldshut- Tiengen (Stober & Vicedom 2005). Im lokalen Massstab (ca. geologisches Standortgebiet) können weitere Aquifere relevant sein. Dies betrifft insbesondere den Keuper-Aquifer, der bedeutende Durchlässigkeiten aufweisen kann und beispielsweise in der Bohrung Benken (Gimmi & Waber 2004) und wahrscheinlich auch in der Bohrung Schlattingen-1 (Wersin et al. 2013) die für die Tracerprofile relevante Randbedingung im Liegenden des Opalinustons definiert. Hinzu kommen weitere Einheiten, die als potenzielle Freisetzungspfade eine Bedeutung haben können, wie beispielsweise Arietenkalk oder das Sissach-Member der Passwang-Formation. Die oft gering durchlässigen 'harten Bänke' in den Wirt- und Rahmengesteinen werden detailliert im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' diskutiert.

21 9 Dossier V 3.2 NAGRA NTB Störungen Auch Störungen sind wichtige hydrogeologische Elemente. Geologische Profile illustrieren, dass sie beispielsweise die Kontinuität eines Aquifers unterbrechen können. Punktuell könnten die hydraulischen Eigenschaften einer Störung durch eine Bohrung erfasst werden, doch es liegen keine Datensätze vor, welche die Herleitung von im Massstab von hunderten von Metern und grösser repräsentativen Transmissivitäten ermöglichen. Das Thema kann über konzeptuelle Ansätze wie beispielsweise das sogenannte 'Shale-gouge ratio' (Fisher et al. 2013) angegangen werden, das versuchsweise im hydrogeologischen Regionalmodell umgesetzt wurde (Gmünder et al. 2014). In den hydrogeologischen Modellen (Gmünder et al. 2014, Luo et al. 2014a d) wurden neben der Wirkung der Veränderung des Durchflussquerschnitts an den Störungen auch Fälle betrachtet, bei denen die Störungen homogen hohe oder geringe Durchlässigkeiten haben. Meist lassen sich diese Fälle allein durch den Vergleich mit gemessenen Potenzialen nicht weiter plausibilisieren, an vielen Lokalitäten sind diese primär durch näher liegende In- und Exfiltrationszonen geprägt. Wichtige Argumente liefert diesbezüglich die Hydrochemie (ausgeprägter Stockwerkbau vs. Formations-übergreifende Fliesssysteme; Kap. 4.7). Im hydrogeologischen Regionalmodell sind die regionalen Störungszonen aus dem geologischen Modell 2012 enthalten (Fig ). Standortgebiete HAA Störungen Regionalmodell SMA Perimeter Schaffhausen Regionalmodell Kreuzlingen Lokalmodelle Frauenfeld Basel Frick Winterthur Baden Aarau Zürich Olten Luzern km Fig : Hydrogeologisches Regionalmodell der Nordschweiz: Modellgrenze (grün) und darin enthaltene regionale Störungen (rot). Ersichtlich ist auch die Lage der darin eingebetteten Lokalmodelle (blau) und der geologischen Standortgebiete.

22 NAGRA NTB Dossier V 3.3 Regionale In- und Exfiltrationszonen Dieses Unterkapitel gibt einen generellen Überblick über die In- und Exfiltrationszonen der Tiefenaquifere basierend auf den Resultaten des hydrogeologischen Regionalmodells (Gmünder et al. 2014). Die Diskussion erfolgt dabei separat für die einzelnen Szenarien bezüglich der hydraulischen Eigenschaften der Störungen. Die für die einzelnen Standortgebiete relevanten Exfiltrationszonen finden sich in Kapitel 5. Störungen wirken sich zumindest durch die Veränderung des Durchflussquerschnitts auf die Fliesssysteme aus (Rechenfall C1 in Gmünder et al. 2014). Die typischen Exfiltrationszonen von Malm-, Hauptrogenstein- und Muschelkalk-Aquifer liegen dabei in den Flusstälern, wo das Vorflutniveau durch die Flüsse oder die Lockergesteinsgrundwasserleiter definiert wird. Für die einzelnen Aquifere ergeben sich die folgenden regional wichtigsten In- und Exfiltrationszonen: Für den Malm-Aquifer (Fig ) liegen dabei die wichtigsten Exfiltrationszonen im Rheintal im Raum des Rheinfalls, im Rheintal im Raum Kaiserstuhl, im Reusstal im Raum Mellingen, im Aaretal bei der Klus von Wildegg oder im Aaretal bei Aarburg. Teilweise steigt Malmgrundwasser auch vertikal durch die Molasse auf, beispielsweise in den Untersee oder ins Thurtal. Wichtige Infiltrationsgebiete liegen in den Aufschlüssen des Malms im Falten- und Tafeljura. Ein Teil des Malmgrundwassers stammt von der südlichen und der nördlichen Modellgrenze. Zusätzlich erfolgt teilweise auch eine vertikale Infiltration von der Molasse in den Malm. Für den Hauptrogenstein-Aquifer liegen die wichtigsten Exfiltrationszonen im Reusstal (Raum Mellingen) und im Aaretal im Raum Wildegg. Die wichtigsten Infiltrationsgebiete liegen im Faltenjura. Der lokale Keuper-Aquifer wurde im Regionalmodell als 10 m mächtige Einheit mit hypothetisch regionaler Erstreckung abgebildet. Das wichtigste Exfiltrationsgebiet liegt im Raum Klingnauer Stausee. Die bedeutendsten Infiltrationsgebiete befinden sich entlang der Südostseite des Wutachtals. Für den Muschelkalk-Aquifer (Fig ) liegen die wichtigsten Exfiltrationszonen im Reusstal bei Birmenstorf und im untersten Aaretal beim Klingnauer Stausee. Infiltrationsgebiete liegen im Raum Wutachtal und ein Anteil stammt aus dem Süden (Modellgrenze). Südlich der Jura-Hauptüberschiebung und des Baden-Irchel-Herdern-Lineaments zeigen die Potenzialkarten eine Ausrichtung der Fliesssysteme von Süden her gegen die Durchbrüche von Aare, Reuss und Limmat durch diese Strukturen. Nördlich davon werden die Fliesssysteme insbesondere durch die Infiltrationsgebiete im Raum Wutachtal und die Exfiltrationsgebiete im untersten Aaretal und im Rheintal zwischen Koblenz und Sisseln definiert. Störungen können durch darin akkumuliertes feinkörniges Material eine abdichtende Wirkung haben (Rechenfall C2 in Gmünder et al. 2014). In diesem Fall resultieren durch die Störungen separierte, kleiner räumige Fliesssysteme. Für den Malm- und den Hauptrogenstein-Aquifer ergeben sich ähnliche Hauptexfiltrationsgebiete wie im obigen Fall. Demgegenüber sind die Auswirkungen auf die tieferen Aquifere (Muschelkalk, Keuper) ausgeprägter und können beispielsweise im Muschelkalk-Aquifer zu sehr langen Exfiltrationspfaden führen: Malm-Aquifer: Allgemein zeigt sich ein ähnliches Bild wie wenn nur der Versatz an der Störung berücksichtigt wird. Hauptrogenstein-Aquifer: Auch hier zeigt sich allgemein ein ähnliches Bild wie wenn nur der Versatz betrachtet wird. Ein zusätzliches regional bedeutendes Exfiltrationsgebiet liegt im Raum Aarburg.

23 Dossier V 11 NAGRA NTB Für den hypothetisch regional durchlässigen Keuper-Aquifer liegen wichtige Exfiltrationsgebiete im Limmattal bei Baden und im Sissletal im Raum Frick. Durch die stauende Wirkung der Störungszonen werden durch die stationäre Modellierung auch Exfiltrationsorte angezeigt, die eine vertikale Migration durch mächtige Aquitarde bedingen. Für den Muschelkalk-Aquifer findet sich in diesem Fall das bedeutendste Exfiltrationsgebiet im Rheintal im Raum Kaisten. Demgegenüber untergeordnete Exfiltrationsgebiete finden sich im Raum Klingauer Stausee, im Limmattal bei Baden und im Reusstal bei Birmenstorf. Störungen können transmissiv sein und damit beispielsweise zu Verbindungen zwischen unterschiedlichen Aquiferstockwerken führen (Rechenfall C3 in Gmünder et al. 2014). In diesem Fall resultieren gegenüber den anderen Szenarien oft deutliche Verschiebungen in den In- und Exfiltrationsgebieten. Wichtige Exfiltrationsgebiete liegen in diesem Fall dort, wo die Störungen die grossen Flusstäler queren. Teilweise resultieren komplexe Fliesspfade, so können diese beispielsweise beginnend im Muschelkalk via Störungen und Malm-Aquifer die Vorflut erreichen. Dieser Modellfall würde nahe an den Störungen eine identische oder ähnliche isotopische und geochemische Charakteristik der verschiedenen Grundwasserstockwerke bedeuten: In diesem Szenario findet sich für den Malm-Aquifer ein zusätzliches Exfiltrationsgebiet beispielsweise im Thurtal im Raum Uesslingen. Für den Hauptrogenstein-Aquifer ergibt sich gegenüber den anderen Szenarien keine grosse Veränderung. Für den hypothetisch regional durchlässigen Keuper-Aquifer liegen in diesem Fall die wichtigsten Exfiltrationszonen am Schnittpunkt der regionalen Störungen mit den Flusstälern, beispielsweise im Limmattal bei Baden, im Reusstal bei Birmenstorf oder im Aaretal bei Aarburg. Muschelkalk-Aquifer: Hier liegen nun die wichtigsten Exfiltrationszonen entlang der Störungen: Im Limmattal bei Baden, im Aaretal bei Aarburg und im Thurtal bei Uesslingen. Auch ein bedeutender Anteil der Grundwasserneubildung im Muschelkalk erfolgt entlang der Störungen. Zusätzlich zu diesen drei Rechenfällen wurde auch ein Fall getestet, wo sich die Durchlässigkeit der Elemente der Störung aus dem Versatz und den Durchlässigkeiten angrenzender Einheiten errechnet ('Shale-gouge ratio'). Dieser Ansatz führte zu ähnlichen Resultaten wie wenn nur der Versatz an den Störungen berücksichtigt wird (Rechenfall C1) und wurde deshalb nicht weiter verfolgt (Gmünder et al. 2014). In einzelnen Rechenfällen werden auch Fliesspfade angezeigt, welche die Durchquerung von mächtigen Aquitarden beinhalten. Dieses Resultat der stationären Modellierung resultiert aus stagnierenden Verhältnissen im Aquifer und bedeutet letztlich sehr lange Fliesszeiten.

24 NAGRA NTB Dossier V Fig : Potenzialkarte des Malm-Aquifers (basierend auf Gmünder et al. 2014). Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen. Hydraulisches Potenzial in Meter.

25 Dossier V 13 NAGRA NTB Fig : Potenzialkarte des Muschelkalk-Aquifers (basierend auf Gmünder et al. 2014). Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen. Hydraulisches Potenzial in Meter.

26 NAGRA NTB Dossier V 3.4 Hydraulische Gradienten Der hydraulische Gradient über den Opalinuston wurde für das ganze Modellgebiet des Regionalmodells simuliert. Dabei resultieren je nach Rechenfall und insbesondere auch der Topographie und Lage der In- und Exfiltrationsgebiete der Aquifere nach oben oder nach unten gerichtete Gradienten. Beispielsweise im Gebiet Zürich Nordost resultieren in allen drei Fällen nach oben gerichtete Gradienten, im Gebiet Jura Ost sind sie immer nach unten orientiert. Es zeigt sich, dass die Gradienten den Betrag von 1 meist nicht übersteigen: Wird einzig der Versatz an den Störungen berücksichtigt (Rechenfall C1), so ist der Betrag der Gradienten allgemein kleiner als 1, meist sogar kleiner als 0.5. Betrachtet man einen hypothetisch abdichtenden Effekt der Störungen (Rechenfall C2), so resultieren durch die Kompartimentalisierung in vielen Gebieten höhere Gradienten, meist ist der Betrag der Gradienten aber kleiner als 1. Im Standortgebiet Zürich Nordost und im östlichsten Teil des Standortgebiets Südranden resultieren in diesem Fall im Zusammenspiel mit der Regionalisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des Keuper-Aquifers vergleichsweise starke, nach oben gerichtete Gradienten im Bereich von 1 bis 2. Unterstellt man durchlässige Störungszonen (Rechenfall C3), so führt dies zu einem Potenzialausgleich zwischen den verschiedenen Aquifer-Stockwerken und damit auch zu geringeren Gradienten. Das regionale Bild ist hier geprägt durch Werte (Betrag) kleiner als 0.5. Einzig im geologischen Standortgebiet Jura Ost resultieren Beträge bis 1. Die spezifischen Datensätze für die einzelnen Standortgebiete finden sich im Kapitel 5 dieses Dossiers.

27 Dossier V 15 NAGRA NTB Regionale Hydrochemie Nordschweiz Im Molassebecken, Faltenjura und Tafeljura der Nordschweiz fanden auf regionalem Massstab erste detaillierte Untersuchungen von oberflächennahen und tiefen, aus Tiefbohrungen entnommenen Grundwässern aus den Sedimentaquiferen innerhalb des Projekts Gewähr 1985 (Nagra 1985a) statt. Die zu der Zeit erarbeiteten hydrochemischen Daten wurden in Schmassmann et al. (1984) dokumentiert. Detaillierte Beschreibungen der damals beprobten Lokalitäten bezüglich der hydrogeologischen und hydrochemischen Gegebenheiten und eine Erhebung verschiedenartiger Daten aus der öffentlichen und nicht-öffentlichen Literatur wurden in der anschliessenden Hydrogeochemischen Synthese Nordschweiz erarbeitet. Für die wasserführenden Systeme im Tertiär und Malm finden sich diese in Schmassmann (1990), für diejenigen des Doggers, Lias, Keupers und Muschelkalks in Biehler et al. (1993) und für diejenigen des Buntsandsteins, Perms und Kristallins in Schmassmann et al. (1992). Die durchgeführten isotopenhydrologischen Untersuchungen, welche eine zu der Zeit einzigartige Vielfalt modernster Techniken beinhalten, sind in Pearson et al. (1991) ausführlich dokumentiert und interpretiert. Die Wiederaufnahme der Untersuchungen von Sedimentgesteinen als mögliche Wirtgesteine im Raum Nordschweiz Ende der 1990er Jahre führte zu einer ersten Erweiterung des bestehenden Datensatzes aufgrund von Daten aus der Nagra Sondierbohrung Benken und verschiedenen Grundwasser- und Geothermiebohrungen. Diese damals neuen Daten über die wasserführenden Systeme des Malms, Lias, Keupers und Muschelkalks der Region Lägern Zürcher Weinland Hegau wurden in den bestehenden Datensatz integriert und sind in Traber et al. (2002) dokumentiert. Die Erweiterung des Untersuchungsgebiets auf geologische Standortgebiete weiter westlich und die Erkenntnis, dass zum Verständnis der überregionalen Fliesssysteme eine Erweiterung der Untersuchungen in den Raum Baden-Württemberg benötigt wird, führte zu einer nunmehr letzten Erweiterung des hydrochemischen Datensatzes von Grundwässern aus den Sedimentaquiferen der Nordschweiz und dem angrenzenden süddeutschen Molassebecken. Diese ist in Waber et al. (2014a) dokumentiert und integriert in der Zwischenzeit getätigte, detaillierte Grundwasserprojekte im Raum Singen (z.b. Interreg IIIA 2008), neue Untersuchungen und Bohrungen u.a. im Bereich der Geothermie und bestehende Datensätze aus dem süddeutschen Molassebecken (z.b. BLFW & GLA Baden-Württemberg 1991, unpublizierte Datenerhebung Malmkalk-Oberschwaben 1993/1994) in den bestehenden Datensatz von Der heute für die Beschreibung der Grundwasserentwicklung und Grundwasser-Fliesssysteme in den Sedimentgesteinen im Raum Nordschweiz süddeutsches Molassebecken vorhandene Datensatz ist für die verschiedenen hydrogeologischen Einheiten bezüglich der geographischen Verbreitung heterogen verteilt (Fig. 4-1, Tab. 4-1). Diese heterogene Verteilung reflektiert einerseits die regional unterschiedlichen hydrogeologischen Verhältnisse (z.b. Fazieswechsel verbunden mit Änderung der Durchlässigkeit) und andererseits auch das Nutzungspotenzial resp. Nutzungsinteresse. Bisher keine Aufnahme in die Hydrochemische Datenbank der Nagra fanden die hydrochemischen Untersuchungen von anthropogen unbeeinflussten Quellwässern innerhalb des AQUITYP-Projekts (Parriaux et al. 1990), welche in Kilchmann et al. (2004) zusammengefasst sind. Für die regionale Hydrochemie der Nordschweiz sind die Untersuchungen innerhalb dieses Projekts in den tertiären Molasseeinheiten von gewisser Bedeutung, wo 46 Quellwässer innerhalb des heutigen Untersuchungsperimeters beprobt wurden (Hesske et al. 1997). Diese Arbeiten fokussierten auf die geogene Herkunft metallischer Spurenelementgehalte und es liegen keine Isotopendaten der Quellwässer vor. Aus diesem Grund wurden diese Daten bisher unterstützend verwendet, aber nicht in den Datensatz integriert.

28 NAGRA NTB Dossier V Im vorliegenden Text und in den Figuren wurde für die Bezeichnung der untersuchten Lokalitäten und deren Grundwasservorkommen der Stellencode der Hydrochemischen Datenbank der Nagra verwendet. Für die in diesem Kapitel angesprochenen Lokalitäten sind die zugehörigen Stellencodes in Tab. 4-2 aufgeführt. Für die Beschreibung und Interpretation der Genese, der Verweilzeit im Untergrund und der Fliesssysteme der Grundwässer in der Region Nordschweiz und für die Erkennung möglicher Formations-übergreifender Fliesswege (cross-formation flow) wurden die beprobten Grundwässer entsprechend ihrem Auftreten und ihrem chemischen Typ für jede hydrogeologische Einheit in verschiedene Gruppen eingeteilt. Für die Einteilung in chemische Typen wird ein sogenannter 'genereller chemischer Typ' verwendet, welcher auf den Kriterien von Jäckli (1970) beruht, aber nur Anionen- und Kationengehalte von mehr als 30 meq-% berücksichtigt. Die Einteilung bezüglich Entnahmetiefe erfolgt dabei nach hydrogeologischen Kriterien. Grundwässer, welche vorwiegend in seichten Tiefen zirkulieren und in Entnahmetiefen von weniger als 100 m beprobt wurden, werden als 'oberflächennahe Grundwässer' bezeichnet und solche, welche einem tieferen Zirkulationssystem zugehören und in Entnahmetiefen von mehr als 100 m entnommen wurden, als 'tiefe Grundwässer'. Dementsprechend können auch chemisch wenig entwickelte Grundwässer mit kurzen Verweilzeiten als 'tiefe Grundwässer' qualifiziert werden, wie das z.b. für in Tunneln beprobte Wässer der Fall sein kann. Diese Einteilung erlaubt das Erkennen von schnellen Fliesspfaden in grösseren Tiefen, auch wenn diese künstlicher Art sein können (z.b. bei Tunneln durch den induzierten hohen Gradienten). Bei fehlenden Angaben über die Entnahmetiefe wurde auf chemische und isotopenhydrologische Kriterien (z.b. Gehalte von 3 H und 85 Kr als Anzeichen für kurze Verweilzeiten) zurückgegriffen. Als einzige Ausnahme wurden die Thermalwässer vom Raum Baden/Ennetbaden und Schinznach Bad, welche häufig an der Oberfläche beprobt sind, aber klare Tiefengrundwässer darstellen, als 'tiefe Grundwässer' klassiert. Tab. 4-1: Anzahl Lokalitäten mit hydrochemischen Referenzdatensätzen in den hydrogeologischen Einheiten in der Nordschweiz und im angrenzendem süddeutschen Molassebecken. Die Referenzdatensätze für die einzelnen Lokalitäten wurden mittels Qualitätsprüfung aus mehr als 2'300 Grundwasseranalysen erstellt (vgl. Waber et al. 2014a). Hydrogeologische Einheit Referenz- Datensätze Total Davon mit Vorbehalt (Teildaten) Oberflächennahe GW Tiefe GW Datensätze Untersuchungs perimeter Teritär (total) Obere Süsswassermolasse (OSM) Obere Meeresmolasse (OMM) Untere Süsswassermolasse (USM) Malm-Aquifer Effinger Schichten Hauptrogenstein-Aquifer 1) Lias 2) Keuper-Aquifer Muschelkalk-Aquifer ) 2) Inklusive Birmenstorfer Schichten und einer Probe aus der Wedelsandstein-Formation (Schlattingen-1). Aus Konsistenzgründen mit der älteren Literatur wird hier der Begriff "Lias" anstelle von "Staffelegg-Formation" (Reisdorf et al. 2011) weiterverwendet.

29 Donau Aare Dossier V 17 NAGRA NTB Sitter Linthkan Töss Biber Thur Glatt Brigach Breg Wutach Flachsee Lorze Reuss 640' '000 Schwarza Limmat Sisslen Reuss Aabach Suhre 640' ' ' ' ' ' ' ' ' '000 Aare 240' ' ' ' ' ' ' ' Km Probenlokalitäten Störungen Oberer Malm (Aufschluss) Oberer Malm in Kontakt mit Quartäraquifer Hauptrogenstein (Aufschluss) Oberer Mittelkeuper (Aufschluss)* Keuper in Kontakt mit Quartäraquifer * Nördlich N CH ist der gesamte Keuper dargestellt Oberer Muschelkalk (Aufschluss) Oberer Muschelkalk in Kontakt mit Quartäraquifer Fig. 4-1: Geographische Verteilung aller Lokalitäten mit Grundwasseranalysen aus einer oder mehreren hydrogeologischen Einheiten. Datengrundlage: Waber et al. (2014a).

30 NAGRA NTB Dossier V Tab. 4-2: Erläuterung des Stellencodes von Grundwasservorkommen in den verschiedenen hydrogeologischen Einheiten, auf welche im vorliegenden Text und Figuren spezifisch eingegangen wird. Unter Hauptrogenstein-Aquifer sind auch Proben aus den Birmenstorfer-Sch. und die Probe aus der Wedelsanstein-Fm. der Bohrung Schlattingen-1 gelistet. Lokalitäten mit mehreren Bohrungen sind mit dem Zusatz xx bezeichnet. Die vollständige Liste der untersuchten Datensätze findet sich in Waber et al (2014a). Lokalität Kanton / Land Stellencode Lokalität Kanton / Land KEUPER-AQUIFER Stellencode TERTIÄR Obere Süsswassermolasse (OSM) Bözbergtunnel SBB: 59 m ab SP AG, CH BÖZk Friedrichshafen: Thermalwasserbohrung 2 BW, D FRHA-TB2 Benken: Sondierbohrung ZH, CH BEN-K1 Reichenau: Neuer Brunnen BW, D REAU-NBR Berlingen: Erdölbohrung 1 TG, CH BERk Uetliberg: Sondierbohrung ZH, CH UET Beznau: Bohrung NOK 7904 AG, CH BEZ Eptingen: Mineralquelle Melsten BL, CH EPT Obere Meeresmolasse (OMM) Fronhofen xx BW, D FH xx Friedrichshafen: Thermalwasserbohrung 1 (Baltr. BW, D FRHA-TB1 Illmensee xx BW, D IL xx Friedrichshafen: Thermalwasserbohrung 1 (Basis BW, D FRHA-TB1 Lostorf: Subthermale Gipsquelle LU, CH LOG Konstanz: Bohrung Insel Mainau BW, D KON-MAIN Magden: Magdalenaquelle AG, CH MAM Konstanz: Thermalwasserbohrung BW, D KON-TWB Mühlingen 1 BW, D MÜ1 Kreuzlingen: Geothermiebohrung Kreuzlingen II TG, CH KRE-GB Münzlishausen: Quelle Gipsgrueb AG, CH MÜG Meersburg: TB 1 BW, D MEBU-TB1 Ostrach xx BW, D OS xx Sauldorf: Neuer Brunnen Roth BW, D SAUL-NBR Pfaffnau: Erdölbohrung 1 LU, CH PF1k Thermalwasserbohrung Tiefenbrunnen ZH, CH TIB Pfullendorf xx BW, D PD xx Thermalwasserbrunnen Aqui ZH, CH AQU Riniken: Sondierbohrung AG, CH RIN Ueberlingen: Brunnen 2 Nussdorf BW, D UEBL-NUS2 Schinznach Dorf: Mineralquelle AG, CH SDM Uhldingen: Brunnen Kloster Birnau BW, D UHLD-BIRB Sissach: Mineralquelle BL, CH SIS Thalheim: Quelle Jörg AG, CH THA Untere Süsswassermolasse (USM) Wald xx BW, D WA xx Berlingen: Erdölbohrung 1 TG, CH BERt Wintersingen: Mineralquelle BL, CH WIN Boswil: Erdölbohrung 1 AG, CH BOS1 Zeihen: Chillholzquelle B AG, CH ZEC Eglisau: Mineralwasserbohrung 1 ZH, CH EGL1 Eglisau: Mineralwasserbohrung 2 ZH, CH EGL2 Eglisau: Mineralwasserbohrung 4 ZH, CH EGL4 Eglisau:Mineralwasserbohrung 3 ZH, CH EGL3 Fronhofen 103 BW, D FH103 MUSCHEKALK-AQUIFER Lindau: Erdölbohrung 1 ZH, CH LIN1 Alter Hauensteintunnel: km ab NP BL, CH AHTa Pfaffnau: Erdöbohrung Pfaffnau Süd 5 LU, CH PFS5 Alter Hauensteintunnel: km ab NP BL, CH AHTb Pfaffnau: Erdölbohrung 1 LU, CH PF1t Bad Ramsach: Mineralquelle BL, CH RAM Pfaffnau: Erdölbohrung Pfaffnau Süd 1 LU, CH PFS1 Baden (Gruppe ) AG, CH BA xx Schafisheim: Sondierbohrung SHA AG, CH SHA Benken: Sondierbohrung ZH, CH BEN-MK2 Berlingen: Erdölbohrung 1 TG, CH BERm MALM-AQUIFER Beznau: Bohrung NOK Nr.7904 AG, CH BEZ Altdorf: Grundwasserbohrung SH, CH ALT Böttstein: Sondierbohrung BOE AG, CH BOE Aarau: EWS Bohrung 3 AG, CH AAR-EWSB2 Bözbergtunnel SBB AG, CH BÖZ x Benken: Sondierbohrung ZH, CH BEN-M2 Ennetbaden: Schwanenquelle, innen AG, CH ENA Berlingen: Erdölbohrung 1 TG, CH BERj Frenkendorf: Bohrung 34.J.1 BL, CH FRE Biberach: TB-1 Jordanbad BW, D BIBE-TB1 Fronhofen xx BW, D FH xx Donauumleitung, Aach BW, D AACH- Hausen: Bohrung HH 1 AG, CH HA1 Donauumleitung, Beuren 1, Karstbohrung BW, D BEUR-KB1 Illmensee xx BW, D IL xx Donauumleitung, Mühlhausen BW, D MUHA-DOUM Itingen: Bohrung 59.Z.2 (IT 1) BL, CH ITI Donauumleitung, Steißlingen BW, D STEI-DOUM Kaisten: Felsbohrung Breitematt AG, CH KAF Eglisau: Mineralwasserbohrung II m ZH, CH EGLII Leuggern: Sondierbohrung LEU AG, CH LEU Ehingen:Bleichenquelle BW, D KON-BLQ Liggersdorf 1 BW, D LD1 Fuerstenberg: QF Schaecherquelle BW, D BAAR-FÜBR Lostorf: Bohrung 4, oberer Aquifer SO, CH LO4 Lohn: Grundwasserbohrung SH, CH LOH Magden: Feldschlösschen Bohrung Eich AG, CH MAE Nack: Thermalwasserbohrung BW, D LOT-TWB Magden: Feldschlösschen Bohrung Falke 2 AG, CH MAF Oftringen: EWS Bohrung AG, CH OFT-EWSB Owingen 1 BW, D OW1 Singen: Thermalwasserbohrung BW, D SIN-TWB Owingen xx BW, D OW xx Ueberlingen: Thermalwasserbohrung BW, D UEBL-TB1 Pfaffnau: Erdölbohrung 1 LU, CH PF1m Weiach: Sondierbohrung WEI ZH, CH WEI Pfullendorf 5 BW, D PD5 Pratteln: Bohrung 41.J.8 BL, CH PRA EFFINGER SCHICHTEN Riniken: Sondierbohrung RIN AG, CH RIN Kölliken: EWS Bohrung AG, CH KOL-EWSB1 Schafisheim: Sondierbohrung SHA AG, CH SHA Küttigen-2: EWS Bohrung AG, CH KUT-EWSB2 Schinznach Bad: Bohrung S2 (neue Fassung) AG, CH SBA-SB2 Küttigen: Hegimattstrasse AG, CH KUT-HEG Schinznach Bad: Bohrung S3 AG, CH SBA-S3 Möriken: Jodquelle AG, CH WIE Schlattingen: Geothermiebohrung-1 TG, CH SLA Siblingen: Sondierbohrung SIB SH, CH SIB HAUPTROGENSTEIN-AQUIFER Trasadingen: Grundwasserbohrung SH, CH TRA Hauensteinbasistunnel SO, BL, CH HBT x Tuttlingen BW, D TUTT Aarau: EWS Bohrung 1 AG, CH AAR-EWSB1 Weiach: Sondierbohrung WEI ZH, CH WEI Gösgen: Bohrung SB2 AG, CH GOS-SB2 Zeiningen: Feldschlösschen Bohrung Grändel AG, CH ZEI Wisenbergtunnel: Bohrung RB 24 BL, CH WBT24 Zurzach: Thermalwasserbohrung 3 AG, CH ZU3 Wisenbergtunnel: Bohrung RB 29 BL, CH WBT29 Schlattingen: Geothermiebohrung GB1 TG, CH SLA

