Fortführung der Studie zur Talsperre Spremberg: Abschlussbericht (Dezember 2013)

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1 Für das LUGV Brandenburg Fortführung der Studie zur Talsperre Spremberg: Ausführung eines investigativen Monitorings von Eisen im Wasserkörper und im Sediment der Talsperre Spremberg zur Abschätzung der Folgen steigender Eisengehalte in der Spree im Zulauf zur Talsperre infolge des Grundwasserwiederanstieges für die Talsperre und das unterliegende Gewässersystem der Spree sowie Schlussfolgerungen für erforderliche Gegenmaßnahmen Abschlussbericht (Dezember 2013) Werkvertrag Nr. S3-VG vom 26./ Vergabenummer S3-VG vom 29./ Projektnummer IWB: 08/13 Sedimentfalle SF 01 in der Talsperre Spremberg zur Probennahme am (Foto: Theiss) Dresden, am 20. Dezember 2013

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3 Für das LUGV Brandenburg Ausführung eines investigativen Monitorings von Eisen im Wasserkörper und im Sediment der Talsperre Spremberg zur Abschätzung der Folgen steigender Eisengehalte in der Spree im Zulauf zur Talsperre infolge des Grundwasserwiederanstieges für die Talsperre und das unterliegende Gewässersystem der Spree sowie Schlussfolgerungen für erforderliche Gegenmaßnahmen Abschlussbericht (Dezember 2013) Auftraggeber: Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Von-Schön-Straße 7, Cottbus Bestellnummer: Werkvertrag Nr. S3-VG vom 26./ Vergabenummer S3-VG vom 29/ Projektnummer: 08/13 Auftragnehmer: Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann Lungkwitzer Str. 12, Dresden Bearbeiter: Dipl.-Berging. Dr. Wilfried Uhlmann Dipl.-Hydrologin Susanne Theiss Dipl.-Hydrologe Kai Zimmermann Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Nestler Dipl.-Geograph Erik Westphal Herr Thomas Claus Dresden, am 20. Dezember 2013 Dr. Wilfried Uhlmann (Verfasser)

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5 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 1 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis... 1 Anlagenverzeichnis Textteil... 2 Anlagenverzeichnis CD... 2 Abkürzungsverzeichnis... 3 Zusammenfassung Veranlassung und Aufgabenstellung Durchgeführte Untersuchungen Wasserbeschaffenheit der Spree Wasserbeschaffenheit der Talsperre Spremberg Sedimente in der Talsperre Spremberg Sedimentfallen Sedimentkerne Grundwasseruntersuchung Auswertung der Daten Wassermengen Durchflüsse der Spree Wassermengenbilanz der Talsperre Spremberg Wasserbeschaffenheit Bisherige Entwicklung Spree im Zulauf und Vorsperre Bühlow Talsperre und Spree im Ablauf Räumliche und zeitliche Differenzierung in der Talsperre Transformationen Sedimente Frische Sedimente Alte Sedimente Sedimentationsraten Sedimentzuwachs Grundwasseruntersuchung Modellgestützte Abbildung der Eisenrückhaltes Wassermengenbilanzmodell Konservatives Stoffmengenbilanzmodell Konzeptioneller Ansatz Bilanzgleichung Modellanwendung und Ergebnisse Stoffbilanzmodell für Eisen Konzeptioneller Ansatz Bilanzgleichungen Modellanwendung und Ergebnisse Schlussfolgerungen aus der Modellanwendung... 95

6 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 2 5 Abschätzung der Folgen für die Unterlieger Vorschläge von Maßnahmen Bewertung der Maßnahmenvorschläge in den Eisenstudien der LMBV Bewertung der Maßnahmenvorschläge in der ersten Eisenstudie des LUGV Integration und Aktualisierung der Maßnahmenvorschläge Überwachung der Eisenbelastung Verhinderung des Eisenaustrages aus dem Grundwasser durch Quellenbehandlung Eisenrückhalt auf dem Fließweg zur Talsperre Spremberg Verbesserung des Eisenrückhaltes in der Talsperre Spremberg Empfohlene Vorgehensweise Empfehlungen für weiterführende Untersuchungen Quellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Textteil Anlage 1 Anlage 2 Anlage 3 Anlage 4 Wasserbeschaffenheit der Spree: Ganglinien von 2002 bis Blatt Wasserbeschaffenheit der Talsperre Spremberg Anlage 2.1 Anlage 2.2 Anlage 2.3 Tiefenprofile an der Messstelle M Blatt Tiefenprofile an der Messstelle M Blatt Untersuchungsergebnisse zur Wasserbeschaffenheit... 6 Blatt Sedimente der Talsperre Spremberg Anlage 3.1 Anlage 3.2 Zusammensetzung der Fallensedimente... 2 Blatt Geochemie der Fallensedimente... 2 Blatt Grundwasseruntersuchung an der Talsperre Spremberg: Untersuchungsergebnisse zur Wasserbeschaffenheit... 5 Blatt Anlagenverzeichnis CD Anlage 5 Anlage 6 Wasserbeschaffenheit der Spree Anlage 5.1 Probennahmeprotokolle...61 Blatt Anlage 5.2 Prüfberichte der ERGO...22 Blatt Wasserbeschaffenheit der Talsperre Spremberg Anlage 6.1 Probennahmeprotokolle der LUG...42 Blatt Anlage 6.2 Prüfberichte der LAG...35 Blatt

7 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 3 Anlage 7 Anlage 8 Sedimente der Talsperre Spremberg Anlage 7.1 Probennahmeprotokolle zu den Sedimentfallen...13 Blatt Anlage 7.2 Prüfberichte der LAG zu den Frischsedimenten...46 Blatt Anlage 7.3 Prüfberichte der LAG zu den Sedimentkernen... 9 Blatt Grundwasseruntersuchung an der Talsperre Spremberg Anlage 8.1 Probennahmeprotokolle der ERGO Blatt Anlage 8.2 Schichtverzeichnisse der ERGO...30 Blatt Anlage 8.3 Prüfberichte der ERGO... 4 Blatt Abkürzungsverzeichnis B... Bohrpunkt DOC... gelöster organischer Kohlenstoff (dissolved organic carbon) EHS... Eisenhydroxidschlamm ETP... potentielle Evapotranspiration FHM... Flockungshilfsmittel FM... Flockungsmittel GWBA... Grubenwasserbehandlungsanlage (Sprachgebrauch VEM) GWRA... Grubenwasserreinigungsanlage (Sprachgebrauch LMBV) GV... Glühverlust IWB... Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann, Dresden K B8,2... Basenkapazität (zum ph-wert 8,2) / Acidität K S4,3... Säurekapazität (zum ph-wert 4,3) / Alkalinität KWB... klimatische Wasserbilanz LfULG... Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie LMBV... Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbh, Senftenberg LUGV... Brandenburgisches Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz M... Seewassermessstelle P... Niederschlag PFV... Planfeststellungsverfahren R... Sedimentationsrate S... Schutzgut SF... Sedimentfalle SK... Sedimentkern T... Transportpfad TIC... Gesamter anorganischer Kohlenstoff (total inorganic carbon) TM... Trockenmasse TOC... Gesamter organischer Kohlenstoff (total organic carbon) TS... Talsperre UVP... Umweltverträglichkeitsprüfung VEM... Vattenfall Europe Mining AG WBA... Wasserbehandlungsanlage

8 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 4 Zusammenfassung (1) Der Grundwasserwiederanstieg in den Gebieten des Sanierungsbergbaus im Einzugsgebiet der Talsperre Spremberg ist weit fortgeschritten. Durch den Grundwasseranschluss der Spree tritt Grundwasser abschnittsweise mit hohen Eisenkonzentrationen ein. In der Spree in Spremberg werden derzeit zwischen 4 und 8 mg/l Eisen-gesamt gemessen. Durch die Rückhaltewirkung der Talsperre Spremberg wird die Eisenkonzentration im Ablauf der Talsperre auf 0,5 bis 2 mg/l verringert. (2) Die Talsperre Spremberg erfüllt als Sedimentations- und Nährstofffalle eine wichtige gewässergütewirtschaftliche Funktion für die Spree. In Anbetracht der aus dem Sanierungsbergbau resultierenden stofflichen Belastungen der Spree sind die Existenz und die Lage der Talsperre Spremberg eine günstige Fügung. Die Talsperre Spremberg schützt derzeit die unterstromige Spree im Stadtgebiet von Cottbus und insbesondere den Spreewald vor der Verockerung. (3) Ziel der Studie waren eine Neubewertung des Leistungsvermögens der Talsperre zur Abschätzung der Folgen der gestiegenen und ggf. weiter steigenden Eisenbelastung auf der Basis eines investigativen Monitorings und einer Systemanalyse aller verfügbaren Daten sowie die Ableitung geeigneter und erforderlicher Maßnahmen. (4) Das normale Stauziel der Talsperre Spremberg liegt bei +92,00 m NHN. Der Betriebsraum hat ein Volumen von ca. 20,4 Mio. m³. Im engeren Untersuchungszeitraum vom Juni bis Oktober 2013 war der Wasserspiegel in der Talsperre Spremberg aufgrund von Reparaturarbeiten am Auslassbauwerk um etwa 2 Meter auf ca. +90 m NHN abgesenkt. Das Speichervolumen der Talsperre war dadurch auf etwa 10 Mio. m³ verringert. Die Hydrologie der Jahre 2012 und 2103 war durch starke Sommerhochwässer geprägt. Dieser Zeitraum fällt im Vergleich zum langjährigen Mittel in eine Periode hoher Niederschläge und entsprechend erhöhter Gebietsabflüsse. (5) Das investigative Monitoring beinhaltete die tägliche Beprobung der Spree in Spremberg-Wilhelmsthal, nach der Vorsperre Bühlow und in Bräsinchen für den Zeitraum vom Juli 2012 bis Oktober Durch Nutzung von Synergien mit anderen Projekten liegen fast 500 Datensätze zur Charakterisierung der Eisenbelastung und zur Analyse der Stoffdynamik des Eisens in der Spree sowie zur Bewertung des Eisenrückhalts in der Talsperre Spremberg vor. (6) Die Eisenbelastung der Spree in Spremberg-Wilhelmsthal lässt sich für den Zeitraum vom Juli 2012 bis Oktober 2013 im Mittel mit 4,5 mg/l bei einer Spanne von 2 bis 20 mg/l Eisen-gesamt kennzeichnen. Die höchsten Eisenkonzentrationen treten bei niedrigen Durchflüssen auf. Die mittlere Eisenfracht im Zulauf zur Talsperre kann mit kg/d beziffert werden. Hierin sind die zwei Sommerhochwässer vom Juli 2012 und Juni 2013 enthalten. Bei Niedrigund Mittelwasser liegt die mittlere Eisenfracht im Zulauf zur Talsperre bei kg/d.