31 Dossier V 19 NAGRA NTB Aquifere in den Molasseeinheiten Erste Beschreibungen und Interpretationen der chemischen und isotopischen Zusammensetzung von Grundwässern aus den Lithologien der Oberen Süsswassermolasse (OSM), Oberen Meeresmolasse (OMM) und Unteren Süsswassermolasse (USM) in der Nordschweiz und dem angrenzenden Deutschland finden sich in Lemcke & Tunn (1956), Schmassmann et al. (1984), Schmassmann (1990) und Pearson et al. (1991). Der in Waber et al. (2014a) seit 2002 erweiterte Datensatz und dessen Interpretation beinhaltet zudem neu erhobene Daten innerhalb des Untersuchungsperimeters (z.b. Sondierbohrung Uetliberg, Eichinger et al. 2007) und andererseits Daten aus dem Oberschwäbischen Molassebecken ausserhalb des Untersuchungsperimeters. Letztere Grundwasserdaten stammen vorwiegend aus Untersuchungen im Oberschwäbischen Molassebecken (BLFW & GLA Baden-Württemberg 1991, Datenerhebung Malmkalk-Oberschwaben 1993/1994) sowie einem Interreg IIIA-Projekt (Interreg IIIA 2008) im Gebiet Hegau Schaffhausen. Die Anzahl Proben westlich des Hegau-Bodensee-Grabens ist limitiert Obere Süsswassermolasse (OSM) Oberflächennahe Grundwässer Der grösste Teil der oberflächennahen Grundwässer in der OSM ist vom generellen Ca-HCO 3 - und Ca-Mg-HCO 3 -Typ, wobei je nach mineralogischer Zusammensetzung der OSM Sulfat auch bis zu 27 meq-% vorkommen kann (Fig ). Entlang des Bodensees und östlich davon treten vereinzelt auch weiter entwickelte Grundwässer vom generellen Na-HCO 3 -Typ auf (REAU- NBR, RAVE-BRI). Die Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit, aber nicht mit Dolomit und erhielten ihre weitere Mineralisation durch Kationenaustausch und Lösung von Sulfid- und lokal auch Sulfatmineralen. Die Na-HCO 3 -Typ Grundwässer sind durch weit fortgeschrittenen Kationenaustausch charakterisiert und im Gleichgewicht mit Calcit und Dolomit. Die Gesamtmineralisation variiert zwischen rund 525 und 770 mg/l mit bei Calcitsättigung berechneten ph-werten von und zugehörigen CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Grundwässer weisen durchwegs auf ein oxidierendes Redoxmilieu mit geringer Sauerstoffzehrung hin.

32 NAGRA NTB Dossier V Ca-HCO3-Typ Ca-Mg-HCO3-Typ Na-HCO3-Typ 10 3 Na-HCO3-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-Mg-HCO3-Typ 10 2 Na-HCO3-Typ 10 3 Ca-Mg-HCO3-Typ Na-HCO3-Typ Na-[ HCO3/SO4/Cl ]-Typ 10 2 Na-Cl-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-HCO3-Typ Ca-Mg-HCO3-Typ Na-HCO3-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Na-HCO3-Typ Na-[ HCO3/SO4/Cl ]-Typ Na-Cl-Typ Mg 2+ AlkErd K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Schoeller-Diagramme der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus der Oberen Süsswassermolasse (oben), Oberen Meeresmolasse (Mitte) und Unteren Süsswassermolasse (unten).

33 Dossier V 21 NAGRA NTB Die oberflächennahen Ca-HCO 3 - und Ca-Mg-HCO 3 -Typ Grundwässer der OSM sind unter heutigen klimatischen Bedingungen infiltriert, weisen generell messbare 3 H-Gehalte auf und haben Verweilzeiten im Untergrund von wenigen Jahren bis Jahrzehnten. Für die oberflächennahen Na-HCO 3 -Typ Grundwässer aus dem süddeutschen Molassebecken weisen die Isotopendaten (Fig ) und Edelgas-Infiltrationstemperatur (vgl. Figur 3-9 in Waber et al. 2014a) auf eine Beteiligung einer älteren, unter kaltzeitlichen Bedingungen infiltrierten Komponente hin Tiefe Grundwässer Die drei aus Tiefen von mehr als 100 m u. GOK stammenden Grundwässer aus der Oberen Süsswassermolasse sind vom generellen Na-HCO 3 -Typ (Fig ). Gegenüber den oberflächennahen Grundwässern weisen sie eine nur wenig erhöhte Mineralisation von mg/l auf, wobei die höchste Mineralisation dem am tiefsten entnommenen Grundwasser aus dem Uetliberg (UET, ca. 320 m u. GOK; Eichinger et al. 2007) entspricht. Die Grundwässer weisen bei Calcitsättigung basische ph-werte von mit zugehörigen CO 2 -Partialdrücken von bis bar auf und zeigen gegenüber den oberflächennahen Grundwässern deutlich erhöhte Gehalte an F, I und Br und teilweise auch SO 4. Bezüglich Redoxbedingungen liegt keine zuverlässige Information vor, der Chemismus der Grundwässer weist aber auf eine vollständige Sauerstoffzehrung hin. Aufgrund der Isotopendaten stellen alle tiefen Grundwässer aus der Oberen Süsswassermolasse eine Mischung von Komponenten dar, welche unter verschiedenen klimatischen Bedingungen infiltrierten und somit unterschiedliche Verweilzeiten aufweisen. Eine relevante Beteiligung einer jungen, Jahrzehnte-alten Komponente ist nicht vorhanden. Die vorhandenen Daten von 13 C 14 C (Fig ) deuten in Kombination mit den 18 O/ 2 H-Wertepaaren (Fig ) auf Zirkulationszeiten von > 11'500 Jahren mit Anteilen einer kaltzeitlichen Komponente in den Na-HCO 3 -Typ Grundwässern östlich des Bodensees (FRHA-TB2, RAVE-BRÄ) und einer dominierenden warmzeitlichen Komponente im Na-HCO 3 -Typ Grundwasser von Uetliberg hin. Im OSM-Grundwasser von Uetliberg liegt aufgrund der Edelgas-Infiltrationstemperatur (vgl. Figur 3-9 in Waber et al. 2014a) untergeordnet auch noch eine kaltzeitliche, eventuell während der letzten Eiszeit infiltrierten Komponente vor. Die Gesamtheit der Isotopendaten zusammen mit den hohen He-Gehalten weist aber für die Hauptkomponente in diesem tiefen Grundwasser auf eine sehr lange Verweilzeit (> 100'000 Jahre) hin Obere Meeresmolasse (OMM) Oberflächennahe Grundwässer Die oberflächennahen Grundwässer in der OMM sind vom generellen Ca-Mg-HCO 3 -Typ (Fig ), wobei sie gegenüber den oberflächennahen Grundwässern aus der OSM erhöhte Gehalte an Mg und SO 4 aufweisen. Auch hier wird östlich des Bodensees zumindest ein Na- HCO 3 -Typ Grundwasser (UEBL-NUS2) beobachtet. Neben dem Gleichgewicht mit Calcit sind diese Grundwässer gesättigt oder nahe an der Sättigung mit Dolomit. Sie erhielten ihre Mineralisation dementsprechend v.a. durch Karbonatlösung und etwas untergeordnet durch Kationenaustausch und Lösung von Sulfidmineralen. Die Gesamtmineralisation variiert zwischen rund 340 und 600 mg/l mit bei Calcitsättigung berechneten ph-werten von und zugehörigen CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Grundwässer weisen auf ein oxidierendes Redoxmilieu mit geringer bis fortgeschrittener Sauerstoffzehrung hin.

34 NAGRA NTB Dossier V Oberflächennahe Grundwässer der OMM sind einerseits unter heutigen klimatischen Bedingungen infiltriert, weisen messbare, aber niedrige 3 H-Gehalte auf und haben Verweilzeiten im Untergrund im Bereich von Jahrzehnten. Wie in der OSM treten auch in der OMM des süddeutschen Molassebeckens vereinzelt Mischungen mit einer älteren Komponente auf. Zumindest für das Na-HCO 3 -Typ Grundwasser weisen Isotopendaten (Fig ) und Edelgas- Infiltrationstemperatur (vgl. Figur 3-9 in Waber et al. 2014a) konsistent auf eine unter kaltzeitlichen Bedingungen infiltrierte Komponente hin Tiefe Grundwässer Tiefe Grundwässer aus der OMM sind je nach geographischer Lage und Entnahmetiefe von deutlich unterschiedlicher Zusammensetzung (Fig ). Bezüglich der chemischen Zusammensetzung zeichnet sich eine Entwicklung von moderat mineralisierten Ca-Mg-HCO 3 -Typ (TDS = mg/l) und Na-HCO 3 -Typ (TDS = mg/l) Grundwässern im nordöstlichen süddeutschen Molassebecken zu höher mineralisierten Na-HCO 3 -Typ Grundwässern (TDS = mg/l) an der Basis der OMM rund um den Bodensee im Raum Konstanz Kreuzlingen Friedrichshafen ab. Noch weiter entwickelte, hoch mineralisierte Na- [SO 4 /HCO 3 /Cl]- und Na-Cl-Typ Grundwässer finden sich im Raum Zürich (AQU, TIB; TDS = mg/l) und im südlichen Molassebecken Baden-Württembergs ausserhalb des Untersuchungsperimeters (KISSL-BR13; TDS = 1190 mg/l. Bei Calcitsättigung weisen die Tiefengrundwässer der OMM ph-werte von und zugehörige CO 2 -Partialdrücke von bis bar auf, wobei die Ca-Mg-HCO 3 -Typ Grundwässer die tiefsten ph-werte, respektive die höchsten CO 2 -Partialdrücke aufweisen. Die Na-HCO 3 -, Na-[SO 4 /HCO 3 /Cl]- und Na-Cl-Typ Grundwässer weisen eine fortgeschrittene geochemische Entwicklung auf, wobei die zunehmend höheren 13 C-Werte und Na-Gehalte auf eine intensive Wechselwirkung mit den marinen Sedimenten hinweisen. Die in den Na-[SO 4 /HCO 3 /Cl]- und Na-Cl-Typ Grundwässern erhöhten Gehalte von Cl und SO 4, bei gleichzeitiger Abnahme der Gehalte von F und verbunden mit verschiedenen Ionenverhältnissen (z.b. Br/Cl) deuten auf eine zunehmende Beimengung einer alten Komponente von marin-brackischer Herkunft hin. Die erfassten Redoxwerte weisen in allen Proben auf eine vollständige Sauerstoffzehrung bzw. z.t. deutlich reduzierende Redoxbedingungen hin. Die moderat mineralisierten, tiefen Ca-Mg-HCO 3 -Typ und v.a. Na-HCO 3 -Typ OMM-Grundwässer zeigen durchwegs niedrige 18 O/ 2 H-Wertepaare (< -11 resp. < -80 ; Fig ) und es ergibt sich eine gewisse Zonierung zu negativeren 18 O/ 2 H-Wertepaaren in Nord-Süd- Richtung von der Donau in Richtung Friedrichshafen/Bregenz ausserhalb des Untersuchungsperimeters und in Ost-West-Richtung von östlich des Bodensees zum Raum Konstanz Singen, wo die tiefsten 18 O- und 2 H-Signaturen auftreten. Alle diese Grundwässer infiltrierten unter kaltzeitlichen Bedingungen im Einklang mit den vorhandenen Edelgas-Infiltrationstemperaturen. Aufgrund der Absenz von 3 H und meist unterhalb der Nachweisgrenze liegenden 14 C-Gehalten (Fig ) und im Einklang mit erhöhten He-Gehalten haben diese Grundwässer Verweilzeiten von sicher > 11'500 Jahren. Ebenfalls eine kaltzeitliche Infiltration ist für das aus ähnlicher Tiefe stammende, aber höher mineralisierte Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]-Typ Grundwasser von der Thermalwasserbohrung Aqui bei Zürich (AQU) angezeigt. Demgegenüber weisen das tiefer entnommene Na-Cl-Typ Grundwasser von Tiefenbrunnen bei Zürich (TIB), wie auch dasjenige von Kisslegg östlich des Bodensees (KISSL-BR13), 18 O/ 2 H-Werte auf, welche rechts der GMWL zu liegen kommen (Fig ). Zusammen mit dem Chemismus, der fehlenden 14 C-Gehalte (Fig ), der Edelgas-Infiltrationstemperaturen (vgl. Figur 3-9 in Waber et al. 2014a) und dem hohen He- Gehalt weist diese charakteristische Signatur für die Hauptkomponente dieser Grundwässer auf eine sehr alte, vor-pleistozäne Herkunft hin.

35 Dossier V 23 NAGRA NTB OSM OMM Ca-HCO3 Ca-Mg-HCO3 GMWL -40 USM Na-HCO3 Na-[ HCO3/SO4/Cl ] Na-Cl FH103 brackischmarines Endglied 2 H [ VSMOW] FRHA-TB1 (Basis Sst) KISSL-BR12 UTTW-TBOW MEBU-TB1 KON-TWB AQU UHLD-BIRB KRE-GB KON-MAIN FRHA-TB2 STE UET SÖN FRHA-TB1 (Baltr. Sst) EGL3 SHA KISSL-BR13 EGL4, EGL2 TIB EGL1 rezente Grundwässer kaltzeitliche Signaturen O [ VSMOW] Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus den verschiedenen Molasseeinheiten unterteilt nach dem chemischen Typ der Grundwässer. 70 SÖN OSM 60 OMM USM 50 ODIS-BB Ca-HCO3 Ca-Mg-HCO3 Na-HCO3 14 CDIC [pmc] RAVE-BRI SAUL-NBR Na-[ HCO3/SO4/Cl ] Na-Cl BSCR-TBSB ERBA-BDR OEPF-BB SCHU-BAD UTTW-TBOW RAVE- BRÄ WURZ-BAD (Basis-Sst) UET REAU-NBR EGL1 EHIN-VOL UEBL-NUS C DIC [ VPDB] FRHA-TB1 (Basis-Sst) KISSL- BR13 TBI AQU Fig : Kohlenstoff-13- und Kohlenstoff-14-Gehalte der Grundwässer aus den Molasseeinheiten unterteilt nach dem chemischen Typ der Grundwässer.

36 NAGRA NTB Dossier V Untere Süsswassermolasse (USM) Oberflächennahe Grundwässer Die Mehrheit der oberflächennahen Grundwässer in der USM ist vom generellen Ca-HCO 3 -Typ und einzig je eine Probe vom Ca-Mg-HCO 3 -Typ (SÖN) und vom Na-HCO 3 -Typ (UTTW- TBOW), wobei sich die beiden letzteren ausserhalb des Untersuchungsperimeters befinden. Die Grundwässer vom Ca-Mg-HCO 3 - und Na-HCO 3 -Typ weisen gegenüber den anderen Proben erhöhte Gehalte von Mg, aber deutlich niedrigere Gehalte an SO 4 (< 5 meq-%) auf. Die Ca- HCO 3 -Typ Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit, aber nicht mit Dolomit und erhielten ihre Mineralisation vorwiegend durch Karbonatlösung. Die Ca-Mg-HCO 3 - und Na-HCO 3 -Typ Grundwässer sind auch im Gleichgewicht mit Dolomit und beim Na-HCO 3 -Typ Grundwasser ist die weitere Mineralisation ebenfalls durch Kationenaustausch geprägt. Die Gesamtmineralisation variiert zwischen rund 370 und 660 mg/l mit bei Calcitsättigung berechneten ph-werten von und zugehörigen CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Grundwässer wiesen auf ein oxidierendes Redoxmilieu mit geringer bis fortgeschrittener Sauerstoffzehrung hin. Die meisten oberflächennahen Ca-HCO 3 -Typ Grundwässer der USM sind unter heutigen klimatischen Bedingungen infiltriert, weisen relativ hohe 3 H- Gehalte auf und haben Verweilzeiten im Untergrund im Bereich von Jahren bis Jahrzehnten. Vereinzelte Grundwässer vom Ca- HCO 3 -Typ, diejenigen vom Ca-Mg-HCO 3 - und Na-HCO 3 -Typ weisen aufgrund ihrer 3 H- und 14 C-Gehalte auf Mischungen mit älteren Komponenten hin. Entsprechend der 18 O/ 2 H- Beziehungen deuten die älteren Komponenten dabei auf eine Infiltration unter heutigen klimatischen Bedingungen und somit auf Verweilzeiten im Bereich von einigen Jahrtausenden. Einzig für das Na-HCO 3 -Typ Grundwasser weisen die Isotopendaten konsistent auf eine Mischung mit einer unter kaltzeitlichen Bedingungen infiltrierten Komponente hin Tiefe Grundwässer Vollständige und qualitativ gute Analysen von Tiefengrundwässern aus der USM sind selten. Generell zeigen diese eine Abhängigkeit des chemischen Typs und Mineralisationsgrads von der geographischen Lage und der Tiefe ihres Auftretens (vgl. Figur 3-1 und 3-14 in Waber et al. 2014a). Von ausserhalb des Untersuchungsperimeters sind im Randbereich des nordöstlichen Molassebeckens von Baden-Württemberg ein gering mineralisiertes Na-HCO 3 -Typ Grundwasser (EHIN-VOL, TDS = 500 mg/l) und westlich im Rheingraben ein moderat mineralisiertes Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]-Typ Grundwasser (STE, TDS = 1'584 mg/l) bekannt. Innerhalb des Untersuchungsperimeters treten mit zunehmender Überdeckung der USM nur noch Grundwässer vom Na-Cl-Typ auf, wobei die Bandbreite der Mineralisation von 2 30 g/l reicht. Belastbare Aussagen bezüglich des Karbonatsystems lassen sich für die qualitativ guten Analysen der Mineralwasserbohrungen Eglisau (EGL1-4) und mit einigen Vorbehalten auch der Sondierbohrung Schafisheim (SHA) machen. Diese Na-Cl-Typ Grundwässer weisen bei Mineralisationen von rund g/l und Calcitsättigung ph-werte von und korrespondierende CO 2- Partialdrücke von bis bar auf. Die Grundwässer sind auch im Gleichgewicht mit Dolomit und Quarz, aber deutlich untersättigt an allen Sulfatmineralen. Alle Na-Cl-Typ Grundwässer der USM sind weiter charakterisiert durch ihre hohen Gehalte an Bromid und Iodid, wobei diese mit dem Chloridgehalt korrelieren und auf die Meerwasser-Verdünnungslinie zu liegen kommen. Für die Na-Cl-Typ Grundwässer von Eglisau und Schafisheim weisen die fehlenden Sauerstoffgehalte und negativen Redoxpotenziale auf stark reduzierende Bedingungen hin.

37 Dossier V 25 NAGRA NTB Die Isotopendaten deuten für das moderat mineralisierte Na-HCO 3 -Typ Grundwasser aus der USM auf eine Mischung mit einer unter kaltzeitlichen Bedingungen infiltrierten Hauptkomponente und einer mittleren Verweilzeit von wohl < 11'500 Jahren hin. Die höher mineralisierten Na-Cl-Typ Grundwässer im schweizerischen und süddeutschen Molassebecken sind durch 18 O/ 2 H-Wertepaare charakterisiert, welche an 18 O und 2 H unterschiedlich stark angereichert sind und deutlich rechts der GMWL liegen (Fig ). Alle diese Na-Cl-Typ Grundwässer sind Mischungen von mindestens zwei Komponenten, wobei die ältere Komponente vor-pleistozäner marin-brackischer Herkunft und die jüngere pleistozäner, warmzeitlicher Herkunft ist. Die Isotopensignaturen und der Chemismus der Na-Cl-Typ Grundwässer in der Unteren Süsswassermolasse weisen auf vorwiegend sehr lange Verweilzeiten der Grundwässer im Bereich von > 100'000 bis Millionen von Jahren hin und eine eventuell vorhandene junge Komponente (z.b. in Eglisau; EGL) ist sicher prä-holozänen Alters. 4.2 Malm-Aquifer und Effinger Schichten Erste Beschreibungen und Interpretationen der hydrochemischen Zusammensetzung und der Charakteristiken zur Neubildung und Zirkulationsdauer der Grundwässer aus dem Malm- Aquifer finden sich in Schmassmann et al. (1984), Schmassmann (1990), Pearson et al. (1991) und Traber et al. (2002). Neuere Ergebnisse von lokalen und regionalen Untersuchungen im Malm-Aquifer und insbesondere auch den Effinger Schichten beinhalten ergänzende Datensätze von Erdwärmesondenbohrungen im Raum Aarau, aus dem landesübergreifenden Interreg IIIA- Projekt (Interreg IIIA 2008) im Gebiet Schaffhausen Hegau und Proben aus Projekt-Untersuchungen im Oberschwäbischen Molassebecken (BLFW & GLA Baden-Württemberg 1991; unpublizierte Datenerhebung Malmkalk-Oberschwaben 1993/1994), welche in Waber et al. (2014a) behandelt sind. Der Grossteil der heute vorhandenen Daten aus dem Malm-Aquifer stammt aus dem süddeutschen Molassebecken und ist westlich des Hegau-Bodensee-Grabens auf wenige Tiefbohrungen limitiert. Für die Effinger Schichten beschränken sich die Daten aus der Nordschweiz auf Vorkommen im Raum Aarau Olten Oberflächennahe Grundwässer Oberflächennahe Grundwässer sind vom generellen Ca-HCO 3 -Typ (Fig ) und weisen vornehmlich eine geringe Gesamtmineralisation auf (TDS mg/l). Die ph-werte liegen zwischen 7.0 und 8.1 bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Grundwässer weisen eine mehrheitlich durch Calcitlösung geprägte geochemische Entwicklungsstufe mit einer limitierten Sauerstoffzehrung und oxidierenden Bedingungen auf. Die Ca- HCO 3 -Typ Grundwässer im Malm-Aquifer haben typischerweise Verweilzeiten im Untergrund von einigen Monaten bis wenigen Jahrzehnten und sind unter heutigen Klimabedingungen infiltriert (Fig ). Im süddeutschen Molassebecken treten mit zunehmender Tiefe vereinzelt auch Zwei-Komponenten-Mischungen auf, wobei die ältere Komponente immer noch ein holozänes Alter aufweist. Das einzige oberflächennahe Grundwasser aus den Effinger Schichten im Datensatz (Küttigen, KUT-HEG) ist vom generellen Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]-Typ (Fig ), deutlich höher mineralisiert (TDS 1'220 mg/l) und hat einen aussergewöhnlich hohen SO 4 -Gehalt. Das gegenüber den oberflächennahen Malm-Grundwässern deutlich weiter entwickelte Grundwasser weist bei Calcitsättigung einen ph-wert von 7.8 auf und ist auch im Gleichgewicht mit Dolomit, aber nicht mit Sulfatmineralen. Es weist auf eine Mischung von altem Tiefengrundwasser (ca. 20 %) und rezentem Oberflächenwasser (ca. 80 %) hin, wobei letzteres allenfalls beim Bohrprozess beigemischt wurde.

38 NAGRA NTB Dossier V Ca-HCO3-Typ Ca-Mg-HCO3-Typ Ca-HCO3-Typ Ca-Mg-HCO meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-HCO3-Typ Ca-HCO3-Typ Ca-HCO3-Typ Na-HCO3-Typ Na-[ HCO3/SO4/Cl-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-HCO3-Typ meq / L 10 0 meq / L Ca-HCO3-Typ Na-Cl-Typ 10-3 Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Offenen Karst (oben), dem Tiefen Karst (Mitte) und dem Malm südlich der Linie Rhein Bodensee (unten) des Malm-Aquifers.

39 Dossier V 27 NAGRA NTB Tiefe Grundwässer Bei den tiefen Grundwässern aus dem Malm-Aquifer ergibt sich eine deutliche Trennung zwischen den Vorkommen im Gebiet des Hegau-Bodenseegrabens und östlich davon sowie dem Gebiet weiter westlich, meist im schweizerischen Molassebecken südlich des Rheins (Fig ). Im Letzteren treten neben gering mineralisierten Ca-HCO 3 -Typ (Aarau, AAR- EWSB2; TDS 538 mg/l) und Na-HCO 3 -Typ Grundwässern (Thermalwasserbohrung Lottstetten-Nack, LOT-TWB; TDS 956 mg/l) ausschliesslich hoch mineralisierte Grundwässer vom Na-Cl-Typ auf (TDS 3'600 10'200 mg/l; Fig ). Die Ca-HCO 3 - und Na-HCO 3 - Typ Grundwässer haben ph-werte von bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar und sind im Gleichgewicht mit Calcit. Das durch Kationenaustausch aus einem Ca-HCO 3 -Typ Grundwasser hervorgegangene Na-HCO 3 -Typ Grundwasser ist zudem im Gleichgewicht mit Dolomit. Beide Grundwässer infiltrierten unter heutigen Klimabedingungen (Fig ) im Holozän, wobei das Na-HCO 3 -Typ Grundwasser von Lottstetten-Nack eine Verweilzeit von mehreren Jahrtausenden aufweist. Die Na-Cl-Typ Grundwässer haben ph-werte zwischen 6.8 und 7.9 bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Proben sind soweit dies aufgrund der meist hohen Anteile von Bohrspülung ausgesagt werden kann geochemisch weit entwickelt und weitgehend im chemischen und isotopischen Gleichgewicht mit dem Aquifergestein. Wo vorhanden, weisen die Isotopen-, Edelgasdaten und Ionenverhältnisse für die Na-Cl-Komponente in diesen Grundwässern auf sehr lange Verweilzeiten im Untergrund, eine Meerwasser-ähnliche Herkunft und sicher vor-pleistozäne Infiltrationsbedingungen hin (Fig ). Die tiefen Grundwässer aus dem Malm-Aquifer im Gebiet des Hegau-Bodensee-Grabens und östlich davon im süddeutschen Molassebecken weisen entlang verschiedener Fliesspfade auf eine mehr oder weniger kontinuierliche Entwicklung von Ca-HCO 3 -, Ca-Mg-HCO 3 - zu Na- HCO 3 -Typ Grundwässern hin, wobei lokal eine Beimengung von weiter entwickelten Grundwässern auch Wässer vom Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]-Typ generieren kann (z.b. ALT, Grundwasserbohrung Altdorf). Die Ca-HCO 3 - und Ca-Mg-HCO 3 -Typ Grundwässer sind gering mineralisiert (TDS mg/l), haben ph-werte von bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar, weisen je nach Verweilzeit oxidierende oder reduzierende Bedingungen auf und sind im Gleichgewicht mit Calcit, aber nicht mit Dolomit. Der Hauptanteil dieser Wässer ist entsprechend den Isotopen- und Edelgasdaten unter heutigen Klimabedingungen infiltriert (Fig ) und weist mittlere Verweilzeiten von wenigen Jahrzehnten bis mehreren Jahrhunderten auf. Die Daten weisen in den meisten Fällen auf Mehrkomponenten-Systeme hin, wobei alle Komponenten holozänen Alters sind. Demgegenüber sind die Na-HCO 3 - und Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]-Typ Grundwässer höher mineralisiert (TDS 840 1'240 mg/l), haben ph-werte ( ) und CO 2 -Partialdrücke ( bis bar) im gleichen Bereich wie die Ca-HCO 3 - und Ca-Mg-HCO 3 -Typ Grundwässer, zeigen aber immer reduzierende Bedingungen an und sind im Gleichgewicht mit Calcit und nahe dem oder im Gleichgewicht mit Dolomit. Ihre geochemische Entwicklung ist neben der Karbonatlösung durch Kationenaustausch und zunehmender Mischung mit alten, weiter entwickelten Komponenten geprägt. In den Mischungen variieren die Verweilzeiten von mehreren Jahren bis Jahrzehnten für die junge Komponente, über mehrere Jahrhunderte für die mittlere Komponente, zu mehreren Jahrtausenden für die alte Komponente. Mit zunehmender Entfernung vom Infiltrationsgebiet treten schliesslich kaltzeitliche Signaturen auf, welche aufgrund der He-Gehalte vor der letzten Glazialzeit (Birrfeld-Glazial) infiltriert sein dürften. Insbesondere östlich der Randen-Störung im Hegau-Bodensee-Graben ergeben sich aufgrund der hydrochemischen (z.b. SO 4 -Gehalte) und isotopischen (z.b. 39 Ar, 14 C, 3 He, 4 He) Daten sehr komplexe Verhältnisse, wie das auch in Interreg IIIA (2008) beschrieben ist.