9 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 5 (7) Im Ablauf der Talsperre Spremberg werden zwischen 0,5 und 2,0 mg/l Eisen gemessen. Der mittlere Rückhalt der Talsperre Spremberg (Vorsperre und Hauptsperre) beträgt aktuell kg/d Eisen bzw. anteilig 69 % der eingetragenen Eisenfracht. In den Sommermonaten und bei niedrigen Durchflüssen steigt der anteilige Eisenrückhalt bis 90 %. In den Wintermonaten liegt er überwiegend bei 60 %. Bei Hochwasser verringert sich der anteilige Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg ereignisbezogen bis auf 20 %. Bei höherer Wasserführung sind kaum Reserven für weitere Belastungssteigerungen vorhanden. Zu einer Resuspension von Talsperrensedimenten kam es bei dem außergewöhnlichen Hochwasser im Juni 2013 nachweislich nicht. (8) Allein in der Vorsperre Bühlow wird bei wenigen Stunden Verweilzeit im Mittel eine Eisenfracht von etwa kg/d bzw. anteilig 19 % zurückgehalten. In abflussarmen Sommermonaten erhöht sich der anteilige Eisenrückhalt bis auf 60 %. In abflussreichen Wintermonaten werden nur 10 % bis 15 % der Eisenfracht in der Vorsperre zurückgehalten. Bei Hochwasser kommt es zu einer Resuspension der eisenhaltigen Sedimente in der Vorsperre und zur Verfrachtung der Sedimente in die Hauptsperre. (9) Bei Normalbetrieb der Talsperre liegt die mittlere theoretische Verweilzeit der Spree in der Hauptsperre derzeit zwischen 8 und 20 Tage. Die kürzesten Verweilzeiten des realen Verweilzeitspektrums liegen deutlich darunter. Durch die wartungsbedingte Wasserspiegelabsenkung im Sommer 2013 halbierte sich die Verweilzeit. Unter sommerlichen Abflussbedingungen führte die verkürzte Verweilzeit nicht zum Austrag relevanter Eisenkonzentrationen. Die Talsperre Spremberg wurde jedoch für die Eisenausfällung flächenanteilig maximal in Anspruch genommen. Die höchste Eisenkonzentration im Auslauf der Talsperre wurde mit 2 mg/l beim Junihochwasser 2013 gemessen. Sie wurde vor allem durch die kurze Verweilzeit und die entsprechend verringerte Oxidationsrate von Eisen(II) verursacht. In Bezug auf die Wahrnehmbarkeitsschwelle wurde damit die Leistungsgrenze erreicht. (10) Im Tiefenprofil der Talsperre Spremberg werden keine relevanten physikalischen und chemischen Gradienten erfasst. Nur bei Hochwasser im Juni 2013 schichtete sich eisenreiches Wasser kurzzeitig oberflächennah ein. Die an den Stichtagen beobachteten horizontalen Gradienten der Wasserbeschaffenheit erklären sich aus der Dynamik der Stoffkonzentration im Zulauf und ihrer zeitlichen Transformation im Wasserkörper der Talsperre. (11) Die Raten und die chemische Zusammensetzung der neugebildeten Sedimente wurden mittels spezieller Sedimentfallen im Sommer und Frühherbst 2013 an sechs Punkten in der Talsperre Spremberg erfasst. Die Zusammensetzung der Frischsedimente variiert zeitlich, aber nicht räumlich. Stofflich handelt es sich hierbei um Mischsedimente, in den Silikate mit einem Massenanteil von 40 % bis über 60 % dominieren. Eisenhydroxide haben einen Anteil von 20 % bis 35 %. Der Organikanteil beträgt 10 % bis 20 % und verleiht den Frischsedimenten den Habitus eines Faulschlammes. Eine lockere Eisenschlammauflage, wie sie in anderen vergleichbaren Problemfällen beobachtet wird und die für eine Resuspension anfällig wäre, wird nicht beobachtet.

10 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 6 (12) Der flächengemittelte Sedimentzuwachs in der Talsperre Spremberg berechnet sich bei einem mittleren Eisenrückhalt von kg/d in der Hauptsperre aus dem mittleren Eisengehalt von 15 % im Trockenrückstand und einer mittleren Trockenrohdichte des konsolidierten Sediments von 0,1 bis 0,2 g/cm³ zu 1 bis 2 Zentimeter im Jahr. Der Mengenanteil des Eisens beträgt daran maximal 30 %. Der anteilige Volumenzuwachs des Sediments durch das Eisen ist deutlich niedriger, siehe These (11). Die Sedimentneubildung ist im Stauwurzelbereich 10 bis 20 Mal höher als im nördlichen Beckenbereich in der Nähe der Staumauer. In der Rate der Sedimentneubildung wird auf lange Zeit keine relevante Einschränkung der Talsperrenbewirtschaftung gesehen. (13) An fünf Stellen in der Talsperre Spremberg wurden die Mächtigkeit und die Zusammensetzung der abgelagerten Sedimente exemplarisch untersucht. Diese entsprechen in den oberen 5 bis 20 Zentimetern in ihrer stofflichen Zusammensetzung den Frischsedimenten. Diese Ablagerungen lassen sich dem Einfluss der erhöhten Eisenbelastung seit 2007 zuordnen. Aber auch in tieferen Sedimentlagen finden sich relevante Anteile von Eisen, die Beleg hoher Einträge früherer Zeiten sind. Das abgelagerte Sediment entspricht dem Typus einer Ockergyttja. (14) Unabhängig von der Sedimentrationsrate ist die stofflich Zusammensetzung der Sedimente in allen Bereichen der Talsperre nahezu gleich. Die Sedimente in der Talsperre Spremberg unterliegen einer Alterung, die als wesentliche Prozesse den Abbau organischer Substanz, die Reduktion, Mobilisierung und Umverteilung des Eisens im Profil sowie die Verdichtung des Sediments beinhaltet. Für die Frischsedimente lässt sich eine Trockenrohdichte von 0,02 bis 0,04 g/cm³ nachweisen. Innerhalb von zwei Wochen konsolidieren die Sedimente auf eine Trockenrohdichte von 0,1 bis 0,2 g/cm³. Im Vergleich zu Untersuchungen aus dem Jahr 1981 wurde nur ein verhältnismäßig geringer Mächtigkeitszuwachs der Sedimente in der Hautsperre festgestellt. (15) Die Talsperre Spremberg verliert im Mittel ca. 0,5 m³/s Oberflächenwasser durch Infiltration. Befürchtungen, dass der Grundwasserpfad eine maßgebende Eisensenke darstellt, konnten durch Messungen widerlegt werden. Grundwasserbeprobungen an zwölf Stellen auf der freiliegenden Talsperrensohle zeigten relativ niedrige Eisenkonzentrationen. (16) Zum Wasser- und Stoffhaushalt der Talsperre Spremberg wurde eine Systemanalyse auf der Basis von Tageswerten zur Wasserbeschaffenheit im Zulauf der Talsperre, an der Vorsperre Bühlow und im Ablauf der Talsperre, des Durchflusses der Spree und des Speicherinhaltes der Talsperre sowie der meteorologischen Daten durchgeführt. Anhand des konservativen Kennwertes Sulfat zeigt die Systemanalyse, dass die gemessene Stofftransformation in der Hauptsperre ausreichend genau durch ein hydrologisches Transformationsmodell als linear gekoppelte Mischreaktoren abgebildet werden kann. Die beste Anpassung für die Hauptsperre wurde mit einem 2-Reaktormodell erzielt.

11 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 7 (17) Die Stofftransformation des Eisens in der Talsperre Spremberg wird durch spezielle Zeitgesetze für die Eisen(II)oxidation und für die Ausfällung des Eisen(III)hydroxides beschrieben. Mit dem hydrologischen Transformationsmodell nach der These (16) und dem chemischen Reaktionsmodell werden die Messwerte für Eisen in der Talsperre gut widergespiegelt. Einschränkungen bei der Modellanpassung ergeben sich dadurch, dass die Temperatur, der Sauerstoffgehalt und der ph-wert nicht als tägliche Messwerte konsistent zur Verfügung stehen. Diese Kennwerte gehen in das Zeitgesetz der Eisen(II)oxidation ein. (18) Die verwendeten Modellansätze des für die Talsperre Spremberg entwickelten Transformations- und Reaktionsmodells haben sich als daten- und problemadäquat erwiesen und sind für die konkreten praktischen Fragestellungen zur Talsperre Spremberg ausreichend genau. Das Modell ist prognosefähig. Damit können Szenarien veränderlicher hydraulischer und stofflicher Belastungen der Talsperre Spremberg geprüft werden. (19) Der Handlungsbedarf leitet sich aus den Tatsachen ab, dass der Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg limitiert ist, was sich insbesondere bei Hochwasserereignissen zeigt, und da die Prognosen der zukünftigen Eisenbelastung in der Spree unsicher sind. Als Mindestforderung ist die Erhaltung des gegenwärtigen Zustandes anzusehen. Dafür müssen weitergehende Maßnahmen zur Verbesserung des Eisenrückhaltes in der Talsperre Spremberg, in der Spree vor der Talsperre Spremberg und/oder zur Minderung des Eiseneintrags in die Spree verfolgt werden. (20) Kurzfristig sind Maßnahmen vorzusehen, die das Rückhaltevermögen der Talsperre Spremberg sichern, um die Unterlieger zu schützen. Hierzu werden hydraulische und chemische Maßnahmen an der Vorsperre und in der Hauptsperre vorgeschlagen. Eine mittelfristige Alternative, das Selbstreinigungsvermögen der Spree zu verbessern, ist die Errichtung naturräumlicher Absetzbereiche im Nebenschluss zur Spree im Gebiet Spreewitz/Zerre. Eine Teilstrombehandlung der Kleinen Spree oder der Spree in Wasserbehandlungsanlagen am Industriestandort Schwarze Pumpe sind technische Alternativen zur Minderung der Eisenbelastung. Sie sind aber nur Teillösungen und sehr aufwändig. Die Verockerung der Spree und der Talsperre Spremberg lässt sich langfristig nur durch die konsequente Umsetzung des Barrierenkonzeptes der LMBV substantiell mindern. (21) Als erforderliche Arbeiten sind vor allem das tägliche Monitoring zur Wasserbeschaffenheit in der Talsperre Spremberg weiterzuführen und zu qualifizieren. Mit dem entwickelten und kalibrierten Transformations- und Reaktionsmodell für die Talsperre Spremberg sind Szenarien der Eisenbelastung und ihrer möglichen Beeinflussung zu betrachten und hieraus Bewirtschaftungs- und Handlungsempfehlungen abzuleiten. Zu den chemischen Sofortmaßnahmen werden Labor- und Feldversuche empfohlen. Zu den empfohlenen hydraulischen Maßnahmen an der Vorsperre und in der Hauptsperre sind Grundlagenermittlungen und Vorplanungen durchzuführen. Die Einrichtung naturräumlicher Absetzräume ist ebenfalls planerisch zu verfolgen.

12 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 8 1 Veranlassung und Aufgabenstellung Die Wasserbeschaffenheit der Spree ist in großen Teilen des Einzugsgebietes vom Braunkohlenbergbau geprägt. Seit 2007 ist eine Zunahme der Eisenkonzentration in der Spree im Bereich der Landesgrenze bis zum Einlauf in die Talsperre Spremberg zu verzeichnen. Die Wahrnehmbarkeitsschwelle des Eisens im Gewässer, die bei etwa 2 bis 3 mg/l Eisen-gesamt liegt, wird häufig überschritten. Der Zustand der Spree hat sich im Jahr 2012 weiter verschlechtert. Für die Verockerung der Spree ist hauptsächlich der fortschreitende Grundwasserwiederanstieg in den Sanierungsbereichen der LMBV, insbesondere im Gebiet des Zusammenflusses der Spree und der Kleinen Spree, ursächlich. Die vom LUGV beauftragte und im Dezember 2012 vorgestellte (erste) Studie zu Untersuchungen zur Eisen-Retention in der Talsperre Spremberg hatte als wichtigstes Ergebnis die Aussage, dass der Hauptteil des Eisens von der Hauptsperre und nicht von der Vorsperre Bühlow zurückgehalten wird. Die Funktion der Vorsperre Bühlow liegt im Rückhalt der mitgeführten Sedimente und Schwebstoffe. Sie wird bedarfsweise beräumt und das Baggergut entsorgt. Die gegenwärtige Datenlage reicht nicht aus, um konkrete Aussagen zu der Frage zu treffen, wie lange die Talsperre Spremberg in der Lage ist, die zuströmenden Eisenfrachten weiterhin zurückzuhalten bzw. zu verringern. Es ist dringend erforderlich, Untersuchungen des Wasserkörpers und des Sedimentes vorzunehmen. Es ist zu klären, ob und wie lange der Rückhalt des Eisens gewährleistet wird und welche Gegenmaßnahmen bei Nichtgewährleistung des Eisenrückhalts erfolgversprechend und zu planen sind. Mittels eines Seemodells sollen Prognosen zu Abscheideraten und zum Rückhaltevermögen in der Talsperre Spremberg getroffen werden. Das LUGV Brandenburg hat das Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann, Dresden im Ergebnis eines beschränkten Bieterwettbewerbs beauftragt, die weiterführenden Untersuchungen durchzuführen. Die Aufgabenstellung des LUGV beinhaltete folgende Leistungen: 1. Entnahme und Untersuchung von Wasserproben aus der Spree Die Wasserprobennahme erfolgt zu vier Terminen, die mit der Seebeprobung (Pos. 2) zu synchronisieren sind. An den Proben werden die Vor-Ort-Kennwerte sowie Eisen-gesamt und Eisen-gelöst gemessen. 2. Entnahme von Wasserproben aus der Talsperre Spremberg Die Wasserprobennahme erfolgt zu vier Terminen, die mit der Spreebeprobung (Pos. 1) zu synchronisieren sind. Die fünf Probennahmestellen sind vorgegeben. Die Probennahme wird an die Wassertiefen angepasst. An zwei tiefen Stellen werden jeweils zwei Wasserproben entnommen. Hier werden auch Tiefenprofile gemessen. Des Weiteren wird die Sichttiefe gemessen. An den Proben werden die Vor-Ort-Kennwerte sowie diverse chemische Kennwerte gemessen. Optional soll eine zusätzliche Beprobung in einem Hochwasserfall (>40 m³/s) und einem Niedrigwasserfall (<8 m³/s) durchgeführt werden.

13 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 9 3. Sedimentuntersuchungen Zu einem Termin der Wasserprobennahme aus der Talsperre (Pos. 2) sollen an allen fünf Stellen Sedimentkerne gestochen werden, um die Mächtigkeit und Beschaffenheit der Sedimentauflage zu bestimmen. Aus jedem Sedimentkern sollen drei Proben untersucht werden. Bei Notwendigkeit können weitere zwei Sedimentkerne entnommen werden. Bei der Sedimentprobennahme soll der Dichtungsteppich in der Talsperre nicht durchörtert werden. 4. Hochrechnung der zurückgehaltenen Eisenmengen Für die Hauptsperre sind die Eisenfrachten und Eisenretention zu ermitteln. Es sind Aussagen zu den Abscheideraten und zur Sedimentmächtigkeit abzuleiten. Das Rückhaltevermögen der Talsperre Spremberg ist auf der Basis eines geeigneten Hydrodynamik- und Wasserqualitätsmodells zu bewerten. Als Modelle werden CE-QUAL-W2, WASP oder ein gleichwertiges vorgeschlagen. Das Modell soll die Möglichkeit bieten, 1D-, 2D- und 3D- Berechnungen durchzuführen. 5. Abschätzung der Folgen für die Unterlieger (a) (b) (c) (d) in hydrochemischer und ökologischer Hinsicht bezüglich des Hochwasserschutzraumes der Talsperre Spremberg bezüglich der wirtschaftlichen Folgen für die Unterhaltung und den Betrieb der Talsperre Spremberg bezüglich der Erholungsnutzung 6. Schlussfolgerungen für erforderliche Gegenmaßnahmen 7. Dokumentation, Bewertung sowie Diskussion und Verteidigung der Ergebnisse Anstelle der vier Terminbeprobungen in der Spree gemäß der Pos. 1 hat der Auftragnehmer die Nutzung von Gewässergütedaten angeboten, die an drei Stellen in der Spree täglich erfasst werden. Die Daten werden im Rahmen des INKA BB-Teilprojektes 21 Instrumentarien für die nachhaltige regionale wasserwirtschaftliche Planung und Entwicklung Beispiel Lausitz erhoben. Den finanziellen Aufwand für die täglichen Probennahmen und die dazugehörige chemische Analytik tragen anteilig das BMBF, die LMBV und der Auftragnehmer. Der ursprünglich ausgeschriebene Leistungsumfang wurde um ein fachlich ergänzendes Nebenangebot des Auftragnehmers erweitert. Inhalt des Nebenangebotes war die Installation von Sedimentfallen an sechs unterschiedlichen Stellen in der Talsperre Spremberg, die halbmonatliche Erfassungen der Sedimentationsraten über einen Zeitraum von sechs Monaten und die chemische Untersuchung der wesentlichen Sedimentbestandteile. Zum Sprachgebrauch: Beim Eisen im Gewässer sind im Wesentlichen Eisen-gesamt, Eisen(III)hydroxid und Eisen(II)-gelöst zu unterscheiden. Wenn nachfolgend vereinfachend nur von Eisen gesprochen wird, ist damit immer Eisen-gesamt gemeint. In den anderen Fällen werden die vollständigen Bezeichnungen benutzt.