40 NAGRA NTB Dossier V 2 H [ VSMOW] Ca-HCO3 Ca-Mg-HCO3 Na-HCO3 Na-[ HCO3/SO4/Cl ] Na-Cl DUR LOT-TWB FRFB-DOUM ERBA-TBDS SCHH-TBAB SIN-TWB BIBE-TB1 Malm Effinger Sch. ALT BAWA-GB2 AULE-TB-1 UEBL-TB1 OFT-EWSB (korr.) KUT- EWSB2 (korr.) KUT-HEG KOL-EWSB1 BEN-M2 (korr.) WEI rezente Grundwässer GMWL brackischmarines Endglied kaltzeitliche Signaturen O [ VSMOW] Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Malm-Aquifer und den Effinger Schichten und einer extrapolierten Mischungskorrelation von brackisch-marinen und meteorischen Endgliedern MUKI-BALG R m (Erdmantel) BABU-TB1 BIBE-TB1 Max. 4 He Akkum. Malm 3 He / 4 He R Malm ASW R c (Erdkruste) ROTT-TB2 LOH SAUL-GB3 ALT AULE-TB-1 SIN-TWB BIBE-TB1 AULE-TB-1 BEN-M2 (kont.) OFT-EWSB (kont.) 10% 2% 0% Zumischung von Mantelhelium Akkumulation von radiogenem Helium Ca-HCO3 Ca-Mg-HCO3 Na-HCO3 Na-[ HCO3/SO4/Cl ] Na-Cl He [ccstp/g H2O ] Fig : 3 He/ 4 He-Verhältnisse in Abhängigkeit des 4 He-Gehalts der Grundwässer aus dem Malm-Aquifer. ASW: Air Saturated Water (luftgesättigtes Wasser).

41 Dossier V 29 NAGRA NTB Bei den tiefen Grundwässern aus den Effinger Schichten handelt es sich um ein gering mineralisiertes Na-HCO 3 -Typ Grundwasser (Kölliken, KOL-EWSB1; TDS 790 mg/l) und zwei hoch mineralisierte Na-Cl-Typ Grundwässer (Küttigen, KUT-EWSB2 und Möriken, WIE; TDS 12'800 18'600 mg/l). Alle Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit und Dolomit bei ph-werten zwischen 7 und 8 und korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Die Na-Cl-Typ Grundwässer sind zudem im Gleichgewicht mit Cölestin und nahe der Sättigung mit Gips. Die wenigen Isotopendaten und die Ionenverhältnisse weisen auf eine mindestens Zwei-Komponenten-Mischung mit einer sehr alten, Meerwasser-ähnlichen und einer geringer mineralisierten Komponente von unbekanntem, aber nicht rezentem Alter hin. 4.3 Hauptrogenstein-Aquifer, Birmenstorfer Schichten und wasserführende kalkig-sandige Abfolgen im 'Braunen Dogger' Die Hauptrogenstein-Formation und die Birmenstorfer Schichten bilden im westlichen Gebietsteil Aquifere, beispielsweise im Faltenjura stellen sie einen teilweise verkarsteten Aquifer dar. Mit dem von Westen nach Osten verlaufenden Fazieswechsel von kalkigeren zu mehrheitlich siltig-tonigen und mergeligen Lithologien der Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' nimmt die Durchlässigkeit stark ab. Aus dem 'Braunen Dogger' liegt einzig aus der Bohrung Schlattingen-1 (Waber et al. 2014b) eine allerdings stark kontaminierte Wasserprobe vor, in den Bohrungen Weiach (Nagra 1989) und Benken (Nagra 2001) waren die Durchlässigkeiten sehr gering. Aus dem Hauptrogenstein-Aquifer und den Birmenstorfer Schichten liegen deshalb nur Grundwasserproben aus dem Faltenjura resp. dem nördlichen Rand des Molassebeckens westlich des unteren Aaretals vor. Gegenüber Biehler et al. (1993) wurde der Datensatz in Waber et al. (2014a) um 10 neue Lokalitäten ergänzt Oberflächennahe Grundwässer Oberflächennahe Grundwässer aus dem Hauptrogenstein-Aquifer sind typischerweise vom generellen Ca-HCO 3 -Typ und bei erhöhten SO 4 -Gehalten vom Ca-HCO 3 -SO 4 -Typ (Fig ) und gering mineralisiert (TDS mg/l). Von den Referenzproben liegt nur ein einzelner ph-wert von 7.4 bei Calcit-Gleichgewicht und korrespondierendem CO 2 -Partialdruck von bar vor. Dabei ist das Grundwasser untersättigt an Dolomit und allen Sulfatmineralen. Keine Information gibt es bezüglich der Redoxbedingungen. Die vorhandenen NO 3 -Gehalte weisen aber noch auf oxidierende Bedingungen hin, wie das auch für oberflächennahe Grundwässer aus der Hauptrogenstein-Formation weiter westlich des Untersuchungsperimeters beobachtet wurde (Biehler et al. 1993, Herold 1997). Isotopendaten liegen keine vor. Aufgrund der geringen Mineralisation sind die oberflächennahen Grundwässer aber unter rezenten Bedingungen infiltriert und dürften Verweilzeiten im Bereich von Monaten bis Jahren haben Tiefe Grundwässer Tiefe Grundwässer aus dem Hauptrogenstein-Aquifer sind aus dem Hauensteinbasistunnel und vom Wisenbergtunnel-Projekt bekannt. Es handelt sich um gering mineralisierte Ca-HCO 3 -, Ca- HCO 3 -SO 4 - und Na-HCO 3 -Typ Grundwässer (Fig ). Diese sind im Gleichgewicht mit Calcit bei ph-werten von und korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Alle Grundwässer sind untersättigt an Sulfatmineralen, aber das weiter entwickelte Na-HCO 3 -Typ Grundwasser ist auch im Gleichgewicht mit Dolomit. Die Sauerstoffzehrung ist fortgeschritten, das Redoxmilieu ist aber meist noch oxidierend. Hohe 3 H-Gehalte in den Ca- HCO 3 - und Ca-HCO 3 -SO 4 -Typ Grundwässern weisen zusammen mit den 18 O/ 2 H-Wertepaaren auf eine Infiltration unter rezenten Bedingungen und kurze Verweilzeiten im Bereiche von wenigen Jahren hin.

42 NAGRA NTB Dossier V Ca-HCO3-Typ Ca-HCO3-SO4-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-HCO3-Typ Na-HCO3-Typ Na-Cl-Typ Ca-HCO3-SO4-Typ Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links; nur Hauptrogenstein-Aquifer) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Hauptrogenstein-Aquifer und den Birmenstorfer Schichten. In den Birmenstorfer Schichten reicht das Spektrum von einem gering mineralisierten Ca- HCO 3 -Typ Grundwasser (AAR-EWSB1; TDS 490 mg/l) zu einem hoch mineralisierten Na- Cl-Typ Wasser (Gösgen 2 ; TDS 10'600 mg/l), welches mit dem Aquifergestein weitgehend im Gleichgewicht ist (Fig ). Das Ca-HCO 3 -Typ Grundwasser weist bei Calcitsättigung einen ph-wert von 7.25 bei einem korrespondierenden CO 2 -Partialdruck von bar und gleichzeitiger Untersättigung an Dolomit, und Sulfatmineralen auf. Die 18 O/ 2 H-Werte weisen auf eine Infiltration unter heutigen Klimabedingungen hin und die Abwesenheit von messbarem 3 H auf eine minimale Verweilzeit im Bereich von Jahrzehnten. Demgegenüber weist das Na-Cl- Typ Wasser bei Calcitsättigung einen ph-wert von 6.84 bei einem korrespondierenden CO 2 - Partialdruck von bar auf und ist im Gleichgewicht mit Dolomit, Baryt und Quarz und nahe demjenigen mit Cölestin, aber untersättigt an Gips. Die Isotopendaten und Ionenverhältnisse deuten für dieses Na-Cl-Typ Wasser auf eine mindestens Zwei-Komponenten-Mischung hin, wobei die Na-Cl-Komponente (> 90 %) eine sehr lange, prä-pleistozäne Verweilzeit und eine Meerwasser-ähnliche Herkunft hat (Waber et al. 2014a). Aus dem 'Braunen Dogger' (Wedelsandstein-Formation) der Bohrung Schlattingen-1 (SLA) konnte nur eine stark kontaminierte Probe (ca %) entnommen werden, welche maximal eine Abschätzung des Cl-Gehalts und der Wasserisotopenzusammensetzung erlaubt (Waber et al. 2014b). Es dürfte sich dabei um ein hoch mineralisiertes Na-Cl-Typ Grundwasser handeln, wobei der Cl-Gehalt bei ca. 5 6 g/l liegt und die Isotopenverhältnisse von Wasser an 18 O und 2 H angereichert sind. Mit diesen Indikationen ist das Grundwasser vergleichbar mit dem Malm- Grundwasser aus den Bohrung Benken. 2 Das Testintervall reichte von den Birmenstorfer Schichten bis in die obersten 11 m der oolithischen Kalke der Hauptrogenstein-Formation (Enachescu et al. 2010).

43 Dossier V 31 NAGRA NTB Lias In der Nordschweiz von der Region Aarau bis zum Zürcher Weinland weisen die Gesteine des Lias (resp. Staffelegg-Formation 3 ) in Tiefbohrungen eine generell sehr geringe hydraulische Durchlässigkeit auf (vgl. Kap. 4.7) und bilden einen Aquitard. Weiter gegen Osten erfolgt das Einsetzen des Lias- -Sandsteins (Angulaten-Schichten), welcher über Herdern, Kreuzlingen, Berlingen in das süddeutsche Molassebecken zunehmend mächtiger wird und mit einer Zunahme der hydraulischen Durchlässigkeit einher geht (Klemenz et al. 2000). Gegenüber früheren Arbeiten in der Nordschweiz (Schmassmann et al. 1984, Pearson et al. 1991, Biehler et al. 1993, Biehler & Schneemann 1999, Traber et al. 2002) liegen keine neuen Daten vor. Grundwasserdaten aus dem Lias sind limitiert auf ein oberflächennahes Vorkommen und einige tiefe Vorkommen in Erdöl-Prospektionsbohrungen, wobei sich letztere im Gebiet des Hegau-Bodensee-Grabens (Berlingen, Dingelsdorf) und etwas östlich davon im süddeutschen Molassebecken befinden. Die Qualität der Analysen von Grundwässern aus den Gesteinen des Lias im Faltenjura, Molassebecken der Nordschweiz als auch im Molassebecken Süddeutschlands ist beschränkt und erlaubt nur eine eingeschränkte Interpretation Oberflächennahe Grundwässer Das oberflächennahe Grundwasser aus dem Lias des Faltenjuras (Küttigen) ist vom generellen Ca-Mg-HCO 3 -Typ (Fig ) und weist eine Gesamtmineralisation von rund 650 mg/l auf. Es ist im Gleichgewicht mit Calcit, aber untersättigt an Dolomit und Gips, bei einem ph-wert von 7.1 und korrespondierendem CO 2 -Partialdruck von bar. Das hohe Redoxpotenzial weist auf eine erst beginnende Sauerstoffzehrung und oxidierende Bedingungen hin. Das 1981 beprobte Grundwasser ist unter heutigen Klimabedingungen infiltriert und hat aufgrund seines hohen 3 H-Gehalts eine mittlere Verweilzeit von maximal wenigen Jahren Tiefe Grundwässer Tiefes Grundwasser aus den Gesteinen des Lias im Faltenjura ist aus dem Weissensteintunnel ausserhalb des Untersuchungsperimeters bekannt und stellt ein generelles Na-[HCO 3 /SO 4 /Cl]- Typ Grundwasser (Fig ) mit einer Gesamtmineralisation von 1'271 mg/l dar. Bei Calcitsättigung weist dieses Grundwasser einen ph-wert von 7.1 bei einem korrespondierenden CO 2 - Partialdruck von bar auf. Es ist im Gleichgewicht mit Baryt und Quarz, aber untersättigt an Dolomit, Gips und Cölestin. Die relativ hohen Konzentrationen von Fe tot, Mn tot und NH 4 bei gleichzeitig niedrigen NO 3 -Gehalten weisen auf ein eher reduzierendes Milieu hin. Die limitierten Isotopendaten weisen auf eine Infiltration unter heutigen klimatischen Bedingungen hin und der 3 H-Gehalt an der Nachweisgrenze zeigt eine Verweilzeit im Bereich von mindestens Jahrzehnten an, welche aber durchaus auch deutlich länger sein könnte. Tiefe Grundwässer aus dem Lias des schweizerischen und süddeutschen Molassebeckens sind ausschliesslich vom Na-Cl-Typ (Fig ) und hoch mineralisiert (TDS 18'500 46'300 mg/l). Dabei zeigen der Cl-Gehalt und die Gesamtmineralisation eine deutliche Abhängigkeit von der Entnahmetiefe. Die höchstmineralisierten Grundwässer überschreiten dabei die Mineralisation von Meerwasser dem ursprünglichen Porenwasser in diesen marinen Sedimenten deutlich, insbesondere auch das Grundwasser aus der Erdölbohrung Berlingen (BER) im schweizerischen Molassebecken. Die limitierten chemischen und isotopischen Daten weisen für diese Tiefengrundwässer aus den Gesteinen des Lias auf eine Meerwasser-Herkunft 3 Für die bessere Vergleichbarkeit mit der älteren Literatur wird hier der alte Begriff 'Lias' und nicht 'Staffelegg- Formation' verwendet.

44 NAGRA NTB Dossier V mit sicher prä-pleistozäner Bildung der Hauptkomponente hin. Es wird weiter angezeigt, dass hier sehr weit in die geologische Vergangenheit zurückgreifende Prozesse inklusive der multiplen Versenkung während der Kreide- und Tertiärzeit und diffusivem Austausch mit den Nebengesteinen ihre Spuren hinterlassen haben Ca-Mg-HCO3-Typ meq / L 10 0 meq / L Na-[HCO3/ SO4/Cl] Na-Cl-Typ 10-3 Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus den Gesteinen des Lias. 4.5 Keuper-Aquifer Unter dem Begriff Keuper-Aquifer werden hier die wasserführenden Einheiten im Oberen Keuper und Mittelkeuper zusammengefasst. In diesen vorwiegend kontinentalen, fluviolakustrinen Sedimenten variieren der Typ der Wasserführung und die hydraulische Durchlässigkeit je nach Lithologie stark und reichen von Gipskarst-Systemen im Faltenjura zu Sandsteinrinnen mit unterschiedlichem Tongehalt im Tafeljura und schweizerischen Molassebecken zu grossflächigen, relativ mächtigen, homogen porösen Sandsteinablagerungen im süddeutschen Molassebecken (vgl. Kap. 2). Für die Wasserführung im Untersuchungsgebiet sind insbesondere die Stubensandstein-Formation, der Gansinger Dolomit und die Schilfsandstein-Formation von Bedeutung. Östlich einer Linie Schaffhausen Kloten und westlich von Olten sind auch die flachmarinen Sandsteine des Rhäts von gewisser hydraulischer Bedeutung. Der Keuper-Aquifer ist aufgrund seiner lokalen Fazieswechsel und der damit verbundenen variablen lithologischen Ausbildung als ein Agglomerat verschiedener lokaler Aquifere mit unbekannter Konnektivität anzusehen, was sich auch im limitierten Datensatz und in der Zusammensetzung der Grundwässer widerspiegelt. Gegenüber früheren Arbeiten (Schmassmann et al. 1984, Pearson et al. 1991, Biehler et al. 1993, Biehler & Schneemann 1999, Traber et al. 2002) liegen aus dem Keuper-Aquifer keine neuen Daten vor. Bohrungen, welche im letzten Jahrzehnt den Keuper erreichten, sind selten und weder aus der Geothermiebohrung Sonnengarten in Zürich (Triemli; Golder Associates

45 Dossier V 33 NAGRA NTB ), noch aus der Geothermiebohrung-1 in Schlattingen (Albert et al. 2012a) konnten aus dem Keuper Wasserproben gefördert werden. In Waber et al. (2014a) wurden deshalb die wichtigsten Eigenschaften der Grundwässer im Keuper-Aquifer in Bezug auf ihre regionale Verbreitung zusammengefasst. Grundwässer aus den Lithologien des Keupers sind unabhängig von der Entnahmetiefe durch ihre schon nach kurzer Verweilzeit durch Sulfatlösung erreichte hohe Mineralisation charakterisiert. Die Lösung von Evaporitmineralen führt auch zu charakteristischen Spurenelementkonzentrationen. Keuper-Grundwässer unterscheiden sich damit deutlich von Grundwässern, welche sich in karbonatischen oder siliziklastischen Gesteinen entwickelten Oberflächennahe Grundwässer Oberflächennahe Grundwässer aus dem Keuper-Aquifer des Tafel- und Faltenjuras sind typischerweise vom generellen Ca-SO 4 -Typ und weisen eine Gesamtmineralisation von 1'400 2'590 mg/l auf (Fig ). Sie sind im Gleichgewicht mit Calcit und zum grössten Teil auch mit Gips, Cölestin, Baryt und Dolomit, wobei die Lösung von Gips/Anhydrit aus dem Aquifergestein zur typischen Mineralisierung führt (Fig ). Bei ph-werten von liegen die korrespondierenden CO 2 -Partialdrücke zwischen und bar. Die Sauerstoffzehrung ist limitiert und die meisten oberflächennahen Grundwässer zeigen oxidierende Redoxbedingungen. Die untersuchten Grundwässer weisen alle hohe 3 H-Gehalte auf, sind entsprechend ihrer 18 O/ 2 H-Wertepaare unter heutigen Klimabedingungen infiltriert und haben mittlere Verweilzeiten im Untergrund von einigen Monaten bis wenigen Jahren Tiefe Grundwässer In grösserer Tiefe und mit zunehmender Verweilzeit und ohne nötige Einwirkung von Mischungen verändert sich der Chemismus der Keuper-Grundwässer durch Kationenaustausch zu einem Na-SO 4 -Typ (Fig ), welcher sich deutlich von den durch Gips/Anhydritlösung geprägten oberflächennahen Grundwässern unterscheidet (Fig ). Solche Grundwässer wurden im Tafeljura in den Bohrungen Beznau (BEZ) und Riniken (RIN) und im distalen Molassebecken in der Bohrung Benken (BEN) angetroffen. Die Na-SO 4 -Typ Grundwässer sind hoch mineralisiert (TDS 10'100 15'530 mg/l), im Gleichgewicht mit Calcit, Dolomit, Cölestin, Baryt und meistens auch mit Gips und Anhydrit. Die ph-werte liegen dabei zwischen 7.1 und 7.3 bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar. Der Chemismus und die gemessenen Redoxpotenziale weisen auf reduzierende Bedingungen hin. Die Erhöhung der Cl- Gehalte von rund 520 mg/l in Benken zu rund 2'780 mg/l in Beznau und Riniken deutet für letztere entweder auf Salzlösung oder auf Wechselwirkung (oder Mischung) mit umgebenden marinen Porenwässern hin. In Abwesenheit von Edelgasdaten weisen die Isotopensignaturen von Beznau und Riniken im Vergleich zu Benken auf eher wärmere Klimabedingungen hin und damit auf sehr lange Verweilzeiten (Fig ). Für das Na-SO 4 -Typ Grundwasser von Benken, welches sich ausschliesslich in den Lithologien des Keupers entwickelt hat, kann aufgrund der unter der Nachweisgrenze liegenden 3 H- und 14 C-Aktivitäten, einem hohen He-Gehalt, dem hohen 40 Ar/ 36 Ar-Verhältnis und den stabilen Isotopen von Wasser eine mittlere Verweilzeit von minimal 25'000 und maximal ca. 2.6 Millionen Jahren abgeschätzt werden (Waber et al. 2002). Ausschliesslich im Molassebecken und v.a. in demjenigen Süddeutschlands finden sich in Tiefen unterhalb 1'000 m u. GOK hoch mineralisierte Grundwässer vom Na-Cl-Typ (TDS ca. 13'000 60'700 mg/l), welche teilweise beträchtlich höher mineralisiert sind als Meerwasser (Fig ). Diese tiefen Na-Cl-Typ Grundwässer unterscheiden sich von allen anderen Grundwässern im Keuper-Aquifer durch ihre höheren Gehalte an Na, K, Cl, Br und B und den durch-

46 NAGRA NTB Dossier V wegs niedrigeren Gehalten an SO 4. Anders als im Lias zeigen die Na-Cl-Typ Grundwässer im Keuper einen weniger ausgeprägten Zusammenhang zwischen Mineralisation mit der Tiefe. Die starke Aufsalzung und Solenbildung steht somit auch noch mit anderen Prozessen (z.b. Versenkungsgeschichte, lokale Tektonik) in Verbindung als reine Mischung mit einem salinen Endglied. Die lückenhaften Daten erlauben aber keine abschliessende Aussage, ob es sich bei der salinen Komponente dieser Keuper Grundwässern um eine ehemalige Meerwasser-Komponente und/oder auch eine durch Salzlösung und Mischung beeinflusste Komponente handelt Ca-SO4-Typ meq / L 10 0 meq / L Ca-SO4-Typ Na-SO4-Typ 10-3 Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F meq / L Na-SO4-Typ Na-Cl-Typ Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Keuper-Aquifer: Schoeller-Diagramm der oberflächennahen Grundwässer aus dem Faltenjura (oben links) und dem Tafeljura (oben rechts; Ca-SO 4 -Typ), der tiefen Grundwässer aus dem Tafeljura (oben rechts, Na-SO 4 -Typ) und dem Molassebecken (unten).

47 Dossier V 35 NAGRA NTB IL1 PF1k Faltenjura Tafeljura Molassebecken Ca-SO4 Na-SO4 Ca [mmol/l] OS2 FH3 IL2 Gips/Anhydrit- Lösung Na-Cl 20 WA, PD OS3 BERk BÖZk LOG, EPT SO 4 [mmol/l] Fig : Ca vs. SO 4 in den Grundwässern aus dem Keuper-Aquifer. RIN BEZ BEN-K1 2 H [ VSMOW] Faltenjura Tafeljura Molassebecken Ca-SO4 Na-SO4 Na-Cl BEN-K1 RIN PD15 OS6 rezente Grundwässer GMWL brackischmarines Endglied -100 kaltzeitliche Signaturen O [ VSMOW] Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Keuper-Aquifer.