14 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 10 2 Durchgeführte Untersuchungen Zur Bearbeitung des vorliegenden Gutachtens wurden folgende Unterlagen verwendet: 2.1 Daten der Zuflüsse und Abflüsse, des Wasserspiegels und Stauinhaltes der Talsperre Spremberg in täglicher Auflösung vom LUGV Brandenburg Aktuelle Pläne zu den Stauzielen und dem Höhenplan der Becken der Talsperre Spremberg vom LUGV Brandenburg Daten zur Wasserbeschaffenheit der Spree vom LfULG und vom LUGV Daten zur Wasserbeschaffenheit der Spree und der Talsperre Spremberg aus dem BMBF-Projekt INKA-BB Teilprojekt 21 Instrumentarien für die nachhaltige regionale wasserwirtschaftliche Planung und Entwicklung Beispiel Lausitz in täglicher Auflösung Klimadaten der Stationen Cottbus und Görlitz vom DWD Hydroisohypsenpläne von der VEM Wasserbeschaffenheit der Spree Die Wasserbeschaffenheit der Spree wurde im Zeitraum vom bis im Rahmen des INKA BB Teilprojektes 21 Instrumentarien für die nachhaltige regionale wasserwirtschaftliche Planung und Entwicklung Beispiel Lausitz täglich durch einen ortsansässigen Mitarbeiter des Auftragnehmers an folgenden drei Messstellen erfasst: Messstelle 1180: Brücke in Spremberg Wilhelmsthal Messstelle 1190: Brücke bei Bühlow (Auslass der Vorsperre Bühlow) Messstelle 1200: Brücke in Bräsinchen Das Projekt INKA BB wird mit öffentlichen Mitteln vom BMBF finanziert und von der LMBV kofinanziert. Die Nutzung der Daten aus dem Projekt INKA BB für das vorliegende Gutachten wurde mit dem Teilprojektleiter Prof. Dr. habil. Uwe Grünewald vereinbart. Die Lage der Messstellen sowie der amtlichen Pegel ist in Bild 2 dargestellt. Markante Fotos der beprobten Messstellen zeigt Bild 1. Die Farbgraduierung kennzeichnet hier zugleich das Problempotential an den Messstellen. Bild 1: Messstellen an der Spree, links: Messstelle 1180 Spremberg-Wilhelmthal; Mitte: Messstelle 1190 Brücke Bühlow; rechts: Messstelle 1200 Brücke Bräsinchen (Probennahme )

15 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 11 Die Entnahme der Wasserproben aus der Spree erfolgte als Schöpfprobe aus der Strommitte. Die Filtration der Teilproben für die Bestimmung von Eisen-gelöst erfolgte vor Ort. Dafür wurden Cellulose-Acetat-Filter mit einer Porengröße von 0,45 µm verwendet. Die Proben wurden im Rhythmus von einer Woche bis maximal 14 Tagen zur chemischen Analyse an die ERGO Umweltinstitut GmbH Dresden übergeben. Das Kennwertespektrum der Wasseruntersuchungen ist in der Tabelle 1 zusammengefasst. Die Prüfberichte und die Probennahmeprotokolle sind in der Anlage 5 als CD beigelegt. Bräsinchen Hauptabflusspegel Talsperre Spremberg Beckenpegel 1200 Bräsinchen Talsperre Spremberg Bagenz Bühlow 1190 Sellessen 1180 Pegel Spremberg Süd Spremberg Bild 2: Lage der Fließgewässermessstellen und der amtlichen Pegel an der Spree im Zuund Abstrom der Talsperre Spremberg (nicht maßstäblich)

16 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 12 Tabelle 1: Kennwerte des Monitorings der Spree Kennwert Einheit Vorbehandlung Methode Elektrische Leitfähigkeit µs/cm DIN EN Sulfat mg/l DIN EN ISO Eisen-gesamt mg/l DIN EN ISO (E22) Eisen-gelöst mg/l Filtration vor Ort DIN EN ISO (E22) Mangan mg/l DIN EN ISO (E22) 2.2 Wasserbeschaffenheit der Talsperre Spremberg Am wurden in der Talsperre Spremberg feste Mess- und Probennahmestellen eingerichtet. Dazu wurden an fünf Stellen beschriftete Markierungsbojen ausgebracht. Die Messstellen wurden so platziert, dass möglichst alle morphometrisch relevanten Teilbereiche der Talsperre Spremberg repräsentativ erfasst werden. Die Lage der Messstellen ist in Bild 3 dargestellt. Die Koordinaten der Messstellen sind in der Tabelle 2 angegeben. M 05 Bräsinchen M 04 Bagenz M 03 M 02 M 01 Bühlow Sellessen Bild 3: Talsperre Spremberg mit Altlauf der Spree sowie der Lage der Seewassermessstellen (rot: einfache oberflächennahe Probenentnahme, grün: Tiefenprofile und tiefengestaffelte Probenentnahme) nicht maßstäblich

17 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 13 Tabelle 2: Lagekoordinaten der temporären Seewassermessstellen Messstelle Hochwert Rechtswert Bemerkung M M 02 M 03 alt alt Durch Diebstahl bzw. Vandalismus ging die Markierungsboje verloren neu neu und wurde an anderer Stelle ersetzt alt alt Durch Diebstahl bzw. Vandalismus musste die Markierungsboje neu neu versetzt werden M M Die Wasserbeschaffenheit der Talsperre Spremberg wurde von der LUG Engineering GmbH Cottbus mit Hilfe eines elektrobetriebenen Dreikammerschlauchbootes erfasst (Bild 4). Die Beprobungen der Talsperre Spremberg fanden monatlich und zwar am 24. Juni, 24. Juli, 20. August, 17. September und am 24. Oktober 2013 statt. An den zwei tiefsten Messstellen M 03 und M 05 im Hauptbecken der Talsperre (siehe Bild 3) wurden je zwei tiefenorientierte Wasserproben in Abhängigkeit von der gemessenen Wassertiefe entnommen. An diesen beiden Messstellen wurden zudem Tiefenprofile der physikalischen und hydrochemischen Leitkennwerte einschließlich der Trübung aufgenommen. An allen anderen Messstellen erfolgte die Probennahme etwa 0,5 Meter unter dem Wasserspiegel. Die mit Hilfe eines UWITEC-Schöpfers gewonnenen Proben wurden auf dem Boot in vorbereitete Probengefäße abgefüllt und gekühlt in einer Transportbox aufbewahrt. Die Erfassung der Vor-Ort-Kennwerte erfolgte ebenfalls direkt an den Messstellen vom Boot aus (Tabelle 3). Daneben wurde an allen fünf Messstellen zusätzlich die Sichttiefe aufgenommen. Die Proben wurden taggleich zur chemischen Analyse an die Lausitzer Analytik GmbH in Spremberg übergeben. Das Kennwertespektrum ist in der Tabelle 3 dargestellt. Die Prüfberichte und die Probennahmeprotokolle der Talsperrenbeprobungen sind in der Anlage 6 als CD beigelegt. Bild 4: Markierungsboje für die Beprobung der Wasserbeschaffenheit in der Talsperre, Durchführung der Probennahme durch die LUG Engineering GmbH Cottbus

18 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 14 Die Markierungsboje der Seewassermessstelle M 02 wurde Anfang Juli 2013 von Fremden entwendet. Um einen weiteren Verlust zu verhindern, wurde die Messstelle in Richtung des Schutzgebietes der Vogelinsel verlegt. Nach dem Diebstahl der Sedimentfalle SF 03 am wurde auch die Markierungsboje der Seewassermessstelle M 03 aus dem Nahbereich der Uferlinie entfernt. Ein Datenverlust bei der Erfassung der Wasserbeschaffenheit trat nicht ein. Tabelle 3: Kennwertespektrum der Wasseruntersuchungen zur Talsperre Spremberg Kennwert Einheit Methode Vor Ort Temperatur C DIN (C4) ph-wert DIN (C5) Trübung FNU EN ISO 7027 (C2) elektrische Leitfähigkeit µs/cm DIN EN ISO (C8) Sauerstoffsättigung % DIN EN (G22) Sauerstoffkonzentration mg/l DIN EN (G22) Redoxspannung mv DIN (C6) Labor ph-wert EN ISO Elektrische Leitfähigkeit µs/cm DIN EN Abfiltrierbare Stoffe mg/l DIN H2-1 K S4,3 bzw. K B4,3 mmol/l DIN H7 K S8,2 bzw. K B8,2 mmol/l DIN H7 DOC mg/l DIN EN 1484 TIC mg/l DIN EN 1484 TOC mg/l DIN EN 1484-H3 Chlorid mg/l DIN EN ISO Sulfat mg/l DIN EN ISO Phosphor gesamt mg/l DIN EN ISO 6878 Ortho-Phosphat-P mg/l DIN EN ISO 6878 Nitrat-Stickstoff mg/l DIN EN ISO Ammonium-Stickstoff mg/l DIN EN ISO (E23) Eisen gesamt mg/l DIN EN ISO (E22) Eisen gelöst mg/l DIN EN ISO (E22) Eisen (II) gelöst mg/l DIN E1 Natrium mg/l DIN EN ISO (E22) Kalium mg/l DIN EN ISO Calcium mg/l DIN EN ISO Magnesium mg/l DIN EN ISO 11885

19 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Sedimente in der Talsperre Spremberg Sedimentfallen Zur Ermittlung der Sedimentationsraten in der Talsperre Spremberg wurden am vom Auftragnehmer sechs Sedimentfallen ausgebacht und im Rhythmus von etwa 14 Tagen beprobt. Das Bergen und Entleeren der Fallen erfolgte mit Hilfe zweier elektrobetriebener Boote. Die Sedimentfallen wurden im Nahbereich der Seewassermessstellen platziert. Die Lage der Messstellen ist in Bild 5 dargestellt. In der Tabelle 4 sind die Koordinaten der Messstellen angegeben. Die Prüfberichte und die Probennahmeprotokolle sind in der Anlage 7 als CD beigelegt. Am wurden die Fallen nach vertragsgemäßer Erfüllung der Sedimentmessungen abgebaut. SF 05 Bräsinchen SF 06 SF 03 SF 04 Bagenz SF 02 SF 01 Bühlow Sellessen Bild 5: Schematische Darstellung der Talsperre Spremberg und des ursprünglichen Gewässerverlaufs der Spree sowie Lage der Sedimentfallen (nicht maßstäblich)

20 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 16 Tabelle 4: Lagekoordinaten der Sedimentfallen Messstelle Hochwert Rechtswert Bemerkung SF SF 02 SF 03 alt alt neu neu alt alt neu neu SF SF SF Durch Diebstahl bzw. Vandalismus ging die Markierungsboje verloren. Die Falle wurde bei niedrigerem Wasserstand wieder gefunden und versetzt Durch Diebstahl bzw. Vandalismus ging die Markierungsboje verloren die Falle wurde nicht mehr gefunden und musste ersetzt werden Zur Maximierung der aufgefangenen Sedimentmenge bei gleichzeitiger Minimierung des Gewichtes wurden vom Auftragnehmer entwickelte und bereits praktisch erprobte Trichterzwillingsfallen verwendet. Die Fallen bestehen aus je zwei Trichtern, die durch eine Halterung miteinander verbunden sind (Bild 6). Der untere Teil der Fallen besteht aus einem handelsüblichen IMHOFF-Trichter, der nach oben durch einen Aufsatz aus gefalztem Edelstahlblech verlängert wird. Der IMHOFF-Trichter gewährleistet das Erfassen des Schlammvolumens, die optische Kennzeichnung der Sedimente und eine Entnahme derselben durch eine Schrauböffnung. Die Auffangfläche einer Trichterzwillingsfalle beträgt 800 cm². Die Trichterfallen werden mit Hilfe eines Ankersteines auf dem Gewässergrund fest positioniert. Ein Auftriebskörper gewährleistet eine aufrechte Position der Falle im Wasser. Die Lage der Fallen wird mit Hilfe einer Markierungsboje sichtbar gemacht (Bild 6). Die Einbauhöhe z der Fallen über Grund betrug ca. 1,20 Meter. Der dadurch bedingte Sedimentverlust wird rechnerisch korrigiert. Boje Auftriebskörper h Einbautiefe unter Wasserspiegel Fallen Anker z Einbauhöhe über Grund Bild 6: Aufbau einer Trichterzwillingsfalle (links) und schematische Darstellung der Installation der Sedimentfallen in der Talsperre Spremberg (rechts)

21 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 17 Aufgrund von Wartungsarbeiten an der Staumauer der Talsperre Spremberg wurde der Wasserspiegel im Messzeitraum um etwa 2 Meter auf +90 m NHN abgesenkt. Um ein Kippen der Fallen zu vermeiden, wurden die Auftriebskörper so nah wie möglich an den Fallen angebracht, ohne dabei jedoch die Trichteröffnung abzuschatten. Die Lage der Fallen wurde so gewählt, dass der Wasserspiegel auch im abgesenkten Zustand der Talsperre 2,00 Meter nicht unterschreitet. Zur Entleerung wurden die Trichterfallen geborgen und an den Booten fixiert (Bild 7). Nach der Erfassung der Vor-Ort-Kennwerte das Wassers (Temperatur, ph-wert, elektrische Leitfähigkeit, Redoxpotential, Wassertiefe) wurden die Fallen abgeschöpft und gehoben. Es folgten die Aufnahme (Sedimentvolumen, Färbung, Zusammensetzung nach optischer Ansprache) und das Abfüllen der Sedimente (Bild 7). Die Sedimente wurden in große Flaschen abgefüllt. Die Flaschen wurden gekühlt gelagert und taggleich an die Lausitzer Analytik GmbH in Spremberg übergeben. Das Kennwertespektrum zur Untersuchung der Frischsedimente ist in der Tabelle 5 aufgelistet. Vor dem erneuten Einsetzen der Fallen wurden die Trichter gereinigt (Bild 7) und gegebenenfalls die Position der Fallen korrigiert. Bergen der Fallen Aufnahme der Vor-Ort-Kennwerte Heben der Fallen, Ansprache und Abfüllen der Sedimente Reinigen der Trichterfallen Bild 7: Beprobung der Sedimentfallen

22 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 18 Tabelle 5: Gesamtmasse Kennwertespektrum für die Untersuchung der Sedimente aus den Trichterfallen Kennwert Einheit DIN g Trockenrückstand Ma.-% DIN ISO Glührückstand Ma.-% DIN EN TC Ma.-% DIN EN TOC Ma.-% DIN EN Eisen mg/kg TR DIN EN ISO Aluminium mg/kg TR DIN EN ISO Silizium mg/kg TR DIN EN ISO Zwischen dem und wurde die Markierungsboje der Sedimentfalle SF 02 von Fremden entwendet. Infolge dessen konnte die Falle nicht geborgen werden. Durch die weitere Absenkung des Wasserspiegels der Talsperre war es schließlich möglich, die Falle am über den an der Wasseroberfläche treibenden Auftriebskörper zu orten, zu bergen und zu beproben. Um einen nochmaligen Verlust durch Vandalismus zu vermeiden, wurde die Falle weiter in Richtung der Vogelinsel verlegt. Zwischen dem und wurde die Markierungsboje der Sedimentfalle SF 03 von Fremden entwendet. Aufgrund der Wassertiefe von etwa 3 Meter an der Position der Sedimentfalle SF 03 war es während des gesamten Messzeitraumes nicht möglich, die Falle zu bergen. Um den Datenverlust zu minimieren, wurde eine neue Falle weiter von der Uferlinie entfernt ausgebracht. Der Verlust der Falle SF 03 hatte einen Datenverlust von zwei Messungen bzw. 4 Wochen an dieser Messstelle zur Folge.

23 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Sedimentkerne Zur Erfassung der Mächtigkeit und der Zusammensetzung der in der Talsperre Spremberg liegenden Altsedimente wurden am exakt an den Seewassermessstellen Sedimentkerne aus dem Talsperrengrund entnommen (Bild 3). Das Stechen der Sedimentkerne erfolgte mit einem Sedimentstecher der Marke UWITEC Corer 60. Um die gesamte Sedimentmächtigkeit zu erfassen, wurde der Sedimentstecher über Fallgewichte soweit nach unten getrieben, bis die gewachsene Sohle der Talsperre angeschnitten wurde. Nach der Entnahme der Sedimentkerne wurden diese beschriftet und versiegelt (Bild 8). Vor Ort folgte eine erste optische Aufnahme der Kerne (Mächtigkeit der Sedimente, Färbung, Strukturen). Nach der Entnahme der Kerne wurden diese vor Ort mit Trockeneis tiefgefroren und in das Labor transportiert (Bild 8). Bild 8: Sedimentprobennahme in der Talsperre Spremberg, links: Einsatz des Sedimentstechers; Mitte: gestochene Sedimente der Messstellen 1 bis 5 (von rechts nach links); rechts: Transportbehälter der Sedimentkerne Am erfolgten im Labor des Auftragnehmers eine detaillierte Ansprache der Sedimentkerne und die Entnahme von Teilproben. Dazu wurden die tiefgefrorenen Kerne im Ganzen aus den PVC-Rohren entnommen und aufgeschnitten (Bild 9). Nach der Kernansprache wurden Teilproben entnommen und für die Feststoffanalyse vorbereitet. Die Analyse der Sedimente erfolgte durch die Lausitzer Analytik GmbH Schwarze Pumpe. Das Kennwertespektrum ist in der Tabelle 6 zusammengefasst. Der Prüfbericht ist in der Anlage 7 als CD beigelegt. Ein Teil der Kerne wurde beim Auftragnehmer aufbewahrt. Nach dem Trocknen der Sedimente wurde die Kernansprache weiter präzisiert. Dabei wurde das in den Sedimenten enthaltene Eisen infolge der Oxidationsprozesse sichtbar (Bild 9).