48 NAGRA NTB Dossier V Die häufig unvollständigen und bezüglich des Karbonat- und Redoxsystems gegenüber den In situ-bedingungen (meist) veränderten und/oder kontaminierten Analysen der Na-Cl-Typ Grundwässer erlauben wenig belastbare Aussagen bezüglich Sättigungszuständen von Mineralen und Partialdrücken von Gasen. Aufgrund der verfügbaren Analysenwerte dürften diese Solen insgesamt im Gleichgewicht mit dem Gesteinskarbonat sein und dabei eher saure ph-werte (ca ) und korrespondierende hohe CO 2 -Partialdrücke (ca bis bar) aufweisen. Ein Gleichgewicht mit anderen im Aquifergestein vorkommenden Mineralphasen dürfte auch erwartet werden. Die Beobachtung von hohen Gehalten an H 2 S, Fe 2+ und CH 4 deuten auf stark reduzierende Bedingungen im Untergrund hin. Die wenigen Isotopendaten weisen mit den an 18 O und 2 H stark angereicherten 18 O/ 2 H-Wertepaaren (Fig ) auf eine Neubildung unter wärmeren Klimabedingungen als den heutigen und denjenigen des Pleistozäns hin und somit auf Verweilzeiten im Untergrund von Millionen von Jahren und eine langzeitige Isolation gegenüber oberflächennahen Zirkulationssystemen. 4.6 Muschelkalk-Aquifer Hydrochemische Daten von Grundwässern aus dem Muschelkalk-Aquifer stammen sowohl im Faltenjura, Tafeljura und dem Molassebecken vorwiegend aus den Gesteinen des Oberen Muschelkalks. Grundwasserleiter von überregionaler Bedeutung sind insbesondere die karbonatischen Abfolgen des Trigonodus-Dolomits, Plattenkalks und Trochitenkalks, wobei letztere häufig als Hauptmuschelkalk zusammengefasst werden. Die Wasserführung in diesen Lithologien hängt einerseits von der Vernetzung des Porenraums insbesondere der sekundären Lösungsporen und der Intensität der Klüftung und teilweise der Verkarstung ab. Gegenüber früheren Arbeiten (Schmassmann et al. 1984, Pearson et al. 1991, Biehler et al. 1993, Biehler & Schneemann 1999, Traber et al. 2002) liegen nur neue Analysen aus Bohrungen in Schinznach Bad (AG), Itingen (BL), Oberhallau (SH) und Schlattingen-1 (TG) vor. In der Geothermiebohrung Schlattingen-1 wurden aus dem Trigonodus-Dolomit zwei Wasserproben entnommen, welche aber mit Bohrspülung und Injektionsfluiden kontaminiert sind und nur beschränkte Aussagen erlauben. In den letzten Jahren wurden in Baden-Württemberg im Gebiet zwischen Neckar und Donau nord-nordöstlich des Untersuchungsperimeters weitergehende detaillierte hydrogeologische und zum Teil auch hydrochemische Untersuchungen durchgeführt (z.b. Hanauer & Söll 2006, Ufrecht 2006, Ufrecht & Hölzl 2006). Diese Arbeiten werden in Waber et al. (2014a) unterstützend beigezogen, aber nicht im Detail integriert. Grundwässer aus den Lithologien des Muschelkalks zeigen grundsätzlich durch Evaporitminerale verursachte Charakteristiken, ähnlich wie die Grundwässer aus dem Keuper-Aquifer. Im Muschelkalk-Aquifer kommen aber häufiger offensichtliche Einflüsse von Salzlösung und insbesondere im Falten- und Tafeljura auch Mischungen mit Meerwasser-ähnlichen oder im Perm/Permokarbon/Kristallin generierten Komponenten vor. Zudem haben Grundwässer aus dem Muschelkalk-Aquifer aufgrund der lithologischen Ausbildung der Gesteine auch immer einen typischen karbonatischen Charakter Oberflächennahe Grundwässer Oberflächennahe Grundwässer aus dem Muschelkalk-Aquifer entwickeln sich schon nach kurzer Verweilzeit vom Ca-HCO 3 -Typ über den vereinfachten Ca-[Mg]-[HCO 3 /SO 4 ]-Typ zum typischen Ca-SO 4 -Typ (Fig ). Dabei variiert die Gesamtmineralisation der ersten beiden Typen zwischen rund 540 und 1'220 mg/l, während die Ca-SO 4 -Typ Grundwässer mit rund 1' mg/l höher mineralisiert sind. Die Ca-HCO 3 - und Ca-[Mg]-[HCO 3 /SO 4 ]-Typ Grundwässer haben ph-werte von bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar und sind im Gleichgewicht mit Calcit und Baryt, aber untersättigt an Dolo-

49 Dossier V 37 NAGRA NTB mit. Die meisten dieser Grundwässer weisen oxidierende Redoxpotenziale auf. Die Ca-SO 4 -Typ Grundwässer weisen leicht saurere ph-werte von bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar auf und sind im Gleichgewicht mit Calcit und Baryt und nahe demjenigen mit Gips und Cölestin. Auch diese Grundwässer haben vorwiegend einen oxidierenden Charakter. Im Falten- und Tafeljura treten zusätzlich durch Salzlösung generierte oberflächennahe Na-Cl-Typ Grundwässer mit einer ähnlich hohen Mineralisation (Lostorf, Sulz; TDS 1'610 2'150 mg/l) auf. Ausser den erhöhten Gehalten an Na und Cl weisen diese oberflächennahen Na-Cl-Typ Grundwässer die gleichen Charakteristika bezüglich Karbonatsystem und Mineralsättigung wie diejenigen vom Ca-SO 4 -Typ auf. Dies deutet darauf hin, dass die Mineralisation mit Na und Cl durch Salzlösung generiert wurde. Alle untersuchten oberflächennahen Grundwässer aus dem Muschelkalk hatten bei ihrer Beprobung hohe 3 H-Gehalte (> 60 TU), sind entsprechend ihrer 18 O/ 2 H-Beziehung (Fig ) unter heutigen Klimabedingungen infiltriert und haben mittlere Verweilzeiten von einigen Monaten bis wenigen Jahren Tiefe Grundwässer Der Muschelkalk-Aquifer weist den grössten Datensatz und die grösste Variabilität in der Zusammensetzung seiner Tiefengrundwässer auf. Unterschiede zeigen sich einerseits in Abhängigkeit der geographischen Lage (Faltenjura, Tafeljura, Molassebecken) und andererseits bezüglich der zunehmenden NaCl-Mineralisation (Salzlösung, Mischung mit marinen und/oder kristallinen Komponenten). Im Falten- und Tafeljura finden sich bis in Tiefen von rund 600 m u. GOK auch noch relativ wenig entwickelte Ca-[Mg]-[HCO 3 /SO 4 ]-Typ Grundwässer, welche den oberflächennahen Grundwässern des gleichen Typs in ihrer chemischen Charakteristik ähnlich sind (TDS 710 1'110 mg/l, ph = , CO 2 -Partialdruck bar, Eh SHE = 8 bis +410 mv). Die Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit, Baryt und Quarz, nahe demjenigen von Dolomit, aber untersättigt an Gips und Cölestin. All diese Grundwässer sind unter heutigen Klimabedingungen infiltriert (Figur 4.6-2). Im Faltenjura können sie in Tunneln bis in Tiefen von rund 400 m u. GOK bei der Probenahme ( ) 3 H-Gehalte von TU und somit Verweilzeiten von Monaten bis wenigen Jahren aufweisen und in Bohrungen bis in Tiefen von fast 600 m u. GOK mit 3 H-Gehalten von < 10 TU solche von wenigen hundert Jahren (z.b. Lostorf). Weiter treten Mischungen von rezenten und alten Komponenten auf, wobei meist die rezente Komponente dominiert. Im Tafeljura dominiert in den Ca-[Mg]-[HCO 3 /SO 4 ]-Typ Grundwässern die ältere Komponente mit 3 H-Gehalten nahe oder unter der Nachweisgrenze, tiefen 14 C-Gehalten und mit Verweilzeiten im Bereich von einigen tausend Jahren. Weiter entwickelte, tiefe Ca-SO 4 -Typ Grundwässer zeigen eine noch grössere Abhängigkeit von ihrer geographischen Lage. Im Faltenjura weisen sie eine ähnliche chemische Charakteristik (TDS 920 2'490 mg/l, ph 6.7, CO 2 -Partialdruck bar, leicht reduzierend) und Mineralsättigungen auf, wie die oberflächennahen Grundwässer vom gleichen Typ, haben aber erhöhte Cl-Gehalte (bis 44 mg/l). Letztere deuten auf eine Beimengung einer älteren Komponente hin, welche aufgrund ihrer Gehalte an Radioisotopen und z.t. Edelgasen eine Verweilzeit im Bereich von wenigen tausend Jahren aufweist.

50 NAGRA NTB Dossier V Ca-HCO3-Typ Ca-[Mg]-[HCO3/SO4]-Typ Ca-SO4-Typ Na-Cl-Typ 10 3 Ca-[Mg]-[HCO3/SO4]-Typ 10 2 Na-Cl-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-HCO3-Typ Ca-[Mg]-[HCO3/SO4]-Typ Ca-SO4-Typ Na-SO4-Typ meq / L 10 0 meq / L Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F Ca-[Mg]-[HCO3/SO4]-Typ Na-Cl-Typ Na-SO4-Typ Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F meq / L Ca-SO4-Typ Na-Cl-Typ Na-SO4-Typ Mg 2+ ErdAlk K - Cl - SO4 2- Ca 2+ Na + F - Fig : Muschelkalk-Aquifer: Schoeller-Diagramm der oberflächennahen (links) und tiefen (rechts) Grundwässer aus dem Faltenjura (oben), dem Tafeljura (Mitte) und dem Molassebecken (unten).

51 Dossier V 39 NAGRA NTB In ihrer Gesamtheit handelt es sich aber um unter heutigen Klimabedingungen infiltrierte (Fig ) holozäne Grundwässer, welche sich vorwiegend in den Lithologien des Muschelkalk-Aquifers entwickelt haben. Im Tafeljura treten neben Ca-SO 4 -Typ Grundwässern mit ähnlicher chemischer Charakteristik (TDS 1'115 2'160 mg/l, ph = , CO 2 -Partialdruck = bar, oxidierend) wie im Faltenjura zusätzlich deutlich höher mineralisierte Grundwässer auf (Itingen, ITI, Bad Zurzach, ZU3; TDS 3'660 4'440 mg/l, ph = , CO 2 -Partialdruck bar, leicht oxidierend). Im Fall von Itingen weisen Temperatur und chemische Zusammensetzung auf eine Zumischung einer Grundgebirgs-Komponente hin, wobei aber aufgrund fehlender Isotopendaten Salzlösung nicht völlig ausgeschlossen werden kann. Diese höher mineralisierten Ca-SO 4 -Typ Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit, Gips, Cölestin, Baryt und Quarz und nahe dem Gleichgewicht mit Dolomit und Fluorit. Ca-SO 4 -Typ Grundwässer im Tafeljura südlich des Rheins sind unter heutigen Klimabedingungen infiltriert (Fig ), wobei es sich häufig um Mischungen einer rezenten und einer mehrere hundert bis wenige tausend Jahre alten Komponente handelt. Vereinzelt dürften auch pleistozäne, warmzeitlich gebildete Komponenten vorhanden sein (z.b. Leuggern, LEU). Aufgrund der vorhandenen Daten scheinen sich die etwas niedriger mineralisierten Ca-SO 4 -Typ Grundwässer ausschliesslich in den Lithologien des Muschelkalk-Aquifers entwickelt zu haben. Dem stehen die höher mineralisierten Ca-SO 4 -Typ Grundwässer (ITI, PRA) gegenüber, wo die vorliegenden Daten auf eine Mischung mit einer Grundgebirgs-Komponente unbekannten Alters hinweisen, wobei untergeordnet auch Salzlösung mitgespielt haben könnte. Nördlich des Rheins im Tafeljura werden in Mehrkomponenten-Mischungen auch kaltzeitliche, wohl vor der letzten Glazialzeit infiltrierte Komponenten beobachtet (z.b. Tuttlingen, TUTT). Die Ca-SO 4 -Typ Grundwässer im Molassebecken (Benken BEN-MK2, Weiach WEI) weisen die höchste Entwicklungsstufe dieses Wassertyps auf und sind im Gleichgewicht mit Calcit, Dolomit, Fluorit, nahe dem oder im Gleichgewicht mit Gips, Cölestin, Siderit und übersättigt an Baryt und Quarz. Sie haben saure ph-werte ( ) bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bar und zeigen reduzierende Redoxbedingungen an. Die Ca-SO 4 -Typ Grundwässer im Molassebecken weisen die längsten mittleren Verweilzeiten für diesen Wassertyp auf, wobei für alle Lokalitäten (d.h. auch für die kontaminierte Probe von Schlattingen-1) eine Infiltration unter kaltzeitlichen Bedingungen (Fig ) und aufgrund der 14 C-Gehalte während der letzten Glazialzeit angezeigt ist. Das Ca-SO 4 -Typ Grundwasser von Weiach weist zusätzlich noch eine prä-holozäne, warmzeitlich gebildete Komponente auf. Alle Ca-SO 4 -Typ Grundwässer im Molassebecken haben sich mehrheitlich, wenn nicht ausschliesslich, in den Lithologien des Muschelkalk-Aquifers entwickelt. Tiefe Na-SO 4 -Typ Grundwässer im Muschelkalk-Aquifer sind noch weiter entwickelt resp. stellen Mischungen von Tiefengrundwässern verschiedener Herkunft dar. Im Faltenjura werden diese vorwiegend durch die Thermalwässer von Baden/Ennetbaden und Schinznach Bad vertreten. Im Tafeljura sind dies die Tiefengrundwässer von Beznau und Böttstein. Die Na-SO 4 -Typ Thermalwässer von Baden/Ennetbaden (TDS 4'260 4'650 mg/l, T = 47 C) weisen saure ph-werte ( ) auf und sind durch vergleichsweise hohe Gehalte an K, Li, und B, hohe Gasgehalte (CO 2 -Partialdruck von bis bar) und reduzierende Verhältnisse charakterisiert. Sie sind im Gleichgewicht mit Calcit, mehrheitlich auch mit Dolomit und Fluorit, übersättigt an Baryt und Quarz, aber untersättigt an Gips, Anhydrit und Cölestin. Charakteristisch für die Thermalwässer sind zudem 18 O/ 2 H-Wertepaare, welche unterhalb der globalen Niederschlagsgeraden zu liegen kommen (Fig ) und hohe Gehalte an radiogenem He (Fig ) sowie 40 Ar und 39 Ar. Chemische Zusammensetzung, Isotopensignatur und Edelgase weisen darauf hin, dass ein grosser, sehr alter Anteil dieser Thermalwässer neben dem Muschelkalk-Aquifer aus dem unterliegenden Sockel (Kristallin/Permo-

52 NAGRA NTB Dossier V karbon) stammt. Zusätzlich wird während des Aufstiegs an die Oberfläche junges Grundwasser (ca %) beigemischt. Eine ähnliche Entwicklung und Herkunft trifft für die niedriger mineralisierten Thermalwässer von Schinznach-Bad zu (SB2, SBA-S3, SBA, TDS 1'740 2'680 mg/l, T = C). Bei Calcitsättigung weisen diese Grundwässer ph-werte von rund 6.7 bei zugehörigen, gegenüber Baden/Ennetbaden deutlicher niedrigeren, CO 2 -Partialdrücken von bar auf. Die niedrigere Mineralisation, etwas weniger an 2 H und 18 O angereicherte 18 O/ 2 H-Signaturen unterhalb der globalen Niederschlagsgeraden und die andere Altersstruktur wird dabei einer stärkeren Mischung mit jungen Grundwässern (ca %) während des Aufstiegs zugeschrieben, wobei diese in den letzten Jahren zunahm. Die alte Komponente hat eine Verweilzeit von mindestens 25'000 Jahren. Den Thermalwässern entlang der Jura-Hauptüberschiebung gemeinsam sind zudem die stets erhöhten Gehalte an CH 4 und H 2 S. Tiefe Na-SO 4 -Typ Grundwässer im Tafeljura (Beznau BEZ, Böttstein BOE) sind tiefer temperiert (ca. 20 C an der Oberfläche) und weisen eine höhere Mineralisation (TDS 6'380 6'530 mg/l) auf, wobei diese v.a. auf höhere Gehalte von Na und Cl zurückzuführen ist. Sie haben leicht saure ph-werte (ca. 6.7) bei korrespondierenden CO 2 -Partialdrücken von bis bar und zeigen reduzierende Redoxbedingungen an. Die Grundwässer sind im Gleichgewicht mit Calcit, Gips, Cölestin, nahe dem Gleichgewicht mit Fluorit, untersättigt an Dolomit und übersättigt an Baryt und Quarz. Beide Na-SO 4 -Typ Grundwässer weisen auf eine Mischung einer pleistozänen unter kaltzeitlichen Bedingungen infiltrierten Komponente (Fig ) mit einer warmzeitlichen, aufgrund der Isotopendaten und hohen He-Gehalte (Fig ) sehr alten (> 1 Ma) Komponente hin. Auch die Na-Cl-Typ Tiefengrundwässer aus dem Muschelkalk-Aquifer weisen entsprechend ihrer geographischen Lage unterschiedliche Zusammensetzungen und Entwicklungen auf. Im Tafeljura weist das durch Salzlösung generierte Na-Cl-Typ Grundwasser von Zeiningen (ZEI, TDS ca. 7.5 g/l) auf eine Bildung unter heutigen Klimabedingungen (Fig ) und eine Verweilzeit von Jahren bis Jahrzehnten hin. Demgegenüber steht das höher mineralisierte Na- Cl-Typ Grundwasser von Riniken (RIN, TDS 14.5 g/l), welches neben möglicher Salzlösung auch eine alte Komponente mariner Herkunft aufweist. Dieses Na-Cl-Typ Grundwasser ist geochemisch weit entwickelt und im Gleichgewicht mit Calcit, Dolomit, Gips, Cölestin, Quarz und Fluorit. Auch die jüngste Komponente im Mischwasser von Riniken ist warmzeitlich infiltriert (Fig ) und aufgrund der Isotopen- und Edelgaszusammensetzung (Fig ) sicher pleistozänen Alters. Im Molassebecken erstreckt sich die Gesamtmineralisation der Na-Cl-Typ Grundwässer über einen grossen Bereich (TDS g/l). In Grundwässern unterhalb von ca. 1'500 m Tiefe übersteigt dabei sowohl die Gesamtmineralisation als auch der Chloridgehalt diejenigen von Meerwasser (z.b. Pfaffnau PF1, Berlingen, BER). Die chemische und isotopische Zusammensetzung dieser hoch mineralisierten Grundwässer weist auf eine Herkunft für die Na-Cl- Komponente aus dem Sockel (Kristallin und/oder Perm, Permokarbon) hin, wobei die Beteiligung einer durch Salzlösung modifizierten Meerwasserkomponente nicht ausgeschlossen werden kann. Die Verweilzeit dieser Na-Cl-Typ Grundwässer liegt aber sicher im Bereich von mehreren Millionen von Jahren. Das am Rand des Molassebeckens gelegene Na-Cl-Typ Grundwasser von Schafisheim (SHA, TDS 15.3 g/l, ph = 6.6, CO 2 -Partialdruck = bar, reduzierend) weist Ähnlichkeiten mit den höher mineralisierten, im zentraleren Bereich des Beckens auftretenden Na-Cl-Typ Grundwässern (Pfaffnau, Berlingen) auf und fällt durch seine hohen Gehalte von SO 4, H 2 S und CH 4 auf. Das Grundwasser ist im Gleichgewicht mit dem Aquifergestein und stellt aufgrund der 18 O/ 2 H-Signaturen (Fig ) und radiogenen Isotopen und Edelgasgehalten (Fig ) eine Mischung einer kaltzeitlich infiltrierten pleistozänen Komponente und einer sehr alten Na-Cl-Komponente vom Typ Pfaffnau (ca. 10 %) dar.

53 Dossier V 41 NAGRA NTB H [ VSMOW] Faltenjura Tafeljura Molassebecken SLA-MK2 (kont.) WEI BOE rezente Grundwässer LEU TUTT RIN, ZEI SHA BEZ OHA BEN-MK2 SIB kaltzeitliche Signaturen SBA-S3 brackischmarines Endglied Gruppe Baden/ Ennetbaden Ca-HCO3 Ca-SO4 Na-SO4 Na-Cl GMWL O [ VSMOW] FH20 Ca-[Mg]-[HCO3/SO4] Fig : 18 O vs. 2 H der Grundwässer aus dem Muschelkalk-Aquifer und einer extrapolierten Mischungskorrelation von brackisch-marinen und meteorischen Endgliedern Ca-HCO Ca-[Mg]-[HCO3/SO4] Ca-SO4 Na-SO4 Na-Cl BOE SHA RIN 4 He [ccstp/gh2o ] Faltenjura Tafeljura Molassebecken LEU WEI SBA-S3 BEZ ENA MAF BEN-MK2 MAW Fig : 10-7 TUTT FRE SIB PRA Cl [mmol/l] 4 He in Abhängigkeit vom Cl-Gehalt in den oberflächennahen und tiefen Grundwässern aus dem Muschelkalk-Aquifer.

54 NAGRA NTB Dossier V 4.7 Fliesssysteme Der Detaillierungsgrad der Aussagen über Fliesssysteme in den verschiedenen hydrogeologischen Einheiten hängt von der Probendichte im Vergleich zu den tektonischen Gegebenheiten ab. Im schweizerischen und im süddeutschen Molassebecken stellen die Molasseeinheiten untereinander und zusammen mit dem unterliegenden Malm-Aquifer häufig kommunizierende Fliesssysteme dar. In der Nordschweiz westlich des Hegau-Bodensee-Grabens bis zum Faltenjura treten vom zentralen Molassebecken bis zum Rhein neben lokalen, relativ oberflächennahen Fliesssystemen tiefer greifende, intermediäre und regionale Fliesssysteme auf. Dabei vermischen sich infiltrierende, gering mineralisierte Grundwässer aus der OSM mit dem originalen Meerwasser in der OMM und verdrängen dieses in die unterliegende USM und lokal auch in die jurassischen Einheiten (Malm-Aquifer, Effinger Schichten, Hauptrogenstein-Aquifer, Birmenstorfer Schichten, Wedelsandstein-Formation). In den oberflächennahen Fliesssystemen ist die Zirkulation dynamisch, wie aus den kurzen, mittleren Verweilzeiten von ein paar Jahren bis Jahrzehnten hervorgeht. In den intermediären Fliesssystemen nimmt die Grundwasserzirkulation deutlich ab, ist aber regional stark von der lokalen Beschaffenheit der Molasse- und Jurasedimente abhängig. Unterhalb von rund 300 m Überdeckung nehmen die mittleren Verweilzeiten stark zu und weisen auf eine Infiltration der jüngsten Komponente von sicher vor der letzten Eiszeit, wohl eher aber während früheren Glazialen hin. In den tiefen Fliesssystemen der OMM und insbesondere in der USM und den jurassischen Einheiten nimmt die Dynamik noch einmal ab und die Grundwässer stellen Mischungen mit verschieden grossen Anteilen des ehemaligen OMM- und eventuell sogar noch Jura-Meerwassers (konnates Wasser) mit mittleren Verweilzeiten im Bereich von Millionen von Jahren dar. Grossräumige, langsame Bewegungen dieser Grundwässer sind insbesondere nordwärts in Richtung der heutigen, regionalen Vorflut (Rhein) und wohl auch im Paläokarst und/oder in Kluftsystemen innerhalb der Malmsedimente vorhanden. In tieferen Bereichen des Molassebeckens herrschen aufgrund der hydrochemischen Eigenschaften der dortigen Grundwässer von den tertiären zu den jurassischen Einheiten vornehmlich stagnierende Verhältnisse vor. Im Raum des Hegau-Bodensee-Grabens bis ca. 20 km nordöstlich des Bodensees dürfte heute ein Grundwasserfluss vom Infiltrationsgebiet in der Schwäbischen Alb im Norden durch die oberflächennahen, verkarsteten Malmsedimente bis in grössere Tiefe und von dort bis in die überlagernden tertiären Sedimente erfolgen. Im Raum Singen herrschen komplizierte, aufgrund der vorliegenden Daten nicht eindeutig identifizierbare Fliesssysteme vor, wobei auch gegen Westen gerichtete Systeme erkennbar sind (vgl. Interreg IIIA 2008). Gegen Süd-Südosten entlang der Grabenstrukturen zeichnet sich eine kontinuierliche Entwicklung von oberflächennahen Grundwässern mit kurzen Verweilzeiten (Jahre bis Jahrzehnte) zu kaltzeitlich infiltrierten Grundwässern ab. Mit zunehmender Tiefe und gegen Südosten entlang des Bodensees nehmen die Verweilzeiten kontinuierlich zu und es liegen Glazialwässer einer wahrscheinlich frühpleistozänen Eiszeit vor. nordöstlich der im Malm-Aquifer festgestellten Wasserscheide (z.b. Stober 2013) im süddeutschen Molassebecken lässt sich wiederum nur beschränkt eine in Fliessrichtung homogene hydrochemische Entwicklung erkennen. Neben den lokalen, z.t. sehr komplexen Fliesssystemen kann aufgrund der hydrochemischen Charakteristik und den Verweilzeiten der Grundwässer regional und über die drei Molasseeinheiten und den Malm übergreifend generell ein Nordwest Süd-Südost gerichtetes Fliesssystem erkannt werden. Die hydrochemischen Charakteristika der Grundwässer in den Molasseeinheiten und dem Malm weisen darauf hin, dass sich die heutigen Fliesssysteme von denjenigen während des Pleistozäns unterscheiden.

55 Dossier V 43 NAGRA NTB Aus dem Hauptrogenstein-Aquifer (inkl. Birmenstorfer Schichten) liegen insbesondere Daten aus lokalen Fliesssystemen im Falten- und Tafeljura vor. In der Region Jura-Südfuss finden sich am Nordrand des Molassebeckens Hinweise auf aktive, vom nahen Faltenjura her ausgehende Fliesssysteme und mit dem Tiefengrundwasser aus der Bohrung Gösgen SB2 auch Hinweise auf stagnierende oder aus tiefen Bereich aufsteigende, sehr alte Grundwässer, die in ähnlicher Charakteristik auch aus dem Malm-Aquifer bekannt sind. Die Lithologien des Lias stellen in der Nordschweiz westlich des Hegau-Bodensee-Grabens bis zum Faltenjura gering durchlässige Einheiten ohne erkennbare Grundwasserzirkulation dar. Im Faltenjura gibt es Hinweise auf eine lokale Grundwasserzirkulation. Am Rand des Hegau- Bodensee-Grabens und im süddeutschen Molassebecken stellt sich mit dem Einsetzen des Lias- -Sandsteins eine Grundwasserführung ein. Die dort in grosser Tiefe auftretenden hoch mineralisierten, konnaten Grundwässer weisen auf mehrheitlich stagnierende Verhältnisse und Verweilzeiten im Bereich von mehreren Millionen von Jahren hin. Im Keuper-Aquifer ist die Grundwasserzirkulation regional limitiert und hängt von der Ausbildung und Verbreitung der verschiedenen Lithologien und deren Ablagerungsmilieu ab. Im Falten- und Tafeljura herrschen oberflächennah relativ dynamische von der lokalen Topographie, Geologie und Tektonik kontrollierte Fliesssysteme mit Grundwasserverweilzeiten im Bereich von Monaten bis Jahrzehnten vor. Tiefe Zirkulationssysteme sind nur selten und lokal erschlossen. Im Tafeljura entlang der Aare werden in Riniken und Beznau neben der in den Keuper-Lithologien entwickelten Grundwasserkomponente auch eine saline Komponente beobachtet, deren Herkunft aber unklar ist (z.b. aus dem zentralen Schweizer Molassebecken oder Porenwasser aus marinen Sedimenten im Hangenden). Im tektonisch relativ wenig beanspruchten Raum zwischen Faltenjura und Hegau-Bodensee-Graben weist das Keuper-Grundwasser von Benken auf eine Entwicklung innerhalb der Keuper-Lithologien ohne Beimengung einer anderen Komponente hin. Alle diese Keuper-Grundwässer haben lange mittlere Verweilzeiten und sind während einer Interglazialzeit des Pleistozäns oder noch früher infiltriert. Im zentralen Molassebecken der Schweiz und Süddeutschlands treten im Keuper-Aquifer hoch mineralisierte Grundwässer auf, welche auf mehrheitlich stagnierende Verhältnisse hinweisen und kaum oder nicht mit den randlichen Zonen des Molassebeckens kommunizieren. Der Muschelkalk-Aquifer ist von überregionaler Bedeutung und weist komplizierte und regional unterschiedliche Fliesssysteme auf. Im Falten- und Tafeljura sind oberflächennah dynamische Fliesssysteme ausgebildet, welche von der lokalen Topographie, Geologie und Tektonik kontrolliert sind und wo die Grundwasserverweilzeiten im Bereich von wenigen Monaten bis einigen Jahren liegen. In Gebieten mit Salzvorkommen können dabei lokal trotz der kurzen Verweilzeit schon sehr hoch mineralisierte Grundwässer entstehen. In grösseren Tiefen zeichnen sich komplizierte Fliessverhältnisse insbesondere im Gebiet Aarau Baden unteres Aaretal ab. In einer gewissen Beziehung zu den grossräumigen Störungszonen (z.b. Jura-Hauptüberschiebung, Mandach-Überschiebung und damit im Zusammenhang stehende Störungssysteme im Liegenden) treten hier Mischungen von oberflächlich infiltrierten Komponenten mit salinen Komponenten unterschiedlicher Herkunft auf. So kann die saline Komponente eine marine Herkunft (z.b. Schafisheim) oder aus dem Kristallin/Permokarbon stammen (z.b. Thermalwässer Baden/Ennetbaden, Schinznach Bad) und/oder durch Salzlösung generiert worden sein (z.b. Riniken). Mit Ausnahme der Thermalwässer, wo für die junge(n) Grundwasserkomponente(n) Verweilzeiten von wenigen Jahren bis Jahrhunderten angezeigt werden, weisen in den anderen tiefen Muschelkalk-Grundwässern auch die jüngeren Komponenten Verweilzeiten von mehreren tausend bis zehntausenden von Jahren auf.

56 NAGRA NTB Dossier V Die vorliegenden Daten geben keinen eindeutigen Hinweis auf eine hydraulische Kommunikation zwischen dem randlichen Molassebecken (z.b. Schafisheim) und den Tiefengrundwässern im Bereich der Jura-Hauptüberschiebung (z.b. Thermalwässer). Auch sind keine Hinweise für eine Kommunikation zwischen den Thermalwässern von Baden/Ennetbaden, Schinznach Bad und dem Tiefengrundwasser von Riniken vorhanden. Letzteres scheint auch vom Raum Beznau Böttstein isoliert zu sein, wo die dortigen Tiefengrundwässer gewisse Ähnlichkeiten mit den Thermalwässern zeigen. Sowohl Riniken als auch der Raum Beznau Böttstein ist isoliert von der Grundwasserzirkulation in Leuggern. Letztere Zirkulation zeigt demgegenüber eine enge Verwandtschaft mit den Muschelkalk-Grundwässern im Molassebecken (süd)östlich davon (Weiach, Benken, Schlattingen) auf und die vorhandenen Daten sind durchaus konsistent mit einer solchen kontinuierlichen Entwicklung. Aufgrund der Isotopen- und Edelgasdaten dürfte ein solches Ost-West gerichtetes Fliesssystem mit Infiltration in der Region Wutachtal am Rande des Schwarzwalds und Exfiltration in der Region Leuggern sicher seit der letzten Glazialzeit aktiv sein. In Leuggern werden diese kaltzeitlich infiltrierten Grundwässer mit einer holozänen Komponente gemischt, wobei die mittlere Verweilzeit immer noch mehrere tausend Jahre beträgt. Ähnlich wie im überlagernden Keuper treten im zentralen Molassebecken im Muschelkalk- Aquifer wiederum hoch mineralisierte Tiefengrundwässer auf, welche mehrheitlich stagnierende Verhältnisse anzeigen. 4.8 Grundwasser-Stockwerkbau Da die Grundwässer in den hydrogeologischen Einheiten aufgrund der unterschiedlichen mineralogischen Zusammensetzung typische chemische und isotopische Charakteristiken aufweisen, lassen sich Formations-übergreifende Zirkulationssysteme relativ gut erkennen, insbesondere wenn sich diese über die gering durchlässige Sequenz 'Brauner Dogger' Opalinuston Lias, d.h. von der Trias in den Malm erstrecken würden. Diese Unterschiede bleiben auch im Fall von Mischungen von Grundwässern aus den hydrogeologischen Einheiten im Tertiär und Malm resp. denjenigen im Keuper und Muschelkalk erhalten und bis zu einem gewissen Grad auch bei der Mischung mit dem einzigen gleichen Endglied, nämlich ehemaligem Meerwasser (konnates Wasser). Die Daten zeigen, dass in den regionalen Fliesssystemen während der paläohydrogeologischen Entwicklung des schweizerischen und süddeutschen Molassebeckens teilweise Formationsübergreifende Grundwasserzirkulationen zu verschiedenen Zeitpunkten stattfanden. Störungszonen stehen dabei als potenzielle Wegsamkeiten im Vordergrund. Die hydrochemischen Eigenschaften der erfassten Grundwässer aus den verschiedenen hydrogeologischen Einheiten weisen darauf hin, dass solche Formations-übergreifenden Grundwasserzirkulationen durch geologische (z.b. Versenkung während Kreide und Tertiär), tektonische (z.b. Jurafaltung) und letztlich auch klimatische Ereignisse (z.b. Eiszeiten) ausgelöst wurden. Dabei ist zu beachten, dass ältere durch jüngere Ereignisse überlagert sein können und sehr weit zurück liegende Ereignisse beispielsweise durch diffusiven Austausch mit den Aquitarden nicht mehr erkennbar sind. Die hydrochemischen Daten aus den verschiedenen hydrogeologischen Einheiten zeigen, dass die charakteristischen Unterschiede insbesondere im Molassebecken von nordöstlich des Faltenjuras bis zur Randzone des Hegau-Bodensee-Grabens ungestört vorhanden sind. So sind die tiefen Grundwässer im Tertiär/Malm-Aquifersystem chemisch anders zusammengesetzt als diejenigen in den Keuper- und Muschelkalk-Aquiferen (Fig ) und zeigen andere Infiltrationsbedingungen (Fig ) und Verweilzeiten auf. In diesem tektonisch wenig beanspruchten

57 Dossier V 45 NAGRA NTB Gebiet ist ein intakter Stockwerkbau vorhanden, wobei die gering durchlässige Sequenz 'Brauner Dogger' Opalinuston Lias und des Gipskeupers die Stockwerke Tertiär/Malm-Aquifer, Keuper-Aquifer und Muschelkalk-Aquifer effizient trennen. Oberhalb der gering durchlässigen Sequenz 'Brauner Dogger' Opalinuston Lias weisen die hydrochemischen Daten auf eine Kommunikation zwischen den Molasseeinheiten und dem Malm-Aquifer hin. Diese Kommunikation ist vom Hegau-Bodensee-Graben an ostwärts dynamisch und durch Daten gut unterlegt. Westlich davon ist diese Kommunikation weniger dynamisch und aufgrund der vorliegenden Daten einzig im Raum Eglisau (EGL) eindeutig aktiv (Fig ). Bei anderen Lokalitäten, wo eine solche Kommunikation angezeigt ist (z.b. PF xx, SHA, WEI), erlauben die hydrochemischen Daten allein keine Aussage, ob diese in geologischer Vergangenheit stattfand oder unter heutigen Bedingungen noch aktiv ist. Am Südrand des Faltenjura, im Gebiet Jura-Südfuss, zeigen die Grundwasserdaten in den Effinger Schichten (KUT-EWSB2) und im Hauptrogenstein-Aquifer (inkl. Birmenstorfer Schichten; GOS-SB2) ähnliche Charakteristika wie andernorts im Malm-Aquifer und deuten damit auf eine formationsübergreifende Zirkulation oder zumindest einen gemeinsame Herkunft dieser Wässer. Im Keuper- und Muschelkalk-Aquifer sind Formations-übergreifende Zirkulationssysteme unter heutigen Bedingungen aufgrund der vorliegenden Daten auf den Falten- und Tafeljura beschränkt und an tektonische Strukturen gebunden. Im Bereich der Störungssysteme unterhalb der Mandach-Überschiebung ist eine Kommunikation mit Fliesssystemen im Grundgebirge bei Böttstein (BOE) und Beznau (BEZ) angezeigt und bei Leuggern (LEU) zu vermuten (Fig ). Auch weiter westlich weisen Grundwässer, welche entlang von tektonischen Störungen auftreten, Einflüsse von Fliesssystemen im Grundgebirge auf (z.b. PRA, MAW, FRE; Fig ). Entlang der Jura-Hauptüberschiebung dringen solche von Grundwässern aus dem Grundgebirge beeinflusste Muschelkalk-Grundwässer bei Baden/Ennetbaden und Schinznach Bad in Form von Thermalwässern natürlich bis an die Oberfläche auf. Innerhalb der Standortgebiete der Nordschweiz gibt es keine Hinweise auf Zirkulationssysteme durch die tonreiche Lias-Dogger-Barriere (Fig ).

58 NAGRA NTB Dossier V Chemischer Wassertyp Profil 1 OSM OMM USM Malm-Aquifer Effinger Schichten Hauptrogenstein-A. Wedelsst.-Fm. Keuper-Aquifer Muschelkalk-A PF1k PF1t PFS1 PFS5 PF1m Profil Profil 3 AAR-EWSB2 AHTa SHA TB2 Suhre Hallwilersee Reuss Glatt Thur Bodensee UET BOS1 LO4 OFT-EWSB AQU TB1 KON-TWB TIB KUT- EWSB2 AAR-EWSB1 KOL-EWSB1 GOS-SB2 EGL1-3 FRHA-TB1&2 Entnahmetiefe (m u. GOK) Relative Distanz (km) SB2 PRA SBA-S3 FRE ITI Suhre Reuss Limmat Glatt Töss Thur Bodensee HA1 RIN MAE 0 MAW Baden / Ennetbaden Sisslen Rhein Wutach Bibern ZEI WEI KAF EGLII BEZ BEN LEU BOE ZU3 SLA TB1 TRA BER SIB ALT LOH KON-MAIN UEBL-TB1 OW1 SIN-TWB UEBL-NUS2 UHLD-BIRB KON-BLQ AACH-DOUM IL2 IL1 MÜ1 FH7 IL5 FH LD1 WA3 WA PD3 PD& OS PD Chemischer Wassertyp Ca-HCO3 Ca-Mg-HCO3 Na-HCO3 Na-[ HCO3(SO4/Cl ] Ca-[Mg]-[HCO3/SO4] Ca-SO4 Na-SO4 Na-Cl Fig : Räumliche Verteilung der chemischen Typologie von Tiefengrundwässern in der Nordschweiz entlang drei ca. SW-NE verlaufenden Profilen. Man beachte insbesondere die Verteilung der Na-Cl-Typ Grundwässer (rot), bei welchen die Hauptkomponente auf eine marine Herkunft u/o Salzlösung hinweist, und der Ca-SO 4 - Typ und Na-SO 4 -Typ Grundwässer (Grüntöne), welche durch Wechselwirkung mit den evaporitischen Abfolgen der Trias generiert wurden. Siehe Tab. 4-2 für die zu den Stellencodes gehörigen Lokalitäten. Lage der Profile: siehe Waber et al. (2014a).

59 Dossier V 47 NAGRA NTB O der Grundwässer Profil 1 OSM OMM USM Malm Effingen Schichten Hauptrogenstein-A. Wedelsst.-Fm. Keuper-Aquifer Muschelkalk-A PF1k PF1t PFS1 PFS5 PF1m Profil Profil 3 AAR-EWSB2 AHTa SHA TB2 Suhre Hallwilersee Reuss Glatt Thur Bodensee UET BOS1 LO4 OFT-EWSB AQU TB1 KON-TWB TIB KUT- EWSB2 AAR-EWSB1 KOL-EWSB1 GOS-SB2 EGL1-3 FRHA-TB1&2 Entnahmetiefe (m u. GOK) Relative Distanz (km) SB2 PRA SBA-S3 FRE ITI HA1 RIN MAE 0 MAW Baden / Ennetbaden Sisslen Rhein Wutach Bibern ZEI WEI KAF Suhre Reuss Limmat Glatt Töss Thur Bodensee EGLII BEZ BEN LEU BOE ZU3 SLA TB1 TRA BER SIB ALT LOH KON-MAIN UEBL-TB1 OW1 SIN-TWB UEBL-NUS2 UHLD-BIRB KON-BLQ AACH-DOUM IL2 IL1 MÜ1 FH7 IL5 FH LD1 WA3 WA PD3 PD& OS PD O ( VSMOW) < > 8.5 keine Daten Fig : Räumliche Verteilung der Sauerstoff-Isotopie ( 18 O) von Tiefengrundwässern in der Nordschweiz entlang drei ca. SW-NE verlaufenden Profilen. Bei Grundwässern mit 18 O < 11.0 dominiert eine kaltzeiltiche infiltrierte Komponente (Verweilzeit > 11'500 Jahre), 18 O = 11.0 bis 8.5 dominiert eine unter ähnlichen Klimabedingungen wie heute infiltrierte Komponente (Verweilzeit < 11'500 Jahre oder während eines Interglazial) und 18 O > 8.5 weist auf eine wärmer infiltrierte u/o marine Komponente und/oder langzeitige Wechselwirkung mit den Gestein hin (Verweilzeit vor-pleistozän). Siehe Tab. 4-2 für die zu den Stellencodes gehörigen Lokalitäten.

60 Aare NAGRA NTB Dossier V Sitter Linthkan 640' ' ' '000 Brigach Breg Donau Wutach Biber Schwarza Thur Limmat Sisslen Glatt Töss Reuss Flachsee Aabach Suhre Aare Lorze Reuss 640' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '000 Randen-Störung Neuhausen-Störung Baden-Irchel-Herdern-Lineament Mandach-Übersch. PRA Formation-übergreifende Zirkulation: belegt vermutet Tertiär Malm Malm Hauptrogenstein Muschelkalk Buntsandstein/Perm/Kristallin natürliche Aufstösse von tiefen Grundwässern Erschlossene(r) Aquifer(e) in Bohrungen ohne mögliche Aussage auf Formations-übergreifende Zirkulation: Tertiär (T) Malm (M) Hauptrogenstein (HRS) Keuper (K) Muschelkalk (MK) Erschlossene Aquifere in Bohrungen mit Stockwerkbau (d.h. ohne Formations-übergreifende Zirkulation): T u/o M u/o HRS und K u/o MK FRE MAF ITI ZEI HBTxx AHTxx KUT-EWSB2 GOS-SB2 BÖZxx AAR-EWSB1/2 KOL-EWSB1 SHA LEU BOE RIN WIE BEZ Schinznach Bad ZU3 TRA Baden/Ennetbaden WEI UET SIB BAAR-FÜBR LOT-TWB AQU EGL TIB BEN MUHA-DOUM ALT LOH LIN1 SLA TUTT BEUR-KB1 SIN-TWB OFT-EWSB PF1 PFS5 PFS Km BOS1 PDxx FHxx ILxx STEI-DOUM UEBL-TB1 UEBL-NUS2 UHLD-BIRB BER KON-MAIN KRE-GB KON-TWB MEBU-TB1 FRHA-TB1 FRHA-TB1 Standortgebiete : HAA SMA Geologie : Störungen Oberer Malm (Aufschluss) Oberer Malm in Kontakt mit Quartäraquifer Hauptrogenstein (Aufschluss) Oberer Mittelkeuper (Aufschluss) * Keuper in Kontakt mit Quartäraquifer *Nördlich N CH ist der gesamtekeuper dargestellt Oberer Muschelkalk (Aufschluss) Oberer Muschelkalk in Kontakt mit Quartäraquifer Fig : Verbreitung von Lokalitäten mit hydrochemisch belegtem Auftreten von formationsübergreifender Grundwasserzirkulation. Die Darstellung beruht auf Beobachtungen in den Aquiferen des Tertiärs, im Malm-, Hauptrogenstein-, Keuper- und Muschelkalk-Aquifer. Datengrundlage: Waber et al. (2014a).

61 Dossier V 49 NAGRA NTB Standortspezifische Hydrogeologie Nordschweiz 5.1 Südranden Generelle hydrogeologische Situation Der Südranden wird begrenzt durch den Klettgau im Norden und das Wangental im Südwesten. Insbesondere im Klettgau existiert ein regional bedeutender Lockergesteinsaquifer (z.b. Büchi & Müller AG 1985, Kühnle-Baiker et al. 1992). Im Osten liegt die Neuhausen-Störung und das südöstlichste Standortgebiet reicht bis zum Rhein. Gegen Süden entwässern einzelne Bäche in den Raum Jestetten resp. weiter gegen das Rheintal. Im Gebiet von Jestetten gegen Neuhausen findet sich eine glaziale Abflussrinne (Hofmann 1981), die sich bis in den Malm-Aquifer einschneidet (Interreg II 2001). Die Lockergesteine weisen im Raum nordöstlich von Jestetten mässige Ergiebigkeiten auf ( 4 ). Südwestlich von Jestetten wird aus einem gering mächtigen Lockergesteinsaquifer Grundwasser gefördert (TB Mooswiesen; LGRB 1993), die Basis des Aquifers bildet hier die USM. Generell weist das Gebiet eine vielfältige quartäre Landschaftsentwicklung auf (siehe beispielsweise Graf & Hofmann 2000 und Keller & Krayss 2010). Im geologischen Standortgebiet verläuft die sogenannte Neuhauserwald-Rinne, welche vom Gebiet westlich von Neuhausen gegen Nordwesten ins Klettgau führt. In diesem Gebiet existieren 2 Bohrungen (Dr. Heinrich Jäckli AG 2012); die Bohrung im Gebiet Brentenhau ergab rund 128 m mächtige Lockergesteine (Moränenablagerungen, kiesige Schotter und glazigene Seesedimente). Grundwasserzuflüsse wurden in dieser Aufzeitbohrung keine beobachtet, in den Schottern ist es zu Spülungsverlusten gekommen (siehe Greber 2014). Beobachtungen zur Hydrogeologie der Festgesteine stammen insbesondere von der Bohrung Benken, wenige Kilometer südlich des Standortgebiets (siehe Kap ). Nördlich und westlich des Standortgebiets liegen die Bohrungen Siblingen und Trasadingen, welche Gesteine im Liegenden des Opalinustons durchfahren (Nagra 1992b, Bühl & Bollinger 1999). Östlich des Standortgebiets wurden Bohrungen in Zusammenhang mit dem geplanten Galgenbucktunnel niedergebracht (MBN 2007, Jäckli AG 2009). Etwas weiter entfernt liegen die Thermalwasserbohrung Lottstetten-Nack (Schmassmann 1990, LGRB 2002) und die Geothermiebohrungen Schlattingen (Albert et al. 2012a, Rohs & Frieg 2013). Zusätzlich liefern EWS-Bohrungen (Albert et al. 2012b; Bläsi et al. 2014a) weitere Informationen. Die Diskussion fokussiert auf die Abfolge zwischen Malm- und Muschelkalk-Aquifer, welche die maximale vertikale Ausdehnung der Rahmengesteine definieren. Fig zeigt ein schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Südranden. 4 Status 5. Dezember 2014.

62 NAGRA NTB Dossier V Quartär Molasse Bohnerz-Fm. Bankkalke / Massenkalk Felsenkalke / Massenkalk Schwarzbach-Fm. MUSCHELKALK KEUPER LIAS DOGGER MALM TERTIÄR Stratigraphisches Sammelprofil Südranden Villigen-Fm. 'Brauner Dogger' Wildegg- Fm. Effinger Schichten Birmenstorfer Schichten Wutach- / Variansm.-Fm. Parkinsoni- Württembergica-Sch. Humphriesioolith-Fm. Wedelsandstein-Fm. Murchisonae-Oolith-Fm. Opalinuston Staffelegg- Formation Gipskeuper Lettenkohle Dolomit der Anhydritgruppe Anhydritgruppe Arietenkalk Oberer Mittelkeuper Gansinger Stubensandst.-Fm. Dolomit Oberer Muschelkalk Trigonodus-Dolomit Hauptmuschelkalk Potenzielle Exfiltrationspfade Lithologie Mittel bis grobbankige Kalke, z.t. mergelige Zwischenlagen Bis 30 m mächtige Kalkmergelabfolge Gebankte und knollige Kalke mit Kalkmergel- Zwischenlagen Kalk- & Tonmergel bis Tonsteine mit silt- & sandreichen Lagen, dünnbankig bis flaserig geschichtet, Eisenoolithe Dünn geschichtete siltige Tonsteine mit Tonmergellagen, z.t. dünne, flaserige Sandlagen Kalk- bis Tonmergel mit sandreichen Lagen, sandige Tonsteine, Kalk- und Dolomitlagen Dolomitische Tone, Tonmergel, Anhydrit und Gips, teilweise knollig, massiger Anhydrit Dolomite und gebankte bis plattige, geklüftete Kalke mit wenig Mergelzwischenlagen Tonsteine, Tonmergel, Anhydrit & Gips, lokal Steinsalz Hydrogeologie Regionaler Kluftund Karstwasser- Aquifer mit wenig mergeligen Zwischenlagen Mittlere bis geringe Durchlässigkeit, oberflächennah variable Eigenschaften Kluft- und Karstwasser-Aquifer mit geringer durchlässigen Zwischenlagen Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal Wasserführung möglich Sehr geringe Durchlässigkeit Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal potenziell wasserführende Karbonat- und Sandsteinlagen Sehr geringe Durchlässigkeit Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Sehr geringe Durchlässigkeit Kalkstein Dolomit Mergel / Kalkmergel Tonmergel Tonstein stark sandiger Tonstein stark sandiger Mergel stark sandiger Kalkstein stark kalkiger Sandstein Sandstein stark toniger Sandstein Eisenoolith, Bohnerz / Boluston sulfatreiche Lithologie Gips / Anhydrit Steinsalz regionaler Aquifer lokaler Aquifer lokale Wasserführung möglich Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Südranden. Siehe Dossier II für Details der Lithostratigraphie.

63 Dossier V 51 NAGRA NTB Der Malm-Aquifer bildet den regionalen Aquifer über dem Wirtgestein Opalinuston. Er ist im Standortgebiet mancherorts aufgeschlossen, auf dem Südranden ist er verbreitet auch durch gering durchlässige Bolustone überlagert, welche in früheren Zeiten zur Eisengewinnung abgebaut wurden (Birchmeier 1986). Greber (2014) hat die für das Verständnis des Malm-Aquifers relevanten Beobachtungen zusammengetragen, räumlich dargestellt und interpretiert. Im Rahmen von Interreg III (2008) wurde der Südranden als randliches Gebiet summarisch dargestellt ohne im Detail Bezug zur lokalen Situation zu nehmen. Ober- und unterirdische Grundwasserscheiden wurden auch von Kühnle-Baiker et al. (1992) im Hinblick auf die Wasserbilanz des Lockergesteinsaquifers im Klettgau konstruiert. Generell bildet der Malm-Aquifer einen Kluft- und einen potenziellen Karst-Aquifer. Aus regionalen Untersuchungen ist bekannt, dass die hydraulischen Durchlässigkeiten insbesondere aufgrund des Ausmasses der Verkarstung um mehrere Grössenordnungen variieren (siehe z.b. LGRB 2008; Nusch et al. 2013). Eine wichtige Grundlage für das Verständnis des Malm-Aquifers bildet also die Kenntnis der Verkarstung. Der kreidezeitlich-alttertiäre Paläokarst scheint weitgehend mit Boluston verfüllt zu sein (Bohrung Weiach: Matter et al. 1988, Fäsenstaubtunnel: Schindler 1985 oder im Cholfirsttunnel: Frank 1995 und 2010) und wahrscheinlich nicht zu einer Erhöhung der Durchlässigkeit beizutragen. Eine pleistozäne und rezente Verkarstung ist aufgrund der Morphologie zu erwarten, die Basis des Aquifers (Top Effinger Schichten) liegt in einem grossen Teil des Standortgebiets über dem Vorflutniveau des Rheinfallbeckens (ca. 359 m) resp. über dem Wasserspiegel des Lockergesteinsaquifers im Klettgau (um 388 m im Raum Beringen; Greber 2014). Die Beobachtungen zu einer hydraulisch potenziell aktiven offenen Verkarstung (rezent oder pleistozän) sind in Greber (2014) kompiliert: Beispielsweise Karstquellen in Seitentälern des Wangentals (z.b. Ernstel: Hofmann 1981) oder die Staa-Rolli-Höhle am Rossberg (SISKA 2008). Im Bereich der Neuhausen-Störung erfolgten geologisch-hydrogeologische Untersuchungen im Hinblick auf den Bau des Galgenbucktunnels (MBN 2007, Jäckli AG 2009). Diese zeigten eine Hauptverkarstung in den obersten rund 20 bis 30 m des Malms, welche meist mit Bolustonen verfüllt ist. Offene Karststrukturen, insbesondere als eine erweiterte Klüftung, aber auch in Form grösserer offener Karstkanäle, wurden hier in den Bohrungen bis in grössere Tiefen beobachtet (MBN 2007). Aufgrund der durchgeführten Pumpversuche wird von typischen Durchlässigkeiten im Bereich von 10-6 m/s ausgegangen, lokal können diese höher sein (MBN 2007). Die Grundwasserspiegelmessungen ergeben im Detail ein komplexes Bild, es scheint eine Tendenz eines Grundwassergefälles von NW nach SE zu geben (MBN 2007, S. 104). Die Basis des Malm-Aquifers wird in der Region durch die Effinger Schichten 5 gebildet (z.b. Oekogeo 1999, Interreg IIIA 2008). Auch die Schwarzbach-Formation 6 kann für die Hydrogeologie des Malm-Aquifers von Bedeutung sein, dabei werden in der erweiterten Region unterschiedliche Beobachtungen zu deren hydrogeologischer Bedeutung rapportiert. Wahrscheinlich abhängig von der lokalen Verkarstung und Klüftung können sie entweder eine gering durchlässige Trennschicht, allenfalls einen eigentlichen Quellhorizont bilden und den Aquifer in zwei Stockwerke teilen oder sie haben keine Bedeutung als Stockwerktrenner (Jäckli & Kempf 1972: S. 103, Müller 1997, Oekogeo 1999, Interreg IIIA 2008, LGRB 2008). Auf dem Südranden bildet die Schwarzbach-Formation keinen erkennbaren Quellhorizont (Greber 2014). Insgesamt ist das Ausmass der Verkarstung des Malm-Aquifers am Südranden im Detail nicht bekannt. Eine ausgeprägte Verkarstung würde in einem vergleichsweise tiefen Grundwasserspiegel und damit in einem generell nach Süden ausgerichteten Fliesssystem resultieren (Grund- 5 6 Im Untersuchungsgebiet von Interreg IIIA sind die Effinger Schichten ('Impressamergel') z.b. "entlang dem Albtrauf augenscheinlich nicht verkarstet, eine Ausnahme bilden gelegentlich die hangenden Bimammatum-Bänke" (Interreg IIIA 2008 und darin zitierte Literatur). Mittlere Malmmergel resp. Lacunosamergel.

64 NAGRA NTB Dossier V wasserscheide gegen den nördlichen Ausstrich der Aquiferbasis). Bei allgemein geringen Durchlässigkeiten würde ein höherer Wasserspiegel resultieren und die Grundwasserscheide weiter im Süden liegen. In diesem Fall ist ein gewisser Stockwerkbau im mächtigen Malm- Aquifer zu erwarten. Für den Transport von Radionukliden wäre insbesondere die Situation im unteren Stockwerk bedeutsam. Mit dem hydrogeologischen Lokalmodell wurden zwei Situationen mit um einen Faktor hundert unterschiedlichen K-Werten des hier als homogen-isotrop modellierten Malm-Aquifers betrachtet (Kap ). Im Rahmen des Galgenbucktunnel-Projekts wurden aus dem Malm-Aquifer, bei teilweise nicht idealen Probenahmebedingungen, auch Wasserproben entnommen und untersucht (MBN 2007). Es handelte sich um Grundwässer vom generellen Ca-Mg-HCO 3 -Typ, die Gehalte an Sauerstoff und Eisen deuten unterschiedliche, teilweise durch die Beprobung gestörte Redoxbedingungen an. Gemäss MBN (2007) kann anhand der chemischen Zusammensetzung gefolgert werden, ".. dass das Malmkalk-Felsgrundwasser weder besonders hohe Aufenthaltszeiten im Untergrund aufweist noch aus grösserer Tiefe stammt". Zwischen dem Tiefenaquifer des Oberen Malms und dem Opalinuston liegen allgemein gering durchlässige Gesteine: Diese umfassen die Effinger Schichten und die Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger'. Diese Gesteine wurden in der Bohrung Benken mit drei Packertests untersucht, es ergaben sich geringe hydraulische Durchlässigkeiten (Bestwerte m/s; Nagra 2002). Dabei ist zu beachten, dass diese Gesteine im Standortgebiet Südranden weniger tief liegen und teilweise noch von Dekompaktionseffekten betroffen sein können (Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine'). Die wasserführenden Systeme im 'Braunen Dogger' wurden durch Mazurek (2013a) detailliert beschrieben. Die hydrogeologischen Eigenschaften des Opalinustons werden im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' diskutiert. Die hydrogeologischen Einheiten zwischen Opalinuston und dem regionalen Muschelkalk- Aquifer sind in Traber (2013) beschrieben. Für die Wasserführung im Vordergrund stehen der Arietenkalk im Lias (Beggingen-Member der Staffelegg-Formation gemäss Reisdorf et al. 2011) und der Keuper-Aquifer. Dem wenige Meter mächtigen Arietenkalk können in Oberflächennähe kleinere Quellen entspringen (z.b. Jäckli & Kempf 1972). In der Bohrung Siblingen kam es im Arietenkalk (Teufenbereich m) im Bereich eines lokalen Störungssystems zu einem Spülungsverlust (Klemenz et al. 2000). Tracer der Bohrspülung konnten in nahe gelegenen Quellen beobachtet werden (Nagra 1992b). In der EWS-Bohrung Osterfingen (Albert et al. 2012b) deutet das Fluid Logging im Bereich des Arietenkalks in 146 m Tiefe auf einen Grundwasserzufluss. In der Bohrung Benken wurden im hier in rund 685 m Teufe angetroffenen Arietenkalk nur sehr geringe hydraulische Durchlässigkeiten beobachtet (Lias < m/s; Nagra 2002). Dies steht im Einklang mit den geringen Durchlässigkeiten in anderen Tiefbohrungen der Nordschweiz (Traber 2013) und den Tracerprofilen, welche auf den tiefer liegenden Keuper-Aquifer ausgerichtet sind (Gimmi & Waber 2004). Insgesamt scheint der ungestörte Arietenkalk unterhalb der Dekompaktionszone keinen grossräumigen Fliesspfad zu bilden, es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass er einen Pfad bis zu einer nahe liegenden Störungszone bilden könnte. Im Oberen Mittelkeuper der Bohrung Siblingen liegt die Stubensandstein-Formation als sandiger Dolomitmergel bis sandiger Dolomit vor, ähnlich wie in Benken jedoch nicht derart brekziös und porös (siehe auch Fazieskarten der Stubensandstein-Formation in Albert & Bläsi 2001; Dossier II). Mit 4.9 m ist sie geringer mächtig als in Benken (11.5 m). In Siblingen ist die Stubensandstein-Formation nicht hydraulisch getestet worden, in Benken wies sie jedoch hohe Durchlässigkeiten auf (Kap ). Die Schilfsandstein-Formation ist in Siblingen allgemein tonreich ausgebildet.