24 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 20 Bild 9: Sedimentkern SK 01 bei der Öffnung der Kerne am (oben); Sedimentkern SK 01 im getrockneten Zustand am (unten) Tabelle 6: Kennwertespektrum für die Untersuchung der Sedimentkerne Kennwert Einheit Methode Trockenrückstand Ma.-% DIN ISO Glührückstand Ma.-% DIN EN TC Ma.-% DIN EN TIC Ma.-% DIN ISO TOC Ma.-% DIN EN Calcium mg/kg TR DIN EN ISO Phosphor mg/kg TR DIN EN ISO Mangan mg/kg TR DIN EN ISO Eisen mg/kg TR DIN EN ISO Aluminium mg/kg TR DIN EN ISO Silizium mg/kg TR DIN EN ISO 11885

25 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Grundwasseruntersuchung Der abgesenkte Zustand der Talsperre Spremberg bot im Sommer des Jahres 2013 die seltene Gelegenheit, das Grundwasser unmittelbar unter der Talsperrensohle zu beproben. Damit sollte geklärt werden, ob das in der Talsperre sedimentierte Eisen in einem relevanten Umfang reduziert wird und welcher Anteil davon mit dem Grundwasser abtransportiert wird. Zu diesem Zweck wurden von der ERGO Umweltinstitut GmbH Dresden im Zeitraum vom bis tiefenorientierte Grundwasserproben in den freiliegenden Sohlbereichen der Talsperre entnommen. (Bild 10). Bräsinchen B 07 B 08 B 03 B 01 B 02 Bagenz B 09 B 10 B 11 B 12 B 04 B 06 B 05 Bühlow Sellessen Bild 10: Talsperre Spremberg mit Isohypsenplan von 2012 (Quelle: VEM), der Uferkontur bei einer Absenkung des Wasserspiegels auf +90 m NHN und der Lage der Bohrpunkte für die tiefenorientierten Grundwasseruntersuchungen (nicht maßstäblich)

26 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 22 Der Bau von fest installierten Grundwassermessstellen war aufgrund der gegebenen Bedingungen nicht möglich. Aus diesem Grund wurden die geplanten 12 Bohrstellen mittels Rammkernsondierung aufgeschlossen und mit einem Hohlraumgestänge, in welchem sich ein sogenanntes Multilevel-Lost-Pumpensystem befindet, besetzt (Bild 11 links). Mit Hilfe dieser Multilevelpegel wurde Grundwasser aus 1 Meter, 2 Meter und 3 Meter Tiefe entnommen. Während der Probennahmen wurden die Vor-Ort-Kennwerte Temperatur, ph-wert, elektrische Leitfähigkeit, Sauerstoff und Redoxpotential erfasst. Die Säurekapazität K S4,3 wurde ebenfalls vor Ort bestimmt (Bild 11 rechts). Nach der Beprobung wurden die Multilevelpegel entfernt und die Bohrlöcher abwechselnd mit Filtersand und schnell abbindenden Tonpellets rückverfüllt. Der Prüfbericht und die Probennahmeprotokolle sind in der Anlage 8 als CD beigelegt. Während der Bohrarbeiten wurden die erbohrten Sedimente lithologisch angesprochen. Die Schichtverzeichnisse sind ebenfalls auf der CD in der Anlage 8 enthalten. Bild 11: Grundwasserbeprobung unter der Talsperrensohle (links: Multilevel-Pumpen- Lanze; rechts: Beprobung der Messstelle B 12)

27 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 23 3 Auswertung der Daten 3.1 Wassermengen Durchflüsse der Spree Zur Kennzeichnung der Abflussverhältnisse der Spree im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg wurden die Daten der in der Tabelle 7 aufgeführten behördlichen Durchflusspegel ausgewertet. Für die LUGV-Pegel Spremberg, Bräsinchen und Cottbus lagen bis zum Ende des hydrologischen Jahres 2012 Tagesmittelwerte des Durchflusses vor. Für das laufende hydrologische Jahr 2013 wurden zu diesen Pegeln die 7:00 Uhr-Terminwerte des Durchflusses als unkorrigierte Werte zur Verfügung gestellt. Zum LfULG-Pegel Spreewitz waren für den engeren Betrachtungszeitraum von November 2011 bis November 2013 die Tagesmittelwerte des Durchflusses verfügbar. Tabelle 7: Durchflusspegel an der Spree Pegel Pegelnummer Betreiber Art der Durchflussdaten Spreewitz LfULG Sachsen Tagesmittelwerte Spremberg LUGV Brandenburg Bräsinchen LUGV Brandenburg Cottbus LUGV Brandenburg bis (11/2012): Tagesmittelwerte ab (11/2012): 7:00 Uhr-Werte bis (11/2012): Tagesmittelwerte ab (11/2012): 7:00 Uhr-Werte bis (11/2012): Tagesmittelwerte ab (11/2012): 7:00 Uhr-Werte Der Pegel Spremberg kennzeichnet den Zufluss zur Talsperre Spremberg und der Pegel Bräsinchen den Ablauf der Talsperre. Da nach Aussage des LUGV das Profil des Pegels Bräsinchen bei Durchflüssen größer 60 m³/s ausufert, wurde im Folgenden der Pegel Cottbus zur Bewertung der Abflussverhältnisse unterhalb der Talsperre herangezogen. Das natürliche Wasserdargebot der Spree im Zufluss der Talsperre Spremberg ist durch die Flutung und Ausleitung der Bergbaufolgeseen sowie durch die Sümpfungswassereinleitungen des aktiven Braunkohlenbergbaus überprägt. Tendenziell sind die Durchflüsse der Spree seit Mitte der 1990er Jahre rückläufig, was primär auf die Strukturänderungen im aktiven und Sanierungsbergbau zurückzuführen ist. In Bild 12 sind die Jahresmittelwerte der Durchflüsse an den Pegeln Spreewitz, Spremberg und Cottbus für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2013 dargestellt. Der mittlere Durchfluss am Pegel Spremberg in diesem Zeitraum betrug 12,7 m³/s, der mittlere Durchfluss am Pegel Cottbus betrug rund 12,5 m³/s. In den niederschlagsreichen Jahren 2010 bis 2013 war das Jahresmittel des Durchflusses an diesen Pegeln etwa doppelt so hoch. In den relativ niederschlagsarmen Jahren 2004 und 2007 lag der mittlere Jahresdurchfluss an diesen Pegeln zwischen 6 und 9 m³/s.

28 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Mittlerer Durchfluss [m³/s] Pegel Spreewitz Pegel Spremberg Pegel Cottbus Bild 12: Mittelwerte der Durchflüsse in der Spree im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2013 Die Jahre 2010 bis 2013 waren sehr niederschlagsreich. Die sommerlichen Niederschläge in den Jahren 2012 und 2013 überstiegen das langjährige Mittel der Klimanormalperiode (1961 bis 1990) um das Dreifache (Bild 13). Während im langjährigen Mittel an der Station Görlitz eine Niederschlagsumme von etwa 470 mm gemessen wurde, fiel im Jahr 2012 etwa 800 mm und im Jahr 2013 etwa 640 mm Niederschlag. Dies zeigte sich entsprechend in den Durchflüssen der Spree. Niederschlag [mm] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Bild 13: Vergleich der Monatssummen der Niederschläge an der Station Görlitz in der Klimanormalperiode von 1961 bis 1990 sowie in den Jahren 2012 und 2013

29 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 25 In Bild 14 sind die Ganglinien der Durchflüsse an den Pegeln Spremberg und Cottbus für die hydrologischen Jahre 2012 und 2013 dargestellt. Der mittlere Durchfluss am Pegel Spremberg betrug in diesem Zeitraum 20,8 m³/s. Der mittlere Durchfluss am Pegel Cottbus betrug 20,6 m³/s. Die Ganglinien zeigen eine typische Abflussdynamik mit niedrigeren Abflüssen im Sommerhalbjahr und höheren Abflüssen im Winterhalbjahr. Im Sommerhalbjahr lagen die Durchflüsse an beiden Pegeln zwischen 10 und 20 m³/s. Im Winterhalbjahr stiegen die Durchflüsse auf etwa 30 bis 40 m³/s, wobei am Pegel Spremberg vereinzelte Abflussspitzen bis 60 m³/s auftraten. In beiden Jahren traten sehr große Sommerhochwasser auf. Diese führten im Juli 2012 und im Juni 2013 im Zulauf der Talsperre Spremberg zu Spitzenwerten der Durchflüsse von 75 bzw. 150 m³/s (vgl. Bild 14). Durch den Wasserrückhalt in der Talsperre Spremberg wurden diese Abflussspitzen gedämpft. Am Pegel Cottbus wurden im Juli 2012 und im Juni 2013 Spitzenabflüsse von 50 bzw. 80 m³/s gemessen (Bild 14). Das in der Talsperre zurückgehaltene Wasser wurde nach den Hochwasserereignissen zeitverzögert wieder abgegeben, wodurch die Durchflüsse im Unterlauf der Talsperre langsamer abnahmen als im Zulauf. Bild 14: Durchfluss der Spree in Spremberg (Zufluss zur Talsperre), Speicherfüllung der Talsperre und Abfluss aus der Talsperre (Pegel Cottbus)