65 Dossier V 53 NAGRA NTB Zwischen dem Keuper- und dem Muschelkalk-Aquifer liegt der regionale Aquitard Gipskeuper. Der hydraulische Test in der Bohrung Benken in rund 780 m Tiefe ergab eine sehr geringe Durchlässigkeit (Kap. 5.2). In Oberflächennähe können die Durchlässigkeiten durch Lösungsprozesse erhöht sein. Der Gipskeuper steht beispielsweise unter der Klettgaurinne an und kann lokal erhöhte Sulfatgehalte im Lockergesteinsgrundwasser verursachen, zum Beispiel im Raum Oberhallau (Kanton Schaffhausen 2009). Der geklüftete und in Oberflächennähe teilweise verkarstete Obere Muschelkalk bildet den nächst gelegenen regionalen Tiefenaquifer unter dem Wirtgestein. In der Bohrung Trasadingen (Bühl & Bollinger 1999) wurde er in 96 bis 158 m Tiefe angetroffen, die mittlere Durchlässigkeit lag bei m/s (Nusch et al. 2013). In der Bohrung Siblingen lag der K-Wert gar im Bereich von 10-6 m/s (Nusch et al. 2013) Hauptexfiltrationszonen Die Identifikation der Exfiltrationszonen basiert auf den Modellierungen des Lokal- und des Regionalmodells (Luo et al. 2014a, Gmünder et al. 2014) und der Analyse der Fliesssysteme im Malm-Aquifer basierend auf Feldbeobachtungen und konzeptionellen Überlegungen (Greber 2014). Das Rheintal zwischen ca. Schaffhausen und Dachsen bildet die zentrale Exfiltrationszone insbesondere für den Malm-Aquifer, aber auch für Keuper und Muschelkalk in Szenarien mit durchlässigen Störungszonen. Diese Exfiltrationszone wäre besonders relevant für ein im östlichen Gebietsteil platziertes Tiefenlager. Im Rheintal ist der Malm-Aquifer direkt in Kontakt mit dem Fluss oder mit Lockergesteinsaquiferen (siehe z.b. Interreg II 2001 oder Haldimann & Schatzmann 2014). Gemäss den Modellen entwässert ein Teil des Malm-Aquifers des zentralen Standortgebiets auch gegen den Klettgau. Gemäss dem Modellkonzept von Greber (2014) handelt es sich um lokale Fliesssysteme am Nordrand des Standortgebiets. Im Rahmen des Lokalmodells wurde auch ein Rechenfall mit um einen Faktor 100 auf 10-4 m/s erhöhter Durchlässigkeit betrachtet (siehe auch Diskussion in Kap ). Dies führt zu einer Potenzialabsenkung insbesondere im südwestlichen Standortgebiet und einer Verschiebung der Grundwasserscheide gegen Norden. Im östlichen Teil der Klettgaurinne stehen die Schotter in Kontakt mit dem Malm-Aquifer des Südrandens (Greber 2014); es stehen jedoch keine Potenzialdaten zur Beurteilung der Fliessrichtung in diesem Gebiet zur Verfügung. Insgesamt zeigen die hydrogeologischen Analysen (Greber 2014, Luo et al. 2014a), dass für ein im östlichen Teil des Standortgebiets gelegenes Tiefenlager die Klettgaurinne gegenüber dem Rheintal eine Exfiltrationszone von untergeordneter Bedeutung ist. Der Malm-Aquifer exfiltriert auch gegen das Wangental es handelt sich dabei um lokale Fliesssysteme im westlichsten Gebietsteil (Greber 2014). Dies steht in Einklang mit der Beobachtung von Quellen z.b. im Gebiet Ernstel (Gemeinde Wilchingen; Greber 2014). Der Raum Jestetten ist in keinem Rechenfall der Modelle eine Exfiltrationszone für den Malm- Aquifer. Dies steht in Einklang mit dem von einer EWS-Bohrung rapportierten tiefen Grundwasserspiegel (s. Greber 2014). Das Gebiet Klingnauer Stausee kann ein potenzielles Exfiltrationsgebiet für den Keuper- und den Muschelkalk Aquifer (Fig ) bilden. Dabei ist zu beachten, dass der Keuper-Aquifer im Regionalmodell über diese grosse Distanz als kontinuierlich durchlässig modelliert wird.

66 NAGRA NTB Dossier V Das Rheintal im Raum Kaiserstuhl bildet eine Exfiltrationszone für den Muschelkalk-Aquifer in Szenarien mit durchlässigen Störungszonen. Fig : In- und Exfiltrationszonen des Muschelkalk-Aquifers des geologischen Standortgebiets Südranden basierend auf dem hydrogeologischen Regionalmodell (Gmünder et al. 2014). Gelb: Ausstrich Muschelkalk-Aquifer (teilweise unter Quartär). Die Kreise bezeichnen Anfangs- resp. Endpunkt von Partikelbahnen; die Fläche der Kreise ist proportional zur Anzahl Partikel. Rot: Exfiltration, blau: Infiltration. Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen. Dunkelrot: Regionale Störungszonen Gradienten über das Wirtgestein Die Gradienten über das Wirtgestein Opalinuston wurden im Rahmen von verschiedenen Szenarien mit Hilfe des hydrogeologischen Lokalmodells evaluiert (Luo et al. 2014a). Dabei liegt der Betrag typischerweise bei 0.5, in Rechenfällen mit abdichtenden Störungen resultieren Werte bis ca. 1.5.

67 Dossier V 55 NAGRA NTB Zürich Nordost Generelle hydrogeologische Situation Die oberflächennahe Situation im geologischen Standortgebiet Zürich Nordost wird charakterisiert durch das Rhein- und das Thurtal inklusive der dort vorhandenen Lockergesteinsaquifere. Auch ausserhalb dieser Flusstäler existieren nutzbare Lockergesteinsgrundwasserleiter, teilweise in Zusammenhang mit glazialen Rinnen (z.b. Kempf et al. 1986, Müller 2013). Das geologische Standortgebiet wird im Osten begrenzt durch die Neuhausen-Störung. Die Hydrostratigraphie des Standortgebiets wurde in der Bohrung Benken detailliert untersucht (Nagra 2002). Die Diskussion fokussiert auf die Abfolge zwischen den regionalen Aquiferen Malm und Muschelkalk, welche die maximale vertikale Ausdehnung der Rahmengesteine definieren (Fig ). Der Obere Malm bildet den regionalen Tiefenaquifer über den Wirtgesteinen Opalinuston und 'Brauner Dogger'. Die nächst gelegenen Aufschlüsse finden sich am Rheinfallbecken. Der Malm-Aquifer der Bohrung Benken wurde in verschiedenen Intervallen getestet und wies hydraulische Durchlässigkeiten bis 10-8 m/s auf; in der Bohrung Schlattingen-1 waren die Werte noch tiefer (Nusch et al. 2013). Gemäss den Daten des Langzeitbeobachtungssystems Benken (Jäggi & Frieg 2014) liegt das hydraulische Potenzial bei 392 m, also leicht subhydrostatisch. Zwischen dem regionalen Malm-Aquifer und Top Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' liegen die Effinger und die Birmenstorfer Schichten (inkl. 'Glaukonit-Sandmergel'). Ein Packertest in der Bohrung Benken zeigte sehr geringe Durchlässigkeiten (Intervall Wohlgeschichtete Kalke bis in den obersten Dogger: Bestwert: m/s; Nagra 2002). Die hydraulischen Eigenschaften der Wirtgesteine 'Brauner Dogger' und Opalinuston werden im Detail im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' diskutiert. Insgesamt ergaben die Packertests geringe hydraulische Durchlässigkeiten. In der Bohrung Schlattingen-1 konnte aus der Wedelsandstein-Formation eine stark kontaminierte Wasserprobe gefördert werden (Mazurek 2013a, Waber 2014b). Mit dem hydrogeologischen Lokalmodell (Luo et al. 2014a) wurde die Auswirkung eines durchlässigen Abschnitts an der Basis des 'Braunen Doggers' im Rahmen der Systemanalyse evaluiert. Von der Basis Opalinuston bis zum Keuper-Aquifer ergaben sich im Test L1 der Bohrung Benken, der auch den Arietenkalk umfasste, ähnlich niedrige Durchlässigkeiten wie im Opalinuston. Dieser Befund steht im Einklang mit Untersuchungen in anderen Tiefbohrungen der Nordschweiz, wo ebenfalls nur sehr geringe hydraulische Durchlässigkeiten beobachtet worden sind (Nagra 2002, Traber 2013). Auch die Profile der natürlichen Tracer zeigen an, dass der Keuper-Aquifer die relevante Randbedingung liefert (Nagra 2002, Gimmi & Waber 2004 oder Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine'). Im Oberen Mittelkeuper ergab ein Test in der Stubensandstein-Formation ( m Tiefe), die im betreffenden Testintervall unter anderem aus einem porösen, brekziösen Dolomit besteht (Fig ), eine im regionalen Vergleich hohe hydraulische Durchlässigkeit von m/s und ein artesisches Potenzial von 464 m (Nusch et al. 2013). Die Analysen des geförderten Grundwassers legen nahe, dass es sich um ein Fliesssystem von zumindest lokaler Dimension handelt (siehe Kap. 4). Die nächsten Aufschlüsse finden sich im Klettgau und im Wutachtal sowie im Rheintal bei Rietheim.

68 NAGRA NTB Dossier V Stratigraphisches Sammelprofil Zürich Nordost Potenzielle Exfiltrationspfade Lithologie Hydrogeologie MUSCHELKALK KEUPER LIAS DOGGER MALM TERTIÄR Molasse Bohnerz-Fm. Bankkalke / Massenkalk Felsenkalke / Massenkalk Schwarzbach-Fm. Villigen-Fm. Murchisonae-Oolith-Fm. Opalinuston Gipskeuper Lettenkohle Dolomit der Anhydritgruppe Anhydritgruppe Arietenkalk Oberer Muschelkalk Effinger Schichten Birmenstorfer Schichten Wutach- / Variansm.-Fm. ObererStubensandstein-Fm. MittelkeuperSchilfsandstein-Fm. Gansinger Dolo. Parkinsoni- Württembergica-Sch. Humphriesioolith-Fm. Wedelsandstein-Fm. 'Brauner Dogger' Wildegg-Fm. Staffelegg- Formation Trigonodus-Dolomit Hauptmuschelkalk Mittel bis grobbankige Kalke, z.t. mergelige Zwischenlagen Bis 25 m mächtige Kalkmergelabfolge Gebankte und knollige Kalke mit Kalkmergel- Zwischenlagen Kalk- & Tonmergel, silt- & sandreiche Lagen, dünnbankig bis flaserig geschichtet, Fe-Oolithe Dünn geschichtete, siltige Tonsteine mit Tonmergellagen, z.t. sandig (flaserig) Abfolge von Kalkbis Tonmergeln, teilweise sandig, Kalk- und Dolomitlagen, an der Basis sandreich Dolomitische Tone und Tonmergel mit Anhydrit und Gips, teilweise knollig, im untersten Teil massiger Anhydrit Dolomite und gebankte bis plattige, geklüftete Kalke mit wenig Mergelzwischenlagen Tonsteine, Tonmergel, Anhydrit & Gips & Steinsalz Kluft- und Karstwasser-Aquifer mit wenig mergeligen Zwischenlagen Geringe Durchlässigkeit Kluft- und Karstwasser-Aquifer mit geringer durchlässigen Zwischenlagen Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal Wasserführung möglich Sehr geringe Durchlässigkeit Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal potenziell wasserführende Karbonat- und Sandsteinlagen Sehr geringe Durchlässigkeit Regionaler Kluftwasser-Aquifer Sehr geringe Durchlässigkeit Kalkstein Dolomit Mergel / Kalkmergel Tonmergel Tonstein stark sandiger Tonstein stark sandiger Mergel stark sandiger Kalkstein stark kalkiger Sandstein Sandstein stark toniger Sandstein Eisenoolith, Bohnerz / Boluston sulfatreiche Lithologie Gips / Anhydrit Steinsalz regionaler Aquifer lokaler Aquifer lokale Wasserführung möglich Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Zürich Nordost. Siehe Dossier II für Details der Lithostratigraphie.

69 Dossier V 57 NAGRA NTB Fig : Stubensandstein-Formation in der Bohrung Benken m: Zuoberst Dolomitkomponenten in einer tonigen Matrix, darunter folgen bröckelige, poröse Dolomitbrekzien. Ab m poröse Dolomite (Nagra 2001). Zwischen Keuper- und Muschelkalk-Aquifer finden sich allgemein gering durchlässige Gesteine, insbesondere der mächtige Gipskeuper. In der Bohrung Benken ergab ein Packertest einen Wert im Bereich von m/s.

70 NAGRA NTB Dossier V Der Obere Muschelkalk bildet den regionalen Tiefenaquifer im Liegenden der Wirtgesteine 'Brauner Dogger' und Opalinuston. In der Bohrung Benken lag die hydraulische Durchlässigkeit im Bereich von 10-7 m/s, bei einem hydrostatischen Potenzial von 404 m (Nusch et al. 2013). Aufschlüsse des Muschelkalk-Aquifers finden sich im Raum Wutachtal und im Bereich des Zusammenflusses von Aare und Rhein Hauptexfiltrationszonen Die Herleitung der Exfiltrationszonen basiert auf den Resultaten des Lokal- und des Regionalmodells (Luo et al. 2014a, Gmünder et al. 2014). Diese wurden ermittelt, indem die Fliesspfade von in den Tiefenaquiferen gestarteten Partikeln bis zur Exfiltrationszone verfolgt wurden. Die wichtigste Exfiltrationszone für das Gebiet Zürich Nordost liegt im Rheintal zwischen Schaffhausen und Dachsen (Fig ). Dieser Pfad ist insbesondere relevant für den MalmAquifer, teilweise aber auch für den Keuper- und den Muschelkalk-Aquifer, insbesondere bei durchlässigen Störungszonen. Ein weiteres Hauptexfiltrationsgebiet liegt im Raum Marthalen Andelfingen. Hier zeigen die stationären Modelle einen vertikalen Aufstieg durch die gering durchlässige, im Modell als homogen-anisotrop modellierte USM an. Fig : In- und Exfiltrationszonen des Malm-Aquifers des geologischen Standortgebiets Zürich Nordost basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell (Luo et al. 2014a). Hellblau: Ausstrich Malm-Aquifer (teilweise unter Quartär). Die Kreise bezeichnen Anfangs- resp. Endpunkt von Partikelbahnen; die Fläche der Kreise ist proportional zur Anzahl Partikel. Rot: Exfiltration, blau: Infiltration. Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen. Dunkelrot: Störungen.

71 Dossier V 59 NAGRA NTB Sollte eine Freisetzung über den Muschelkalk-Aquifer erfolgen, was den Transport durch den mächtigen und allgemein gering durchlässigen Gipskeuper resp. durch eine transmissive Störung bedingt, so führt dies zu langen Fliesspfaden. Die Hauptexfiltrationszone liegt dann im Raum Klingnauer Stausee oder im Rheintal im Abschnitt Laufenburg Sisseln. Das Thurtal im Raum Uesslingen kann eine Exfiltrationszone bei transmissiven Störungen sein Gradienten über die Wirtgesteine Die Gradienten über die Wirtgesteine Opalinuston und 'Brauner Dogger' wurden im Rahmen von verschiedenen Szenarien mit Hilfe des hydrogeologischen Lokalmodells evaluiert (Luo et al. 2014a). Aus dem Lokalmodell ergeben sich für den Opalinuston typische Werte im Bereich von 0.5. Einzig aus einer Simulation mit dichten Störungen und unter Berücksichtigung der in Benken beobachteten hohen Durchlässigkeit im Keuper-Aquifer (Nusch et al. 2013) resultiert ein deutlich höherer Wert von 1.5. Für den 'Braunen Dogger' leiten Luo et al. (2014a) einen typischen Wert von 0.1 her, als maximalen Wert 0.5. Diese Werte lassen sich mit den in der Bohrung Benken gemessenen Potenzialen wie folgt vergleichen: Die Potenzialdifferenz in der Bohrung Benken zwischen Keuper- und Malm-Aquifer beträgt 72 m (siehe oben). Dies ergibt einen mittleren Gradienten über das Intervall Top Effinger Schichten bis Top Keuper-Aquifer von 0.3 (nach oben). Gemäss den Daten des Langzeitbeobachtungssystems in Benken (Jäggi & Frieg 2014) sind die Potenziale im Opalinuston tiefer als in den angrenzenden Formationen, d.h. die Gradienten sind zum Opalinuston hin gerichtet. Dies wird mit transientem Verhalten der sehr gering durchlässigen Formation erklärt (Beauheim 2013). Gemäss dem Langzeitbeobachtungssystem (Jäggi & Frieg 2014) unterscheiden sich die Jahresmittelwerte der Potenziale in den beiden Intervallen im 'Braunen Dogger' (Variansmergel-Formation Parkinsoni-Württembergica-Schichten und Wedelsandstein-Formation) und dem unteren Bereich des Malm-Aquifers (Villigen-Formation) nur wenig. Der höchste Wert wird im Intervall Variansmergel-Formation Parkinsoni-Württembergica-Schichten gemessen und ist rund 10 m höher als in der Wedelsandstein-Formation resp. rund 5 m höher als an der Basis des Malm-Aquifers.

72 NAGRA NTB Dossier V 5.3 Nördlich Lägern Generelle hydrogeologische Situation Am Nordrand des geologischen Standortgebiets Nördlich Lägern findet sich das Rheintal inklusive den begleitenden Lockergesteinsaquiferen. Dieses bildet das Vorflutniveau beispielsweise für das Glatttal im östlichen Standortgebiet und die dortigen bedeutenden Lockergesteinsaquifere (z.b. Kempf et al. 1986). Das Rheintal schneidet sich schon östlich von Kaiserstuhl bis in den Malm ein (siehe z.b. Interreg II 2001), erreicht gegen Westen dann zunehmend ältere Einheiten. Im Standortgebiet ist als Festgestein insbesondere die Molasse aufgeschlossen (Anhang von Dossier II). In Eglisau wurde früher während vielen Jahren aus der USM Mineralwasser vom generellen Na-Cl-Typ gefördert (Kempf et al. 1986, Schmassmann 1990). Im Süden des geologischen Standortgebiets finden sich das Wehntal und die Lägern. Hydrogeologische Untersuchungen in den Tiefenaquiferen erfolgten insbesondere in der Bohrung Weiach. Der generelle Schichtaufbau ist in Fig illustriert. Der Obere Malm bildet den regionalen Tiefenaquifer über den Wirtgesteinen Opalinuston und der Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' (Fig ). In der Bohrung Weiach wurde der mit Bolustonen verfüllte Paläokarst bis 90 m in den Malm-Aquifer hinein beobachtet (Matter et al. 1988; Fig ). Tests in zwei Intervallen ergaben Durchlässigkeiten in der Grössenordnung von 10-7 m/s und ein sub-hydrostatisches Potenzial von 337 m (Nusch et al. 2013). Die nächsten Aufschlüsse des Malm-Aquifers finden sich im Rheintal im Raum Kaiserstuhl und an der Lägern. Zudem steht der Malm unter dem Lockergestein des westlichen Rafzerfelds an (Interreg II 2001). Unter dem regionalen Tiefenaquifer Oberer Malm folgen die Effinger Schichten und die in Weiach als Sandmergel ausgebildeten Birmenstorfer Schichten. In der Bohrung Weiach wurden die gemäss den Logs (Albert & Schwab 2012) vergleichsweise tonreich ausgebildeten Effinger Schichten nicht detailliert getestet. Ein 'Drill-Stem-Test' von den untersten Effinger Schichten bis in die Variansmergel-Formation lieferte kein quantifizierbares Ergebnis, wies aber auf sehr geringe Durchlässigkeiten hin (Nagra 1989). Zu beachten ist, dass die Mächtigkeit der Effinger Schichten nach Westen im Standortgebiet zunimmt und die Gerstenhübel-Schichten möglicherweise auch im Standortgebiet Nördlich Lägern auftreten (Deplazes et al. 2013). Auch die Birmenstorfer Schichten werden gegen Westen mächtiger und karbonatreicher (Dossier II).

73 Dossier V 61 NAGRA NTB Stratigraphisches Sammelprofil Nördlich Lägern Potenzielle Exfiltrationspfade Lithologie Hydrogeologie MUSCHELKALK KEUPER LIAS DOGGER MALM TERTIÄR Molasse Bohnerz-Fm. Bankkalke / Massenkalk Felsenkalke / Massenkalk Schwarzbach-Fm. Villigen-Fm. Wildegg-Fm. Ifenth.-Fm. Spatkalk Kling- nau- Fm. Pass- wang- Fm. Effinger Schichten Birmenstorfer Schichten Opalinuston Gipskeuper Wutach-Fm. Variansm.-Fm. Park.-Württ.- Schichten Hum.-ool.Fm. Wedels.-Fm. Murch.-O.-Fm. Staffelegg- Formation Arietenkalk Oberer Mittelkeuper Gansinger Dolomit Oberer Muschelkalk 'Brauner Dogger' Lettenkohle Dolomit der Anhydritgruppe Anhydritgruppe Trigonodus-Dolomit Hauptmuschelkalk? Mittel bis grobbankiger Kalk, z.t. mergelige Zwischenlagen Bis 30 m mächtige Kalkmergelabfolge Gebankte und knollige Kalke mit Kalkmergel- Zwischenlagen Kalkmergel mit Einschaltungen von mergeligen Kalkbankabfolgen Kalk- & Tonmergel bis Tonsteine mit sandreichen Lagen, dünnbankig bis flaserig geschichtet, Eisenoolithund Kalkbänke Dünn geschichtete, siltige Tonsteine mit Tonmergellagen, z.t. sandig (flaserig) Kalk- bis Tonmergel mit sandreichen Lagen, sandige Tonsteine, Kalk- und Dolomitlagen Dolomitische Tone und Tonmergel mit Anhydrit und Gips, teilweise knollig, unten massiger Anhydrit Dolomite und gebankte bis plattige, geklüftete Kalke mit wenig Mergelzwischenlagen Tonsteine, Tonmergel, Anhydrit und Gips, z.t. Steinsalz Kluft- und Karstwasser-Aquifer mit wenig mergeligen Zwischenlagen Geringe Durchlässigkeit Kluft- und Karstwasser- Aquifer mit geringer durchlässigen Zwischenlagen Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal wasserführende, klüftige Kalklagen möglich Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal Wasserführung möglich Sehr geringe Durchlässigkeit Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal potenziell wasserführende Karbonat- und Sandsteinlagen Sehr geringe Durchlässigkeit Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Sehr geringe Durchlässigkeit Kalkstein Dolomit Mergel / Kalkmergel Tonmergel Tonstein stark sandiger Tonstein stark sandiger Mergel stark sandiger Kalkstein stark kaliger Sandstein Sandstein toniger Sandstein Eisenoolith, Bohnerz / Boluston sulfatreiche Lithologie Gips / Anhydrit Steinsalz regionaler Aquifer lokaler Aquifer lokale Wasserführung möglich Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Nördlich Lägern. Siehe Dossier II für Details der Lithostratigraphie.

74 NAGRA NTB Fig : 62 Dossier V Bohrung Weiach, Massenkalk (Malm) und mit Ton verfüllter Paläokarst. Die Wirtgesteine 'Brauner Dogger' und Opalinuston werden in den Dossiers VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' und II 'Sedimentologische und tektonische Verhältnisse' detaillierter beschrieben. Aus hydrogeologischer Sicht zu beachten ist, dass zwischen

75 63 Dossier V NAGRA NTB Acheberg und Weiach sowohl der Spatkalk7 der Hauptrogenstein-Formation wie auch die Passwang-Formation auskeilen, d.h. der Faziesübergang zur Tongesteinsabfolge 'Brauner Dogger' ist fliessend (Bläsi et al. 2013). Zudem liefert die seismische Faziesanalyse für das östlichste Standortgebiet Hinweise auf eine 'Schwellenzone' (Meier & Deplazes 2014). Das heisst, dass die in der Bohrung Weiach festgestellten Durchlässigkeiten für die entsprechenden Intervalle nicht repräsentativ für das ganze Standortgebiet sein müssen. Hydrogeologisch relevant könnte beispielsweise das Sissach-Member der Passwang-Formation sein (Fig ). Im hydrogeologischen Lokalmodell wurden die Auswirkungen einer hypothetischen durchlässigen harten Bank direkt an der Basis des 'Braunen Doggers' evaluiert (Luo et al. 2014b). Fig : Sissach-Member der Passwang-Formation an einem Aufschluss bei Tegerfelden. Im Liegenden folgt der Opalinuston. Aufschlussgeologie: Siehe Heuberger et al. (2013), Aufschluss Su-05; Foto: M. Mazurek (Uni Bern). Der Arietenkalk (Lias resp. Staffelegg-Formation) erwies sich in der Bohrung Weiach als gering durchlässig (Bestwert m/s; Klemenz et al. 2000), wie dies auch in anderen Tiefbohrungen der Nordschweiz der Fall war (Nagra 2002). Mit dem hydrogeologischen Lokalmodell wurde auch ein hypothetisch durchlässiger Arietenkalk betrachtet (Luo et al. 2014a). Der Obere Mittelkeuper erwies sich in Weiach, im Quervergleich mit Benken, als gering durchlässig: Ein Packertest, welcher in einem 24 m langen Intervall Schilf- und Stubensandstein sowie den Gansinger Dolomit umfasste, ergab eine mittlere hydraulische Durchlässigkeit von rund m/s (Nusch et al. 2013). Aufgrund der vergleichsweise kleinräumigen lithologischen 7 Der Spatkalk ist in der Bohrung Riniken 18 m mächtig (Bläsi et al. 2013) und gering durchlässig ( m/s; Klemenz et al. 2000).

76 NAGRA NTB Dossier V Variation kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass der Obere Mittelkeuper auch im Standortgebiet Nördlich Lägern lokal einen Aquifer bildet. Das hydraulische Potenzial ist nur wenig genau bekannt: Der beste Schätzwert liegt bei 390 m mit einem Bereich von 330 bis 480 m (Nusch et al. 2013). Aufschlüsse des Oberen Mittelkeupers finden sich im Raum Wutachtal und im Rheintal bei Rietheim. Der regionale Aquitard Gipskeuper ist in der Bohrung Weiach rund 70 m mächtig. Der Obere Muschelkalk bildet den regionalen Tiefenaquifer im Liegenden der Wirtgesteine. In der Bohrung Weiach wies er Durchlässigkeiten im Bereich von 10-6 bis 10-7 m/s auf, das Potenzial war etwa hydrostatisch. Der Muschelkalk-Aquifer ist im Raum Wutachtal und bei Koblenz im Bereich des Zusammenflusses von Aare und Rhein aufgeschlossen resp. steht unter den Lockergesteinen an Hauptexfiltrationszonen Die Identifikation der Exfiltrationszonen der Tiefenaquifere basiert auf den Modellierungen des Lokal- und des Regionalmodells (Luo et al. 2014b, Gmünder et al. 2014). Das wichtigste Exfiltrationsgebiet liegt im Rheintal im Raum Kaiserstuhl. Dies gilt insbesondere für den Malm-Aquifer, aber auch für den Keuper- und den Muschelkalk-Aquifer in Szenarien mit durchlässigen Störungszonen. Für Muschelkalk- und Keuper-Aquifer wichtige Exfiltrationszonen finden sich im Raum Klingnauer Stausee und im Rheintal zwischen Laufenburg und Sisseln Gradienten über die Wirtgesteine Die Gradienten über die Wirtgesteine Opalinuston und 'Brauner Dogger' wurden im Rahmen von verschiedenen Szenarien mit Hilfe des hydrogeologischen Lokalmodells evaluiert (Luo et al. 2014b). Für den Opalinuston liegt der Betrag typischerweise bei 0.1, allgemein jedoch kleiner als 1. Für den 'Braunen Dogger' liegen die typischen Gradienten (Betrag) bei 0.1 und sind allgemein kleiner als 0.5. Diese Modellwerte können mit den aus den Messwerten der Bohrung Weiach berechneten mittleren Gradienten verglichen werden (Potenziale Malm- und Keuper-Aquifer). Basierend auf dem besten Schätzwert der Potenziale ergibt sich ein Betrag des Gradienten von 0.2. Aufgrund der bedeutenden Ungewissheit beim Potenzial des Keuper-Aquifers ergibt sich ein grosser Bereich; der Betrag des Gradienten liegt dabei zwischen Werten nahe 0 und 0.5.

77 Dossier V 65 NAGRA NTB Jura Ost Generelle hydrogeologische Situation Die generelle Vorflutsituation ist charakterisiert durch das Rheintal im Norden, das Aaretal im Osten und Südosten sowie das Sissletal im Westen. Nördlich des geologischen Standortgebiets finden sich kleinere, gegen das Rheintal entwässernde Täler (z.b. Täler von Sulz und Gansingen) und mit Schinberg, Chaisacher und Villiger Geissberg auch bedeutende Erhebungen. Im Süden ist das Gebiet begrenzt durch die Aufschiebung des Falten- auf den Tafeljura. Lokale Kenntnisse der hydrogeologischen Verhältnisse in den Festgesteinsaquiferen stammen insbesondere von der am östlichen Rand des Standortgebiets gelegenen Bohrung Riniken (Nagra 1990). Zusätzliche Beobachtungen stammen vom Bau der Bahn- und Autobahntunnel (Hartmann et al. 2013), einigen EWS-Bohrungen (Bläsi et al. 2014a) und den nordöstlich gelegenen Bohrungen Beznau, Böttstein und Leuggern (Nagra 1984, Nagra 1985b, Peters et al. 1989). Im Süden findet sich das Thermalbad von Bad Schinznach, welches thermales Wasser aus dem Muschelkalk-Aquifer verwendet (z.b. Biehler et al. 1993, Magma 2004, Burger 2011). Beim Bau der Bözberg-Autobahntunnel waren nicht nur im verschuppten Faltenjura-Abschnitt im Süden, wo auch die Trias durchfahren wird, sondern auch im Tafeljura mineralisierte Bergwässer angetroffen worden, die zu einem bedeutenden Aufwand zum Schutz der zementgebundenen Werkstoffe führten (Wegmüller 2001). Die Beobachtungen wurden in Hartmann et al. (2013) kompiliert und ausgewertet, der Fokus der Arbeit lag dabei auf dem Tafeljura-Abschnitt. Hier verläuft der Tunnel insbesondere im Malm-Aquifer und den Effinger Schichten. Insgesamt liegt kein belastbarer Datensatz für eine abschliessende Diskussion der Herkunft der mineralisierten Bergwässer vor. Die Autoren formulieren und diskutieren unterschiedliche Hypothesen dazu. Am wahrscheinlichsten scheint, dass es sich um 'altes', von der Oberfläche her zufliessendes Grundwasser handelt, dessen Mineralisation aus der Wechselwirkung mit dem Gestein und allenfalls einer Beimischung von reliktischem Porenwasser stammt. Die folgenden Ausführungen fokussieren auf die Abfolge vom Hauptrogenstein- bis zum Muschelkalk-Aquifer. Diese beiden regionalen Aquifere definieren die maximale vertikale Ausdehnung der Rahmengesteine. Der Malm-Aquifer wird hier nicht als Exfiltrationspfad betrachtet: Über der Hauptrogenstein-Formation liegen die Ifenthal- und die mächtige, gering durchlässige Wildegg-Formation (Fig ). Der Hauptrogenstein-Aquifer bildet im Jura verbreitet einen Kluft- und Karstaquifer der teilweise für die Wasserversorgung genutzt wird (z.b. Jäckli & Kempf 1972). In der Bohrung Riniken ergab ein Test über den Spatkalk der Hauptrogenstein-Formation einen K-Wert von m/s (Nusch et al. 2013). Nach Schmassmann (in Jäckli & Kempf 1972) ist die Durchlässigkeit des Hauptrogensteins im Gebiet östlich der Sissle mittelgross bis gering. Dies dürfte auf den grösseren Anteil von mergeligen Einschaltungen im Osten zurückzuführen sein und ist ersichtlich aus dem Vergleich des Profils Riniken mit dem Profil Frickberg in Bläsi et al. (2013).

78 NAGRA NTB Dossier V Stratigraphisches Sammelprofil Jura Ost Potenzielle Exfiltrationspfade Lithologie Hydrogeologie MALM TERTIÄR Molasse Bohnerz-Fm. Villigen-Fm. Wildegg-Formation Obere Effinger Schichten Gerstenhübel- Schichten Untere Effinger Schichten Postmesozoische Erosion Gebankter und knolliger Kalk mit Kalkmergel- Zwischenlagen Abfolge von Mergeln und Kalkmergeln mit Einschaltungen von mergeligen- Kalkbankabfolgen Regionaler Kluftund Karstwasser- Aquifer mit geringer durchlässigen Zwischenlagen Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal wasserführende, klüftige Kalklagen möglich 200 DOGGER Ifenthal-Formation Spatkalk Hauptrogenst.- Formation Unt. Acum.-Sch. Rothenfluh-Mb.''Rot.-Mb.'' Passwang- Formation Birmenstorfer Schichten Sissach- bis Brüggli-Mb. Kling- nau- Fm. Oolithische Kalke, mit Kalkmergel- Zwischenlagen; im Osten mergelreich Kalk- & Tonmergel, sandreiche Lagen, dünnbankig bis flaserig geschichtet, im unteren Teil Eisenoolith-Lagen Hauptrogenstein: Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal Wasserführung in kalkigen Lagen möglich 100 Opalinuston Dünn geschichtete, siltige Tonsteine mit Tonmergellagen, z.t. sandig (flaserig) Sehr geringe Durchlässigkeit 0 LIAS KEUPER Staffelegg- Formation Oberer Mittelkeuper Gipskeuper Arietenkalk Gansinger Dolomit Schilfsandst.-Fm. Abfolge von Kalkbis Tonmergeln, teilweise sandig, Kalk- und Dolomitlagen, an der Basis sandreich Dolomitische Tone und Tonmergel mit Anhydrit und Gips, teilweise knollig, im untersten Teil massiger Anhydrit Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal potenziell wasserführende Karbonat- und Sandsteinlagen Sehr geringe Durchlässigkeit Lettenkohle MUSCHEL- KALK Oberer Muschelkalk Trigonodus-Dolomit Hauptmuschelkalk Oben Dolomite, dann gebankte bis plattige Kalke mit wenig Mergel- Zwischenlagen Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Kalkstein Dolomit Mergel / Kalkmergel Tonmergel Tonstein stark sandiger Tonstein stark sandiger Mergel stark sandiger Kalk stark kalkiger Sandstein Sandstein stark toniger Sandstein Eisenoolith, Bohnerz / Boluston sulfatreiche Lithologie Gips / Anhydrit Steinsalz regionaler Aquifer lokaler Aquifer lokale Wasserführung möglich Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Jura Ost. Siehe Dossier II für Details der Lithostratigraphie.

79 Dossier V 67 NAGRA NTB Die Passwang-Formation ist charakterisiert durch eine Abfolge von Tonsteinen, Mergeln, sandigen und biodetritischen Kalken sowie Eisenoolithen (siehe Dossier II). Die lithologische Variation lässt auch unterschiedliche hydraulische Eigenschaften vermuten. In der EWS-Bohrung Herznach (Bläsi et al. 2014a) wurde beispielsweise ein Wasserzutritt bemerkt, der sich nicht genau lokalisieren lässt (Passwang-Formation m Tiefe). Insbesondere das sandigkalkige, teilweise über 10 m mächtige Sissach-Member an der Basis der Passwang-Formation (Fig ) kann lokal eine hydrogeologisch potenziell relevante harte Bank darstellen (Dossier VI) und wurde als hydrogeologische Einheit im Lokalmodell berücksichtigt (Luo et al. 2014c). In der Bohrung Riniken erwies sich der getestete Abschnitt in der Passwang-Formation als nur gering durchlässig (Bestwert m/s; Klemenz et al. 2000). Unter dem Opalinuston folgt der Lias (Staffelegg-Formation): In oberflächennaher Lage kann der Arietenkalk einen gering mächtigen Kluftaquifer bilden (Schmassmann in Jäckli & Kempf 1972, Traber 2013). In der Bohrung Riniken zeigte sich der Lias im Einklang mit Befunden der Bohrungen Benken, Weiach und Schafisheim jedoch als sehr gering durchlässig (Bestwert m/s; Klemenz et al. 2000). Mit dem hydrogeologischen Lokalmodell wurde ein hypothetisch durchlässiger Arietenkalk betrachtet. Das Standortgebiet Jura Ost liegt nahe des Faziesübergangs innerhalb des Lias von sandig-kalkiger Fazies, welche in der Region um das Standortgebiet Jura-Südfuss dokumentiert wurde, zu toniger Fazies nordöstlich davon (s. Dossier II). Im Oberen Mittelkeuper können unterschiedliche Schichtglieder durchlässig sein, beispielsweise der Gansinger Dolomit und die Schilfsandstein-Formation (siehe Traber 2013). In der Bohrung Riniken ergab ein Einfachpackertest in einem Intervall mit Gansinger Dolomit und Schilfsandstein-Formation einen K-Wert von rund m/s (Nusch et al. 2013) und es konnte eine Grundwasserprobe gefördert werden (Kap. 4.5). Auch in der Bohrung Beznau konnte aus dem Gansinger Dolomit eine Wasserprobe gefördert werden (s. Kap. 4.5). Der Gipskeuper bildet in relevanter Tiefenlage einen mächtigen Aquitard über dem regionalen Muschelkalk-Aquifer. Der Muschelkalk-Aquifer wies in der Bohrung Riniken eine Durchlässigkeit von m/s auf, ein fast identischer Wert ergab sich in der Bohrung Böttstein (Nusch et al. 2013). In diversen Bohrungen konnten Wasserproben entnommen werden (Kap. 4.6) Hauptexfiltrationszonen Die Identifikation der Exfiltrationszonen basiert auf den Modellierungen des Lokal- und des Regionalmodells (Luo et al. 2014c, Gmünder et al. 2014). Im Sissletal bei Hornussen und im Tal von Herznach liegen die Exfiltrationszonen für den Hauptrogenstein-Aquifer. Das Aaretal bei Villnachern bildet eine wichtige Exfiltrationszone für einige Aquifere in Szenarien mit durchlässigen Störungszonen, ebenso das Aaretal bei Beznau. Das Rheintal im Raum Laufenburg Sisseln bildet die Exfiltrationszone für den Muschelkalk- Aquifer und teilweise für Fliesspfade, die im Keuper-Aquifer begonnen haben. Beim Keuper-Aquifer finden sich die niedrigsten Potenziale im Sissletal im Raum Frick sowie im unteren Aaretal und bilden damit potenzielle Exfiltrationszonen (Fig ). Nördlich des Standortgebiets finden sich Aufschlüsse des Keupers im Bereich der Mandach-Überschiebung sowie weiter nördlich davon. Gemäss den Potenzialkarten (Luo et al. 2014c) handelt es sich um

80 NAGRA NTB Dossier V Infiltrationsgebiete in den Hügellagen und um lokale Exfiltrationsgebiete im Bereich der Taleinschnitte. Generell ist zu beachten, dass die Geometrie der Störungszonen bei diesem gering mächtigen Aquifer von besonderer Bedeutung ist. Zusammen mit der Fragestellung der räumlichen Kontinuität der durchlässigen Lithologien resultiert eine bedeutende Ungewissheit im Fliessfeld und damit in der Identifikation der Exfiltrationszonen. Zudem muss bei den Modellen die generelle Problematik des Particle trackings in gering mächtigen Einheiten berücksichtigt werden (Gmünder et al. 2014). Die Modelle deuten an, dass die dem Standortgebiet nördlich angrenzenden Täler (Ittenthal, Sulz, Gansingen) eine Bedeutung als Exfiltrationszonen für einen Teil des Standortgebiets haben können. Dies müsste gegebenenfalls für Etappe 3 vertieft untersucht werden. Es sind uns keine Hinweise auf in diesem Gebiet exfiltrierende Tiefengrundwässer aus dem Keuper-Aquifer bekannt. Fig : In- und Exfiltrationszonen des Hauptrogenstein-Aquifers basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell Jura Ost (Luo et al. 2014c). Braun: Aufschlüsse Hauptrogenstein-Formation (teilweise unter Quartär). Die Kreise bezeichnen Anfangs- resp. Endpunkt von Partikelbahnen; die Fläche der Kreise ist proportional zur Anzahl Partikel. Rot: Exfiltration, blau: Infiltration. Dunkelrot: Störungen. Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen.

81 69 Dossier V NAGRA NTB Gradienten über das Wirtgestein Die Gradienten über das Wirtgestein Opalinuston wurden im Rahmen von verschiedenen Szenarien mit Hilfe des hydrogeologischen Lokalmodells Jura Ost evaluiert (Luo et al. 2014c; z.b. Fig ): Der Betrag des Gradienten liegt typischerweise bei 0.5, der obere Eckwert bei 1.5. Fig : Hydraulische Gradienten über den Opalinuston im Standortgebiet Jura Ost basierend auf dem hydrogeologischen Lokalmodell (Luo et al. 2014c). Negative Werte bedeuten aufwärts gerichtete Gradienten, positive Werte nach unten gerichtete Gradienten. Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen. 5.5 Jura-Südfuss Generelle hydrogeologische Situation Die Oberflächensituation im geologischen Standortgebiet Jura-Südfuss ist charakterisiert durch eine vergleichsweise ausgeprägte Topographie: Der Faltenjura im Norden mit den Aufschlüssen insbesondere der jurassischen Gesteine, die Born-Engelberg-Antiklinale im Südwesten und das Aaretal mit dem bedeutenden Lockergesteinsaquifer des Niederamts. Im östlichen Gebiet finden sich die gegen die Aare entwässernden Täler von Suhre und Wyna.

82 NAGRA NTB Dossier V Die lokalen Grundlagendaten und Beobachtungen zur Hydrogeologie der Festgesteine stammen insbesondere aus den Bohrungen Gösgen (Albert et al. 2009, Enachescu et al. 2010, Bläsi et al. 2014b), der EWS-Bohrung Oftringen (Albert & Bläsi 2008, Fisch et al. 2008), der Bohrung Schafisheim (Nagra 1992a) und weiteren untiefen EWS-Bohrungen (z.b. Aarau: Sachs et al. 2011; Küttigen: Klump et al. 2008). Eine Besonderheit des Gebiets sind die zahlreichen Beobachtungen von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen insbesondere in der Molasse, diese sind detailliert in Sachs & Schneider (2012) dargestellt und werden hier nicht weiter beschrieben. Der Obere Malm bildet den regionalen Aquifer direkt über dem Wirtgestein Effinger Schichten (Fig ). Er ist am Engelberg aufgeschlossen und bildet verbreitet die Basis des Lockergesteinsaquifers im Niederamt. Diese Situation wurde beispielsweise in der Kernbohrung Gösgen KB5a angetroffen (Albert et al. 2009), wo der Malm-Aquifer verkarstet ist (wahrscheinlich rezenter Karst und eozäner Paläokarst). Hydraulisch getestet wurde der Malm-Aquifer in der südlich des Engelbergs gelegenen EWS-Bohrung Oftringen. In rund 410 m Tiefe ergaben sich K-Werte bis zu m/s (Nusch et al. 2013). Die Hydrogeologie der Effinger Schichten wird im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirtund Rahmengesteine' detailliert diskutiert. Eine Synthese der Beobachtungen zu den wasserführenden Systemen findet sich in Mazurek (2013b). Unter den Effinger Schichten folgen Birmenstorfer Schichten, Ifenthal- und Hauptrogenstein- Formation. Die Birmenstorfer Schichten (Birmenstorf-Member der Wildegg-Formation) bilden im Faltenjura trotz ihrer geringen Mächtigkeit einen wichtigen Karstaquifer (Herold 1997, Jordan et al. 2011). Aus der EWS-Bohrung Aarau-1 konnte in den hier in rund 280 m Tiefe angetroffenen Birmenstorfer Schichten eine Wasserprobe entnommen werden (Kap. 4.3 sowie Sachs et al. 2011, Waber et al. 2014a). Zwischen den Birmenstorfer Schichten und dem Top der Hauptrogenstein-Formation (Top Spatkalk) liegt die teilweise nur wenige Meter mächtige, lithologisch variabel ausgebildete Ifenthal-Formation (Dossier II). Aus diesem Grund werden die Birmenstorfer Schichten teilweise als Teil der hydrogeologischen Einheit Hauptrogenstein- Aquifer betrachtet. Die Hauptrogenstein-Formation bildet im Jura einen Kluft- und Karstaquifer; über seine Bedeutung als regionaler Tiefenaquifer im Schweizer Mittelland ist wenig bekannt. Hydraulische Tests liegen beispielsweise aus den Bohrungen Gösgen SB2 und Oftringen vor (Enachescu et al. 2010; Fisch et al resp. Datenkompilation Nusch et al. 2013) 8. Während die hydraulischen Durchlässigkeiten in Oftringen gering waren ( m/s; m Tiefe), ergab der Test in Gösgen m/s ( m Tiefe) und es war möglich, eine Wasserprobe zu fördern (siehe Kap. 4.3). In Gösgen wurden stark artesische Bedingungen angetroffen (Potenzial 455 m), dies ist mit den Höhen der Aufschlüsse im angrenzenden Faltenjura zu erklären. Mögliche Vorflutniveaus liegen im Aaretal bei Wildegg und in den Taleinschnitten im Faltenjura. Gemäss älteren Profilen steht der Hauptrogenstein-Aquifer in der Klus von Aarburg (Rutiger Klus) mit der Aare in Kontakt oder nur wenig darunter an (Kehrer 1923). 8 Intervalle jeweils von den Birmenstorfer Schichten bis in die Hauptrogenstein-Formation.

83 Dossier V 71 NAGRA NTB Stratigraphisches Sammelprofil Jura-Südfuss Potenzielle Exfiltrationspfade Lithologie Hydrogeologie TERTIÄR Molasse Bohnerz-Fm. Villigen-Fm. (inkl. Balsthal- und Burghorn-Formation) Gebankter und knolliger Kalk mit Kalkmergel- Zwischenlagen Regionaler Kluft- und Karstwasser-Aquifer mit gering durchlässigen Zwischenlagen im obersten Teil sukzessive kalkiger werdend Obere Effinger Schichten Wildegg-Formation Passwang- Formation Untere Effinger Schichten Ob. Acuminata-Sch. Unt. Acuminata-Sch. Rothenfluh-Member Sissach bis Brüggli-Member Opalinuston Staffelegg- Formation Arietenkalk Oberer Gansinger Dolomit Mittelkeuper Schilfsandstein-Fm. Gipskeuper MUSCHEL- KALK KEUPER LIAS DOGGER MALM Gerstenhübel- Schichten Birmenstorfer Schichten Ifenthal-Formation Hauptrogenstein- Formation Oberer Muschelkalk Lettenkohle Trigonodus-Dolomit Hauptmuschelkalk? Abfolge von Mergeln und Kalkmergeln mit Einschaltungen von mergeligen Kalkbankabfolgen Oolithische Kalke, mit Kalkmergel- Zwischenlagen Kalkmergel mit sandreichen Lagen, flaserig bis dünnbankig, sandige Kalksteine, siltigsandige Mergel bis Tonsteine, Eisenoolith-Lagen Dünn geschichtete siltige Tonsteine mit Tonmergellagen, z.t. dünne, flaserige Sandlagen Kalk- bis Tonmergel mit sandreichen Lagen, kalkige Sandsteine, sandige Tonsteine, Kalk- und Dolomitlagen Dolomitische Tone und Tonmergel mit Anhydrit und Gips, teilweise knollig, unten massiger Anhydrit Oben Dolomite, dann gebankte bis plattige Kalke mit wenig Mergelzwischenlagen Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit; lokal wasserführende, klüftige Kalklagen möglich Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal Wasserführung in kalkigen Lagen möglich Sehr geringe Durchlässigkeit Geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit, lokal potenziell wasserführende Karbonat- und Sandsteinlagen Sehr geringe Durchlässigkeit Regionaler Kluftwasser-Aquifer (lokal auch Karst) Kalkstein Dolomit Mergel / Kalkmergel Tonmergel Tonstein stark sandiger Tonstein stark sandiger Mergel stark sandiger Kalk stark kalkiger Sandstein Sandstein stark toniger Sandstein Eisenoolith, Bohnerz / Boluston sulfatreiche Lithologie Gips / Anhydrit Steinsalz regionaler Aquifer lokaler Aquifer lokale Wasserführung möglich Fig : Schematisches stratigraphisch-hydrogeologisches Sammelprofil für das Standortgebiet Jura-Südfuss. Siehe Dossier II für Details der Lithostratigraphie.

84 NAGRA NTB Dossier V Zwischen dem Hauptrogenstein-Aquifer und dem Opalinuston liegt neben den vorwiegend mergeligen Unteren Acuminata-Schichten die Passwang-Formation (Fig ): Es handelt sich um eine Abfolge von Tonsteinen, Mergeln, sandigen und biodetritischen Kalken sowie Eisenoolithen. Hydrogeologisch potenziell bedeutsam sind die 'harten Bänke' bzw. Sandkalkabfolgen; bezüglich einer Freisetzung aus dem Wirtgestein Opalinuston ist insbesondere das direkt darüber gelegene Sissach-Member von Interesse. Dieses wird in lithologisch unterschiedlicher Ausbildung beobachtet: In der Kernbohrung Schafisheim handelt es sich um einen stark sandigen Kalkstein, in der Meisselbohrung Gösgen SB4 folgen über dem Opalinuston bis zum Rothenfluh-Mb.Eisenoolithe, Tonsteine und Mergel (siehe Dossier II). Im Faltenjura wird eine untergeordnete Wasserführung im Bereich von Kalklagen der Passwang-Formation beobachtet (Jordan et al. 2011). Im Hauenstein-Basistunnel waren die Abschnitte in diesen Gesteinen weitgehend trocken resp. es sind offensichtlich keine nennenswerten Wasserzutritte aufgetreten (Schmassmann in Jäckli & Kempf 1972). In der Bohrung Schafisheim sind 40 m der Rahmengesteine direkt über dem Opalinuston mit zwei Packertests untersucht worden, die sehr geringe Durchlässigkeiten ergaben ( m/s; Klemenz et al. 2000). Diese Beobachtungen legen nahe, dass diese Gesteine keine grossräumigen Wasserwegsamkeiten bilden, ein kleinräumiger Transport kann aus lithologischen Überlegungen nicht ausgeschlossen werden. Im hydrogeologischen Lokalmodell Jura-Südfuss wurden die Auswirkungen eines hypothetisch durchlässigen Sissach-Members betrachtet (Luo et al. 2014d). Die hydrogeologischen Eigenschaften des Opalinustons werden detailliert im Dossier VI 'Barriereneigenschaften der Wirt- und Rahmengesteine' dargestellt. Die Abgrenzung von hydrogeologischen Einheiten zwischen Opalinuston und dem regionalen Muschelkalk-Aquifer wird im Detail in Traber (2013) diskutiert. Direkt unter dem Opalinuston folgt der Lias (Staffelegg-Formation). Im Faltenjura wird eine untergeordnete Wasserführung in Zusammenhang mit Kalkbänken beobachtet (z.b. Jordan et al. 2011). Im Alten Hauensteintunnel und im Hauenstein-Basistunnel sind im Lias nur geringe Wasserzuflüsse aufgetreten (Schmassmann in Jäckli & Kempf 1972), hingegen liegen Wasserproben aus dem Weissensteintunnel vor (Biehler et al. 1993, Waber et al. 2014a). In der Bohrung Schafisheim zeigte der Lias, wie in den meisten anderen Tiefbohrungen der Nordschweiz eine geringe Durchlässigkeit von m/s (Nagra 1992). Die im September 2014 abgeteufte Bohrung Gösgen SB4 (Bläsi et al. 2014b) bestätigte, dass der Lias in der Region Jura-Südfuss generell sandiger und kalkiger ausgebildet ist als in den anderen Standortgebieten (siehe Dossier II). Bei dieser Bohrung kam es zu Wasser- und Gaszutritten, die nicht genau lokalisiert werden konnten; am wahrscheinlichsten scheint ein Zutritt im Lias (Bläsi et al. 2014b). Die geringe Durchlässigkeit in der Bohrung Schafisheim könnte nicht repräsentativ für das ganze Standortgebiet Jura-Südfuss sein. Auch wenn der Lias basierend auf den bisherigen Beobachtungen für einen grossräumigen Transport kaum in Frage kommt, so besteht doch die Möglichkeit, dass er eine Wegsamkeit bis zu einer transmissiven Störungszone bilden könnte. Im hydrogeologischen Lokalmodell Jura- Südfuss wurde ein 3 m unter dem Opalinuston liegender, hypothetisch durchlässiger Arietenkalk modelliert (Luo et al. 2014d). Der Mittlere Keuper ist in der Bohrung Schafisheim gering durchlässig (Bestwert m/s; Nusch et al. 2013). Im Gebiet des Baselbieter und Solothurner Faltenjuras bildet der Gansinger Dolomit einen nur untergeordneten, gering mächtigen Aquifer (Schmassmann in Jäckli & Kempf 1972). Im Hauenstein-Basistunnel trat beim Bau aus dem Gansinger Dolomit etwas Wasser aus (Schmassmann in Jäckli & Kempf 1972). Der Obere Mittelkeuper weist als terrigenes Sediment bedeutende laterale Fazieswechsel auf. Deshalb ist auch mit bedeutenden Änderungen der hydraulischen Eigenschaften zu rechnen. Aus diesem Grund kann auch im Standortgebiet Jura-Südfuss ein Keuper-Aquifer existieren; dies wurde auch im hydrogeologischen Lokalmodell berücksichtigt.

85 Dossier V 73 NAGRA NTB Unter dem Keuper-Aquifer folgen tonreiche Gesteine und (in relevanter Tiefenlage) mit dem Gipskeuper ein mächtiger regionaler Aquitard. Der Obere Muschelkalk bildet den regionalen Tiefenaquifer im Liegenden des Opalinustons. In Lostorf, am Nordrand des Standortgebiets, wurde Muschelkalkwasser für ein Thermalbad mit Bohrungen gefasst (derzeit nicht genutzt). Detaillierte Beschreibungen der Situation finden sich in Schmassmann (1977), Schmassmann in Högel (1980), Biehler et al. (1993) und in Jordan (2011). Auch im Hauensteinbasistunnel konnten im Oberen Muschelkalk Grundwasserproben entnommen werden (Biehler et al. 1993). Die hydraulischen Durchlässigkeiten des Muschelkalk-Aquifers lag in der Bohrung Lostorf 3 im Bereich von 10-5 bis 10-6 m/s, in Schafisheim im Bereich von 10-7 m/s (Nusch et al. 2013) Hauptexfiltrationszonen Die Identifikation der Exfiltrationszonen basiert auf den Modellierungen des Lokal- und des Regionalmodells (Luo et al. 2014d, Gmünder et al. 2014). Die Geometrie des Lokalmodells Jura-Südfuss ist aufgrund der tektonischen Situation vergleichsweise komplex, es sind zahlreiche Störungen berücksichtigt. Die hydraulischen Eigenschaften der Störungen können dadurch bedeutende Auswirkungen auf die Fliesssysteme haben. Die Geometrie an den Störungen (Versatz, Verbundenheit) ist insbesondere für die gering mächtigen Aquifere von Bedeutung und resultiert diesbezüglich in einer bedeutenden Ungewissheit. Die komplexe Situation spiegelt sich unter anderem in einer vergleichsweise grossen Zahl von aus den Modellierungen resultierenden potenziellen Exfiltrationszonen. Das Aaretal zwischen Olten und Aarau (Niederamt) bildet eine wichtige Exfiltrationszone insbesondere für den Malm-Aquifer (Fig ), vor allem auch in den Szenarien mit durchlässigen Störungszonen. Das untere Suhretal und das unterste Wynatal bilden ebenfalls Exfiltrationszonen in Szenarien mit durchlässigen Störungszonen. Dieses Gebiet bildet aber beispielsweise für den Hauptrogenstein-Aquifer auch eine Exfiltrationszone im Szenario mit undurchlässigen Störungen: In der stationären Modellierung migrieren die Partikel vertikal durch die überliegenden Aquitarde. Die Klus von Aarburg (Rutiger Klus) bildet eine potenzielle Exfiltrationszone insbesondere für den Hauptrogenstein-Aquifer. Das Aaretal bei Wildegg bildet eine Exfiltrationszone für den Malm-Aquifer. Die Taleinschnitte in den Faltenjura bei Trimbach oder die Klus nördlich von Lostorf bilden gemäss den Modellresultaten nicht nur Exfiltrationszonen für im Faltenjura in den Hauptrogenstein-Aquifer infiltriertes Wasser, sondern auch für Tiefengrundwasser aus dem Standortgebiet Jura-Südfuss. Diese Lokalitäten scheinen aber von untergeordneter Bedeutung, sie müssten in einer späteren Phase gegebenenfalls detaillierter analysiert werden. Gemäss den Modellierungen existieren weitere Exfiltrationszonen, die teilweise sehr lange und komplexe Fliesspfade bedeuten: das Reusstal im Raum Birmenstorf, das Limmattal bei Baden oder das Rheintal im Raum Laufenburg.