30 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Wassermengenbilanz der Talsperre Spremberg Für Aussagen zum Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg sowie dessen modellgestützter Abbildung sind Betrachtungen zur Wassermengenbilanz der Talsperre erforderlich. Die Änderung des Speicherinhalts der Talsperre Spremberg wird durch den nachstehenden Ansatz beschrieben: mit Volumen der Talsperre in [m³] Volumenstrom des Oberflächenzuflusses der Talsperre in [m³/s] Volumenstrom des Oberflächenabflusses der Talsperre in [m³/s] Volumenstrom des Grundwasserabstroms der Talsperre in [m³/s] Volumenstrom der klimatischen Wasserbilanz der Talsperre in [m³/s] Der Volumenstrom der klimatischen Wasserbilanz ergibt sich nach folgendem Zusammenhang: mit Volumenstrom der klimatischen Wasserbilanz der Talsperre im Zeitschritt t in [m³/s] Niederschlagshöhe über der Talsperre im Zeitschritt t in [m] Verdunstungshöhe über der Talsperre im Zeitschritt t in [m] Wasserfläche der Talsperre als Funktion des Wasserstandes im Zeitschritt t in [m²] Zeitschrittweite in [s] Das Volumen und die Wasserfläche der Talsperre werden nicht direkt gemessen, sondern indirekt aus dem Wasserstand und der Morphometrie der Talsperre abgeleitet. Vom LUGV wurden die Daten zu den Wasserständen der Talsperre für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2013 zur Verfügung gestellt. Für die Jahre 2000 bis 2012 liegen die Tagesmittelwerte der Wasserstände vor. Für das Jahr 2013 stehen die 7:00 Uhr-Terminwerte der Wasserstände zur Verfügung. Die Morphometrie der Talsperre wurde vom LUGV in tabellarischer Form als Wasserstand-Volumen-Seeflächen-Beziehung übergeben. Im Rahmen dieser Bearbeitung wurde die im Jahr 2011 aufgestellte Beziehung verwendet [IBTW 2011]. In Bild 15 sind die Ganglinien des Wasserstandes und des Volumens der Talsperre Spremberg für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2013 dargestellt. Die Ganglinien zeigen für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2009 die typische Dynamik eines Jahrspeichers mit niedrigem Füllstand zum Beginn des hydrologischen Winterhalbjahres und hohem Füllstand zu Beginn des Sommerhalbjahres. Die innerjährliche Dynamik der Speicherfüllung ist durch die Zielstellungen des Talsperrenbetriebs bedingt. Dies sind vor allem der Hochwasserschutz sowie die Niedrigwasser-

31 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 27 aufhöhung in den unterhalb gelegenen Gebieten, insbesondere dem Spreewald. Dies ist an der in Bild 15 dargestellten Inanspruchnahme der verschiedenen Stauräume der Talsperre zu erkennen. Der Hochwasserrückhalteraum wird im Allgemeinen durch Hochwasserereignisse im Frühjahr in Anspruch genommen. Der Inhalt des Betriebsraums wird typischerweise für die Niedrigwasseraufhöhung in den trockenen Sommermonaten beansprucht. Die grundsätzliche Zielstellung im Normalbetrieb der Talsperre ist unter Beachtung der Abflussverhältnisse die Vollfüllung des Betriebsraums (Stauziel +92,00 m NHN). In den hydrologischen Jahren 2010 bis 2013 ist die beschriebene Jahresdynamik nicht mehr erkennbar. Dies ist auf die Absenkung des Stauspiegels im Rahmen von Sanierungsarbeiten an der Staumauer und dem Talsperrenablauf sowie auf die Hochwasserereignisse in diesem Zeitraum zurückzuführen. Die Bewirtschaftung der Talsperre im Betrachtungszeitraum von 2012 bis 2013 entspricht somit nicht dem Normalbetrieb Nov 1999 Mai 2000 Nov 2000 Mai 2001 Nov 2001 Mai 2002 Nov 2002 Volumen der Talsperre [Mio. m³] Wasserstand der Talsperre [m NN] Mai 2003 Nov 2003 Mai 2004 Nov 2004 Mai 2005 Nov 2005 Mai 2006 Nov 2006 Mai 2007 Nov 2007 Mai 2008 Nov 2008 Mai 2009 Nov 2009 Mai 2010 Nov 2010 Mai 2011 Nov 2011 Mai 2012 Nov 2012 Mai 2013 Nov 2013 Totraum Reserveraum Betriebsraum gewöhnlicher HW-Rückhalteraum Wasserstand Talsperre Bild 15: Ganglinien des Wasserstandes und des in die verschiedenen Stauräume aufgeteilten Volumens der Talsperre Spremberg für die hydrologischen Jahre 2000 bis 2013 Aus der Talsperre Spremberg versickert Wasser in den Grundwasserabsenkungstrichter des Tagebaus Welzow-Süd. Die Versickerungsrate wurde aus dem behördlichen Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo Spree-Schwarze Elster übernommen. Hier ist für die Bewirtschaftungsperiode von 2013 bis 2018 ein mittlerer Grundwasserabstrom von 0,5 m³/s angesetzt. Der Ursprung des angegebenen Wertes konnte nicht recherchiert werden. Die Größenordnung der Versickerungsrate wurde vom LUGV bestätigt. In den folgenden Ausführungen zur Wassermengenbilanz (Abschnitt 4.1) sowie bei der Modellierung des Eisenrückhalts (Abschnitt 4.3) wird von dem genannten mittleren Grundwasserabstrom ausgegangen.

32 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 28 Zur Berechnung der klimatischen Wasserbilanz der Talsperre Spremberg wurden die öffentlich zugänglichen Klimadaten der DWD-Station Cottbus verwendet. Die Verdunstung von der Wasserfläche der Talsperre wurde nach dem Dalton-Verfahren berechnet [DVWK 1996]. Die Seefläche wurde über die entsprechende Beziehung aus den Messwerten des Wasserstandes abgeleitet. Bild 16: Ganglinien der Wasserbilanzgrößen und des Volumens der Talsperre Spremberg für die hydrologischen Jahre 2012 und 2013 (Volumenströme größer 100 m³/s sind abgeschnitten) In Bild 16 sind die Ganglinien aller Wasserbilanzgrößen sowie des Talsperrenvolumens für den Betrachtungszeitraum der hydrologischen Jahre 2012 und 2013 dargestellt. Aus der Darstellung wird deutlich, dass die Wassermengenbilanz der Talsperre vom Zufluss aus der Spree und dem Abfluss in die Spree dominiert wird. Die Bilanzgrößen Versickerung, Verdunstung und Niederschlag beeinflussen die Wasserbilanz nur in geringem Maße. Dies zeigt sich auch bei dem in Bild 17 dargestellten Vergleich der fünf Bilanzgrößen. Demnach haben Zufluss und Abfluss im Mittel einen Bilanzanteil von rund 98 %. Die restlichen 2 % entfallen auf den Niederschlag, die Verdunstung und die Versickerung.

33 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 29 Abfluss 48,79% Versickerung 1,19% Verdunstung 0,55% Niederschlag 0,27% Zufluss 49,20% Zufluss Abfluss Versickerung Verdunstung Niederschlag Bild 17: Mittlere Anteile der Bilanzgrößen Zufluss, Abfluss, Versickerung, Niederschlag und Verdunstung an der Wassermengenbilanz der Talsperre Spremberg für die hydrologischen Jahre 2012 und 2013

34 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Wasserbeschaffenheit Bisherige Entwicklung Zur Kennzeichnung der Wasserbeschaffenheit der Spree im Untersuchungsgebiet wurden die Daten der amtlichen Gütemessstellen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (LfULG) und des Landesamtes für Umwelt, Geologie und Verbraucherschutz Brandenburg (LUGV) ausgewertet (Tabelle 8). Die Lage der Messstellen ist in Bild 18 dargestellt. Cottbus Cottbus Sandower Brücke Frauendorf Bräsinchen Bräsinchen Talsperre Spremberg Bagenz Bühlow uh. Vorsperre Bühlow Sellessen Spremberg-Süd Spremberg Trattendorf Zerre F 2140 Zerre Spreewitz Spreewitz Bild 18: Spree und der Talsperre Spremberg mit der Lage der amtlichen Güte- und Durchflussmessstellen (nicht maßstäblich)

35 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 31 Die verfügbaren Beschaffenheitsdaten der Gütemessstellen in der Tabelle 8 wurden als Zeitreihen im Kontext mit dem Durchfluss des jeweiligen Bezugspegels dargestellt (Anlage 1). Zum weiteren Vergleich der Gruppen der Wasserbeschaffenheit wurden zudem Boxplots (so genannte Kastengrafiken) 1 benutzt. Tabelle 8: Fließgewässer Spree Relevante Gütemessstellen und deren Bezugspegel zur Bewertung der Wasserbeschaffenheit im Untersuchungsgebiet Gütemessstelle Lagekoordinaten Zerre F Spreewitz HW RW Bezugspegel für den Durchfluss Spremberg Süd Spremberg Süd uh. Vorsperre Bühlow Spremberg Süd Bräsinchen uh. Talsperre Bräsinchen uh. Talsperre Cottbus Sandower Brücke Cottbus Sandower Brücke Die Messstelle Zerre (F2140) kennzeichnet die Spree auf sächsischer Seite. Mit der Inbetriebnahme der GWBA Tzschelln (VEM) im Mai 2005 wird ein deutlicher Anstiegs der Sulfatkonzentration festgestellt (Bild 19). Dabei handelt es sich um keine zusätzliche Fracht, sondern um die entsprechende Teilfracht, die vor 2005 über den Industriekanal in die Spree eingeleitet wurde. Im Jahr 2009 wurde außerdem die Einleitstelle des Industriekanals etwa 2 Kilometer nach Oberstrom, d. h. vor die Messstelle Zerre verlegt, was zu einem weiteren Bruch in der Datenreihe führte. Bild 19: Sulfatkonzentration in der Spree stromoberhalb und stromunterhalb der Talsperre Spremberg im überjährigen Vergleich 1 Die Boxplots haben folgende Bedeutung: Das farbige Rechteck umfasst die nach der Größe geordneten Messwerte zwischen dem 25- und 75-Perzentil und somit 50 % aller Messwerte. Die horizontale Linie in dem farbigen Rechteck kennzeichnet den Median (50-Perzentil). An das farbige Rechteck schließen sich oberhalb und unterhalb vertikale Linien an. Der gesamte Bereich zwischen den Enden der Linien umfasst etwa den Bereich zwischen dem 5- und 95-Perzentil und somit etwa 90 % aller Messwerte. Ausreißer und Extremwerte sind als Kreise dargestellt. Auf der Abszisse ist der Stichprobenumfang (N) für jeden Boxplot angegeben.