86 NAGRA NTB Dossier V Fig : In- und Exfiltrationszonen des Malm-Aquifers nach dem hydrogeologischen Lokalmodell Jura-Südfuss (Luo et al. 2014d). Hellblau: Aufschlüsse Malm-Aquifer (teilweise unter Quartär). Dunkelrot: Störungen. Schwarz: Modellgrenzen. Die Kreise bezeichnen Anfangs- resp. Endpunkte von Partikelbahnen; die Fläche der Kreise ist proportional zur Anzahl Partikel. Rot: Exfiltration, blau: Infiltration. Rechenfall C1: Dieser berücksichtigt den Effekt des vertikalen Versatzes an den Störungszonen Gradienten über die Wirtgesteine Im Standortgebiet Jura-Südfuss werden die Wirtgesteine Effinger Schichten und Opalinuston betrachtet. Betrag und Richtung des hydraulischen Gradienten (senkrecht zur Schichtung) wurden mit Hilfe des hydrogeologischen Lokalmodells Jura-Südfuss in verschiedenen Szenarien evaluiert (Luo et al. 2014d). Für die Effinger Schichten ermitteln Luo et al. (2014d) basierend auf der Potenzialdifferenz zwischen Malm- und Hauptrogenstein-Aquifer einen Betrag von 1. In den Szenarien mit durchlässigen Störungszonen ist der Betrag mit 0.1 deutlich tiefer. Der Betrag des Gradienten über den Opalinuston ist 0.5, dabei kann der Gradient nach oben oder nach unten gerichtet sein.

87 Dossier V 75 NAGRA NTB Hydrogeologische Verhältnisse im Standortgebiet Wellenberg 6.1 Hydrogeologisches Modell Wellenberg Datengrundlage Der Grossteil des hydrogeologischen Kenntnisstands für das Standortgebiet Wellenberg ist im 'Geosynthesebericht Wellenberg 1996' (Nagra 1997) zusammengefasst. Er stellt den Schlussbericht dar zu den am Wellenberg durchgeführten Untersuchungen. Diese umfassen im Wesentlichen sieben Tiefbohrungen, mehrere reflexionsseismische und refraktionsseismische Messkampagnen, Piezometer- und flache Aufschlussbohrungen sowie eine Reihe geologischer Feldstudien im steilen Gelände. Der Bericht stellt die geologische und hydrogeologische Datenbasis bereit, um grundlegende Fragestellungen zur Standorteignung insbesondere zur Langzeitsicherheit eines zukünftigen Tiefenlagers beantworten und die weiterführenden Untertageuntersuchungen planen zu können. Basierend auf dem geologischen Standortmodell, das die grossräumige geometrische und strukturgeologische Konfiguration des Standorts beschreibt, werden die Grundwasserzirkulationsverhältnisse zweckabhängig in verschiedenen Betrachtungsmassstäben quantifiziert. Hierzu wurden für die numerische Modellierung den unterschiedlichen Fragestellungen entsprechend drei untereinander kompatible Modellmassstäbe gewählt (s. Kap ). Ergänzende Analysen aus hydrogeologischen Untersuchungen in neuen Untertagebauten (Umfahrungstunnel Sachseln, Giswil und Lungern) sind in Dr. von Moos AG (2004) sowie Nagra (2008) zusammenfassend dargestellt. Sie bestätigen den Kenntnisstand in Nagra (1997). Im Rahmen von SGT Etappe 2 wurden die geologischen Schnitte durch das Standortgebiet überarbeitet (Hänni & Pfiffner 2014; s. auch Fig und Kap ). Darauf basierend wurde ein neues geologisches 3D-Modell erstellt und die neuen Profilschnitte wurden mit den alten verglichen (Hänni 2014). Im früheren Projekt (Nagra 1997) war eine Lagerebene auf Kote 540 m ü.m. geplant, d.h. knapp über dem Talniveau des Engelbergertals. Es wurde aber auch die Möglichkeit einer um 300 m tieferen Lagerebene für langlebige mittelaktive Abfälle in Erwägung gezogen (Nagra 1997, S. 29). Im Rahmen der Planungsstudie Wellenberg (Nagra 2013) ist die Oberflächenanlage auf Niveau 531 m ü.m. geplant, mit einem Haupterschliessungspunkt des Lagers auf Kote ca. 400 m. Um verschiedenen Erosionsszenarien Rechnung zu tragen, wird in der Sicherheitsanalyse für SGT Etappe 2 auch eine weitere, tiefere Lagerebene auf Kote ca. 200 m analysiert. Im Folgenden werden deshalb die hydrogeologischen Konsequenzen einer Tieferlegung des Lagers diskutiert Hydrogeologische Verhältnisse im Standortgebiet WLB Ein geologischer Schnitt durch das Standortgebiet Wellenberg ist in Fig abgebildet. Das Wirtgestein ist die tektonische Akkumulation von Mergel-Formationen des Helvetikums (Palfris-Formation und Vitznau- Mergel der Drusberg-Decke sowie tertiäre Mergel der Axen- Decke). Es wird im Norden durch die Kalke der Drusberg-Decke und im Süden durch die Kalke und Sandsteine der Axen-Decke begrenzt. Seine Basis bilden die nördlichsten Schuppen der Axen-Decke; sie liegt je nach Profilschnitt mehrere 100 m bis etwa 1000 m unter den

88 NAGRA NTB Dossier V potenziellen Lagerebenen (vgl. Hänni & Pfiffner 2014, Hänni 2014). Auf den Niveaus der potenziellen Lagerebenen hat der Wirtgesteinskörper eine N-S-Ausdehnung von m, die E-W-Ausdehnung ist topographiebestimmt. A B1 B2 Fig : N-S-Profil durch das geologische Standortgebiet Wellenberg (Hänni & Pfiffner 2014; siehe auch Anhang Dossier II). A: Lagerebene in Nagra (1997), B1/B2: Obere/untere Lagerebene in SGT Etappe 2. Detaillierte Legende und Lage des Profilschnitts im Anhang von Dossier II Hydrogeologische Gliederung Im folgenden Abschnitt werden Felddaten und Interpretationen zusammengefasst, die für das Verständnis der hydrogeologischen Verhältnisse im Wirtgestein und in den Nebengesteinen von grundlegender Bedeutung sind. Dabei wird zwischen oberflächennahen und tiefen Grundwasserleitern unterschieden. Aus den Quellen- und Piezometerbeobachtungsprogrammen ergeben sich u.a. wichtige Folgerungen über die Lage des Grundwasserspiegels in den Nebengesteinen, die als Randbedingungen in die hydrodynamische Modellierung einfliessen. Transmissivitäts- und Potenzialprofile in den Tiefbohrungen führen die Resultate der hydraulischen Packertests, der Fluid-Logging Messreihen und der Langzeit-Druckspiegelbeobachtungen zusammen und sind Basis für die weitergehenden Konzeptualisierungsschritte.

89 Dossier V 77 NAGRA NTB Oberflächennahes Grundwasser Daten Die Grundwasseraufschlüsse für die hydrogeologische Charakterisierung umfassen Quellen, Drainagen, flachgründige Piezometer und Grundwasserfassungen. Für ihre Erfassung wurde der Hydrogeologische Kataster Wellenberg aufgenommen (Schneider 1989). Im Rahmen eines routinemässigen Überwachungsprogramms wurden unterschiedliche meteorologische und hydrogeologische Parameter gemessen. Die hydraulischen Verhältnisse im Engelbergertal, im Secklisbach-Tal und in der Rutschmasse von Altzellen wurden dabei separat betrachtet Festgesteine In Bezug auf die Potenzial- und Sättigungsverhältnisse in den Wirt- und Nebengesteinen liegen nur wenige direkt umsetzbare Informationen vor. Jedoch lassen sich aus der Quell- und Grundwasserüberwachung punktuelle Anhaltspunkte ableiten, welche die existierenden Ungewissheiten einschränken. Die Potenziale in den Nebengesteinseinheiten sind wichtige Randbedingungen für die hydrodynamischen Modellrechnungen im Regionalmassstab. Insbesondere gilt dies für die Sättigungsverhältnisse in den Kalkformationen der Drusberg- und der Axen-Decke. Quellen- und Piezometerbeobachtungen lassen darauf schliessen, dass diese Kalke, im Gegensatz zum Wirtgestein, nicht voll gesättigt sind. Die grösste Ungewissheit, die bei der hydrodynamischen Modellierung durch Parametervariationen berücksichtigt werden muss, betrifft die Lage des Karstwasserspiegels in der Axen-Decke. Wirtgestein (Palfris-Formation, Vitznau-Mergel, tertiäre Mergel) Die Aufschlussverhältnisse in diesen Formationen sind wegen der Verwitterungsanfälligkeit des Materials sehr schlecht. Grössere Aufschlüsse kommen nur an markanten Geländerippen vor. Ausgedehnte Rutschungen im Ausbissbereich, welche die verwitterte Felsunterlage mit einschliessen, lassen darauf schliessen, dass die Rutschungsbasis als Stauhorizont wirkt und mehrheitlich wassergesättigt ist. Höher gelegene Quellen und Drainagen fallen jedoch jahreszeitlich bedingt trocken, sodass lokal im Bereich Eggeligrat und Sinsgäuer Schonegg von ungesättigten Verhältnissen ausgegangen wird, die zeitweise bis ca. 100 m unter den Grat reichen können. Der übrige Bereich der Wirtgesteinseinheiten wird aufgrund der zahlreichen Rutschungen, Quellaustritte und Feuchtgebiete als vollständig wassergesättigt betrachtet, was auch die Hydrotests in den Tiefbohrungen belegen. Kalke der Drusberg-Decke Zwischen Engelbergertal und Secklisbach befindet sich die Karbonatserie des Wellenbergs (Diphyoides-Kalk, Graue Mergelschiefer und Kieselkalk). Quellen- und Piezometerbeobachtungen lassen darauf schliessen, dass diese Kalke, im Gegensatz zum Wirtgestein, nicht voll gesättigt sind. Im Kieselkalk dieser Einheit wird ein tiefer Grundwasserspiegel vermutet, der sich etwa auf das Niveau der Vorfluter in den beiden Tälern (Engelberger Aa, Secklisbach) eingependelt hat. Belegt durch den beobachteten Quellhorizont und Piezometer im Engelbergertal (ca. 516 bis 540 m ü.m.) und Messungen in der Piezometerbohrung im Secklisbach-Tal (~ 765 m ü.m.) errechnet sich ein Grundwassergefälle von rund 15 bis 20 %. Hieraus wird

90 NAGRA NTB Dossier V geschlossen, dass der höher durchlässige Kieselkalk des Wellenbergs (K = m/s) zwischen Engelbergertal und Secklisbach-Tal bis auf das jeweilige Talniveau weitgehend ungesättigt ist. Östlich des Secklisbachs sind die Sättigungsverhältnisse infolge mehrerer Quellhorizonte weniger offensichtlich. Es wird angenommen, dass hier der Bergwasserspiegel (mit etwa demselben Gradienten wie auf der Westseite des Secklisbachs) gegen die Sinsgäuer Schonegg hin ansteigt, was auch der höchste dort beobachtete Quellhorizont belegt. Im Bereich zwischen dem Kieselkalk und der südlich angrenzenden Palfris-Formation gibt es keine klaren Hinweise auf die Lage des Bergwasserspiegels. Weil die Palfris-Formation als vollständig gesättigt angesehen wird (s. oben), muss mit einem markanten Potenzialsprung zwischen dem Kieselkalk und dem Wirtgestein gerechnet werden. Axen-Decke Die Sättigungsverhältnisse in der Axen-Decke sind vor allem im frontalen Bereich zu Modellierungszwecken (s.u.) relevant. Die beobachteten Quellaustritte und isotopenhydrologische Untersuchungen lassen auf ungesättigte Verhältnisse schliessen mit einem Karstwasserspiegel, für dessen Höhenlage unterschiedliche Varianten denkbar sind. Unter zusätzlicher Berücksichtigung des Axialgefälles der Grossstrukturen sowie der topographischen Verhältnisse (Täler, Gebirgsgrate) wird ein Grundwasserspiegel von ca. 1'400 m ü.m. im Bereich Sinsgäuer Schonegg und auf ca. 900 m ü.m. im Bereich Eggeligrat als plausibelste Annahme angesehen. Jedoch kann im Extremfall auch ein Karstwasserspiegel von 575 m ü.m. unter dem Eggeligrat nicht ausgeschlossen werden. 6.3 Tiefengrundwässer Erkundungsmethoden und Ziele Aufgrund der zentralen Bedeutung der Grundwasserfliesssysteme im Wirtgestein erfolgte die hydrogeologische Erkundung der Tiefengrundwässer mit wesentlich höherem technischem Aufwand. Anhand der Grundwasseraufschlüsse aus den Sondierbohrungen wurde (1) die Differenzierung und quantitative Beschreibung von Gesteinsbereichen mit einheitlichen hydrogeologischen Eigenschaften (Zuflussfrequenzen, Ausdehnung wasserführender Systeme, Fliessdimension, Transmissivitäten, Zweiphasenflussparameter), (2) die Charakterisierung des Systemzustands der wasserführenden Systeme (hydraulisches Potenzial, Gasführung unter natürlichen hydraulischen Druckbedingungen) sowie (3) die Charakterisierung der chemischen und isotopenhydrologischen Beschaffenheit der Grundwässer und Gase vorgenommen (Kap. 7). Dabei kamen Packertests, Fluid-Logging und Langzeitmonitoring der hydraulischen und hydrochemischen Parameter zur Anwendung Untersuchungsergebnisse Die Untersuchungen belegen, dass der grösste Teil der Bohrabschnitte mit erhöhter Transmissivität eindeutig mit diskreten wasserführenden Systemen korreliert ist. Gesteinsbereiche zwischen den wasserführenden Systemen (sog. Gesteinsmatrix) tragen meist nur wenig zur Gesamttransmissivität bei.

91 Dossier V 79 NAGRA NTB Rückschlüsse auf die Fliessgrenzen innerhalb der wasserführenden Systeme (WFS) wurden mit Hilfe der Packertests gezogen. Abgesehen von einigen wenigen Ausnahmen wurden keine lateralen Fliessgrenzen identifiziert. Dabei weisen die angewendeten Fliessmodelle im Wirtgestein ausnahmslos auf radiale Symmetrie hin. Mit Hilfe der kombinierten Interpretation von Packertest- und Fluid-Logging Resultaten wurden (für alle erfassten WFS mit hydraulischen Durchlässigkeiten über der Fluid-Logging Detektionsschwelle) Transmissivitätswerte ermittelt und diese zu Transmissivitätsprofilen der einzelnen Sondierbohrungen zusammengestellt (Fig ). Zur Beurteilung der hydraulischen Eigenschaften des Wirtgesteins im Zentrum des Untersuchungsgebiets sind aufgrund ihrer Lage vor allem die Bohrungen SB1, SB3, SB4, SB4a/v und SB4a/s zu berücksichtigen. Ein Vergleich der Resultate in diesen Bohrungen zeigt einen eindeutigen Trend von mittelgrossen WFS-Transmissivitäten (Bereich 10-8 bis m 2 /s) im oberen Teil des Wirtgesteins zu sehr geringen Transmissivitäten (Bereich bis 10-9 m 2 /s) im unteren Teil (Fig ). 0 SB2 SB6 SB3 SB1 SB4a/v SB4a/s SB Teufe (m) E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 1E-12 1E-10 1E-8 1E-6 1E-4 T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) T-Werte (m²/s) Legende - Geologie Lockergestein & Rutschmasse Kieselkalk Palfris-F./Vitznau-M. Tertiär Valanginien-Kalk Mélange Wissberg-Scholle Parautochthon Fig : Transmissivitäten der WFS in den Sondierbohrungen SB1 SB6 (diskrete Zuflussstellen resp. WFS mit Transmissivitäten über der Fluid-Logging Detektionsschwelle). Aus Nagra (1997). WFS: Wasserführende Systeme. Die in Nagra (1997) als Äquivalent der 'Wissberg-Scholle' bezeichnete Einheit ist nach Hänni & Pfiffner (2014) eine Schuppe (Schürfling) der Axen-Decke.

92 NAGRA NTB Dossier V Aus den wenigen Testintervallen innerhalb der Palfris-Formation, deren Bohrkernauswertungen keine Hinweise auf WFS zeigten, wurde die hydraulische Durchlässigkeit der ungestörten Gesteinsmatrix ermittelt. Basierend auf diesen wenigen Daten wird ein Wert zwischen und m/s geschätzt. Im Hangenden des Wirtgesteins weist die Rutschmasse z.t. relativ hohe Transmissivitäten mit einer grossen Bandbreite (10-8 bis 10-5 m 2 /s) auf. Im Liegenden des Wirtgesteins ist eine tektonisch eingeschaltete Schuppe der Axen-Decke (in Nagra 1997 als Äquivalent der 'Wissberg-Scholle' bezeichnet, nach Hänni & Pfiffner 2014 aber Teil der Axen- Decke) durch relativ grosse Transmissivitäten gekennzeichnet (Bereich 10-8 bis 10-6 m 2 /s) Potenzialverhältnisse Die in den Testintervallen der Sondierbohrungen ermittelten hydraulischen Potenziale sind in Fig dargestellt. Dabei sind die Potenziale im Lockergestein im Allgemeinen subartesisch bzw. hydrostatisch. Dagegen zeigt das Wirtgestein mit zunehmender Tiefe eine komplexe Potenzialentwicklung. Während der obere Abschnitt nahezu hydrostatische oder artesische Verhältnisse zeigt, weist ein zweiter Abschnitt mit zunehmender Tiefe eine starke Abnahme der hydraulischen Potenziale auf (sog. Unterdruckzone, s.u.). Die Schuppe der Axen-Decke im Liegenden des Wirtgesteins zeigt in den Sondierbohrungen SB1 und SB3 mit Potenzialen von etwa 1'000 m ü.m. stark artesische Verhältnisse. Im Mélange und im Parautochthon unterhalb der Schuppen der Axen-Decke liegen subartesische Verhältnisse vor ( m ü.m.) vor. 0 SB2 SB6 SB3 SB1 SB4a/v SB4a/s SB Teufe (m) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Potential (m ü.m.) Legende - Geologie Lockergestein & Rutschmasse Kieselkalk Palfris-F./Vitznau-M. Tertiär Valanginien-Kalk Mélange Wissberg-Scholle Parautochthon Fig : Beobachtete Potenziale in den Sondierbohrungen (vgl. Fig ). Aus Nagra (1997).

93 Dossier V 81 NAGRA NTB Unterdruckzone (UDZ) Sämtliche Bohrungen, die das Wirtgestein durchteufen, weisen charakteristische Potenzialdepressionen auf. Diese lassen sich nicht durch eine stationäre Grundwasserströmung erklären und werden als Bestandteile einer grossräumigen Druckanomalie interpretiert. Dabei liegen die gemessenen Potenziale tiefer als die Kote jeder bekannten oder potenziellen Exfiltrationszone. Im Untersuchungsgebiet befindet sich diese Zone im Engelbergertal mit einer mittleren Kote um 540 m ü.m. (Fig ) dargestellt. Sowohl Packertests als auch direkte Langzeitmessungen weisen deutlich tiefere Potenziale auf (vereinzelt nahezu auf Meereshöhe) und belegen die Existenz einer hydraulischen Unterdruckzone (UDZ), deren Entstehung man auf mechanische Entlastung durch Erosion und/oder den Gletscherrückzug während des Quartärs zurückführt. Sie hat eine Dekompaktion des Wirtgesteins zur Folge. Der Entstehungsvorgang, der mittels analytischer und numerischer Modelle evaluiert wurde, ist abgeschlossen. Jedoch befindet sich die UDZ noch heute in einer Abbauphase, so dass die zukünftigen Potenzialverhältnisse im Wirtgestein wesentlich durch die Abbaurate bestimmt werden. A B1 B2 A B1 B2 Fig : Räumliche Ausdehnung der Unterdruckzone (interpoliert aus Potenzialmessungen der Sondierbohrungen). Aus Nagra (1997). A: Lagerebene in Nagra (1997), B1/B2: Obere/untere Lagerebene in SGT Etappe 2. Lage der Profile: Beilage 4.7-1d in Nagra (1997).

94 NAGRA NTB Dossier V 6.4 Grundwasserzirkulation im Umfeld eines geologischen Tiefenlagers Ergebnisse der früheren Interpretationen (Nagra 1997) Umfang und Ziele der Modellierungen Die Quantifizierung der Grundwasserzirkulationsverhältnisse erfolgte zweckabhängig in verschiedenen Betrachtungsmassstäben. Diesen Massstäben entsprechen zwei konzeptuelle Ansätze, die bei der Darstellung der hydraulischen Eigenschaften des Wirtgesteins gewählt wurden. Das Blockmodell ist Grundlage für die detaillierte, auf das unmittelbare Kavernenumfeld fokussierte Betrachtung der Fliessverhältnisse (Hektometer-Skala). Das Wirtgestein wird in diesem Fall als Netzwerk diskreter wasserführender Systeme aufgefasst, die durch planare Elemente approximiert werden (Kluftnetzwerk-Ansatz). Für Fragestellungen, die eine grossräumige Beschreibung der Fliessverhältnisse verlangen (Kilometer-Skala), ist dieses Vorgehen weder sinnvoll noch möglich. In diesem Massstab werden deshalb Wirtgestein und Nebengesteine als äquivalent poröse Medien behandelt (EPM-Ansatz). Während den Nebengesteinen eine jeweils konstante hydraulische Durchlässigkeit zugeordnet wird, wurde zur differenzierten Beschreibung der Durchlässigkeitsverteilung im Wirtgestein das K-Modell eingeführt, welches mit Hilfe geostatistischer Verfahren die natürliche Variabilität der Durchlässigkeit im Wirtgestein nachbildet. Für die numerische Modellierung der Grundwasserzirkulation wurden (den unterschiedlichen Fragestellungen entsprechend) drei untereinander kompatible Modellmassstäbe gewählt. Mit dem sogenannten "Regionalmodell 9 " wurde vorrangig die Wechselwirkungen zwischen Wirtund Nebengestein sowie der Einfluss der UDZ auf die grossräumigen Zirkulationsverhältnisse untersucht. Dagegen diente das "Endlagermodell 9 " dazu, die Auswirkungen der geplanten Untertagebauten auf das natürliche Fliessfeld zu darzulegen. Schliesslich wird mit dem "Kavernenumfeldmodell", das im Gegensatz zu den beiden anderen Modellen auf einer Kluftnetzwerkbasis aufgebaut ist, in erster Linie die Verteilung des Grundwasserflusses auf die verschiedenen wasserführenden Systeme im engeren Bereich um die Lagerkavernen erklärt (Nagra 1997). Hauptziel der Modellierung im regionalen Massstab ist, (1) die zukünftige Entwicklung des heute beobachteten Systems mit und ohne Einwirkung von Endlagerbauten zu untersuchen. Weitere Fragestellungen beziehen sich auf (2) die Rolle der Nebengesteine als In-/Exfiltrationsgebiete sowie (3) Art und Dauer der UDZ-Entwicklung. Der Zweck von zusätzlichen Sensitivitäts-Rechenfällen besteht darin, einige wichtige Ungewissheiten hinsichtlich der Sättigungsverhältnisse (alternative Hypothesen) und hydraulische Parameter abzudecken. 9 Das im 'Geosynthesebericht Wellenberg 1996' (Nagra 1997) beschriebene "Regionalmodell" entspricht in seiner räumlichen Ausdehnung und im Detaillierungsgrad des zugrundeliegenden geologischen Modells den hydrogeologischen Lokalmodellen JS, JO, NL und ZNO/SR (Luo et al. 2014a d). In der Wellenberg-Synthese wurden darüber hinaus subskalige Modelle ("Endlagermodell", "Kavernenumfeldmodell") erstellt, da die Porenwasserzirkulation in der Palfris-Formation auf dem Massstab des Tiefenlagers wesentlich komplexer ist, als in den Wirtgesteinen der Nordschweiz ((hydraulisches Kluftnetzwerk).

95 Dossier V 83 NAGRA NTB Blockmodell, K-Modell Die Beobachtungen zeigen, dass das Wirtgestein als geklüftetes Medium mit extrem gering durchlässiger Matrix zu betrachten ist. Um das Netzwerk der hydraulisch wirksamen wasserführenden Systeme (WFS) mitsamt ihrer statistischen Variabilität quantitativ zu beschreiben, wurde im Grössenmassstab von 500 m das sog. Blockmodell eingeführt. Es beruht auf einer Konzeptualisierung der WFS, wobei basierend auf deren geometrischen Eigenschaften (Ausdehnung, Häufigkeit, Orientierung, interne Heterogenität) und einer detaillierten hydraulischen Charakterisierung vier Typen von WFS unterschieden werden. Bei der Herleitung der effektiven Leitfähigkeiten des K-Modells aus den WFS-Transmissivitäten spielt das Blockmodell eine zentrale Rolle. Es liefert die Eingangsgrössen für die konditionalen, geostatistischen Simulationen, wodurch (zusätzlich zum Kriging-Basismodell) mit der zugehörigen Schätzvarianz unterschiedliche K-Felder (Realisationen) generiert werden (Beispiel s. Fig ). Die gemeinsame Datenbasis, die beiden Verfahren zugrunde liegt, sichert die innere Konsistenz der Modellierungskette.

96 NAGRA NTB Dossier V SB1 N SB3 SB4av/s SB6 SB km Q Q m ü.m E-E D-D SB6 (proj.) SB3 A B1 SB1 Kote 540 m B Fig : Realisation r 1 des K-Modells. Horizontalschnitt auf Lagerebene in Nagra (1997) (oben), W-E-Schnitt (unten). A: Lagerebene in Nagra (1997), B1/B2: Obere/untere Lagerebene in SGT Etappe 2. Lage des Profils: Beilage 4.7-1d in Nagra (1997).

97 Dossier V 85 NAGRA NTB Regionalmodell Das Modellgebiet wurde derart ausgelegt, dass es durch die natürlichen hydrologischen Grenzen umschlossen wird. Im Westen ist dies die Achse des Engelbergertals mit der Engelberger Aa als wichtigstem lokalen Vorfluter. Im Norden, Osten und Süden wirken Höhenzüge als oberirdische Wasserscheiden. Die Alluvionen der Engelberger Aa (Exfiltrationsgebiet) sowie das Äquivalent der Wissberg-Scholle (artesischer Zufluss) werden durch Vorgabe von Festpotenzialen als offene Grenzen simuliert. Die Modelloberfläche ist durch die Topographie gegeben. Hydraulisch wird die Modelloberfläche durch die Lage des Grundwasserspiegels definiert, wobei die oben beschriebenen Sättigungsverhältnisse in den Nebengesteinen einen wichtigen Teil der Randbedingungen darstellen. Das gesamte Modellvolumen ist einheitlich in würfelförmige Finite Elemente mit 100 m Kantenlänge eingeteilt (Fig ). Fig : Perspektivische Ansicht des Regionalmodells aus Westen (eingefärbt: log K), K- Modell (Wirtgestein), Nebengesteine (orange/rot). Da das Regionalmodell ein instationäres System simuliert, müssen zusätzlich zu den Randbedingungen auch Anfangsbedingungen vorgegeben werden. Diese verstehen sich als eine Momentaufnahme des heutigen Zustands mit den beobachteten Unterdrücken, wie er aus den Messungen abgeleitet wurde (Fig ). Da den langfristigen Veränderungen der Topographie (und damit auch der Randbedingungen) durch Erosion und Hebungsprozesse nicht Rechnung getragen wird, wurde die generelle Modellgültigkeit auf den Zeitraum von 20'000 Jahren be-