36 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 32 Das Wasser der Spree wies an der Gütemessstelle Zerre bis Ende 2011 einen mittleren ph-wert von etwa 7,5 auf (Bild 20). Seit Anfang 2012 sinkt der ph-wert. Aktuell liegt der mittlere ph-wert an der Messstelle Zerre bei etwa ph 6,5. Die Verringerung des ph-wertes kann bis zur Messstelle Bräsinchen nach Passage der Talsperre Spremberg in gedämpfter Form nachverfolgt werden (Bild 20). Nach der Vorsperre Bühlow liegt der ph-wert aktuell bei etwa ph 7,0. Unterhalb der Talsperre Spremberg liegt der ph-wert im Mittel bei ph 7,3. Gütemessstelle Zerre (F2140) mit Bezugspegel Spreewitz Gütemessstelle Spremberg (20.923) mit Bezugspegel Spremberg-Süd Gütemessstelle uh. Vorsperre Bühlow (20.926) mit Bezugspegel Spremberg-Süd Gütemessstelle Bräsinchen (20.927) mit Bezugspegel Bräsinchen Bild 20: Entwicklung des ph-wertes der Spree zwischen Zerre und Bräsinchen im Zeitraum von 2002 bis 2013 Die Säurekapazität K S4,3 ist wie die Sulfatkonzentration negativ zum Durchfluss korreliert. Das Flusswasser ist im Winter bei höheren Durchflüssen schwächer gepuffert als im Sommer bei niedrigeren Durchflüssen. Das Wasser der Spree ist mit einer mittleren Säurekapazität K S4,3 von 1,0 bis 1,5 mmol/l ganzjährig gut gepuffert (Anlage 1). Die Konzentration von Eisen-gesamt in der Spree hat sich seit dem Jahr 2007 an den Gütemessstellen F2140 in Zerre und in Spremberg von 1 bis 2 mg/l auf 3 bis 8 mg/l erhöht (Bild 21 rechts oben). Eine Erhöhung der Eisenkonzentration ist auch in der Messstelle in Bräsinchen unterhalb der Talsperre Spremberg messbar. Bei einer Basiskonzentration von 0,5 bis 1,0 mg/l bei Niedrig- und Mittelwasser erhöht sich die Eisen-gesamt-Konzentration bei Hochwasser ereignisbezogen auf 1 bis 2 mg/l (Bild 21 rechts unten).

37 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 33 Durch die Rückhaltewirkung der Vorsperre Bühlow wird die Eisenkonzentration von ca. 4 bis 6 mg/l auf etwa 3 bis 4 mg/l im Mittel verringert. Nach der Passage der Talsperre Spremberg geht die Eisen-gesamt-Konzentration auf weniger als 1 bis 2 mg/l zurück (Bild 21 und Anlage 1)., Gütemessstelle Zerre (F2140) mit Bezugspegel Spreewitz Gütemessstelle Spremberg (20.923) mit Bezugspegel Spremberg-Süd Gütemessstelle uh. Vorsperre Bühlow (20.926) mit Bezugspegel Spremberg-Süd Gütemessstelle Bräsinchen (20.927) mit Bezugspegel Bräsinchen Bild 21: Entwicklung der Eisenkonzentration der Spree zwischen Zerre und Bräsinchen im Zeitraum von 2002 bis 2013 Bild 22: Eisen-gesamt-Konzentration in der Spree stromoberhalb und stromunterhalb der Talsperre Spremberg im überjährigen Vergleich

38 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 34 An den Messstellen Zerre und Spremberg ist die Konzentration von Eisen-gelöst, das fast ausschließlich Eisen(II) darstellt, von zuvor überwiegend < 0,5 mg/l auf derzeit etwa 1 bis 2 mg/l gestiegen (Bild 23). Infolge der fortschreitenden Oxidation geht die Konzentration von Eisen-gelöst bereits in der Vorsperre Bühlow auf Werte unter 1 mg/l zurück. Die Eisen-gelöst-Konzentration wird in der Talsperre Spremberg vergleichsweise wenig verringert (Zeitfenster in Bild 23), was hier aber auf den nicht repräsentativen Datensatz für die Messstelle Bräsinchen zurückzuführen ist. Bis Cottbus (Messstelle ) verringert sich die Eisen-gelöst- Konzentration auf Werte deutlich unter 0,5 mg/l (Bild 23) und ist damit von der natürlichen Hintergrundbelastung nicht mehr zu unterscheiden. Bild 23: Eisen-gelöst-Konzentration in der Spree stromoberhalb und stromunterhalb der Talsperre Spremberg im überjährigen Vergleich

39 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Spree im Zulauf und Vorsperre Bühlow Die Vorsperre Bühlow und die Hauptsperre tragen maßgeblich zum Rückhalt des Eisens und damit zum Schutz des unterstromigen Gewässersystems bei. Zur genauen Beschreibung der Wasserbeschaffenheit der Spree im Zulauf zur Talsperre und zur Abschätzung des Rückhaltevermögens der Vorsperre Bühlow und der Hauptsperre wurden zeitlich hoch aufgelöste Messungen durchgeführt (siehe Abschnitt 2.1). Die Lage der relevanten Messstellen im Zulauf der Talsperre ist in Bild 24 dargestellt. Hauptsperre Bühlow 1190 uh. Vorsperre Bühlow Sellessen Vorsperre Bühlow 1180 Spremberg Wilhelmsthal Pegel Spremberg Süd Spremberg Bild 24: Messstellen der Spree im Zulauf zur Talsperre Spremberg Die Messstelle 1180 in Spremberg-Wilhelmsthal kennzeichnet die Wasserbeschaffenheit der Spree im Zulauf zur Vorsperre Bühlow. An dieser Messstelle wurden Eisenkonzentrationen zwischen 2 und 20 mg/l gemessen (Bild 25). Im Mittel liegt die Konzentration von Eisen-gesamt hier bei 4,5 mg/l. Die höheren Eisen-gesamt- Konzentrationen wurden bei Durchflüssen unter 20 m³/s gemessen (Bild 26 links). Mit steigenden Durchflüssen ist die Eisenkonzentration durch Verdünnung in der Regel rückläufig. Die Schlammresuspension während einzelner Hochwasserereignisse führte ereignisbezogen zu erhöhten Eisenkonzentrationen (Bild 26 links).

40 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Eisen-gesamt [mg/l] Q Pegel Spremberg [m³/s] Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Durchfluss Pegel Spremberg Eisen Spremberg Wilhelmstal Eisen Vorsperre Bühlow Bild 25: Eisen-gesamt-Konzentration im Zulauf und Ablauf der Vorsperre Bühlow (rote Markierung: Phasen mit hohem Eisenrückhalt; grüne Markierung: Phasen mit Eisenremobilisierung) Durch die Rückhaltewirkung der Vorsperre Bühlow wird die Eisen-gesamt-Konzentration auf Werte zwischen 2 und 8 mg/l verringert (Bild 25). Die mittlere Konzentration von Eisen-gesamt liegt an der Messstelle 1190 (Bühlow) am Auslauf der Vorsperre Bühlow bei etwa 3,5 mg/l. Ein starker Eisenrückhalt wird besonders während sommerlicher Niedrigwasserabflüsse deutlich: im August 2012, Mai 2013, Juli 2013 und August 2013 (rote Markierung in Bild 25), wo gleichzeitig hohe Lufttemperaturen und entsprechend höhere Wassertemperaturen herrschen. Hydrologisch vergleichbare Niedrigwasserabflüsse in den Herbstmonaten, z. B. von September bis November 2012, haben nicht diese hohe Rückhaltewirkung. Kurzzeitig war die Eisenkonzentration am Auslauf der Vorsperre höher als im Zulauf (grüne Markierung in Bild 25). Dieser Fall tritt dann ein, wenn sedimentierte Eisenhydroxide resuspendiert werden. Ursache dafür sind Verschleppungen durch Hochwasserereignisse oder eine technisch verursachte Resuspension infolge von Beräumungsarbeiten in der Vorsperre Bühlow. Diese Wirkungen sind besonders gut in Bild 31 an den negativen Werten für den relativen Eisenrückhalt zu erkennen. Der für Verdünnungsprozesse typische Zusammenhang zwischen der Eisenkonzentration und dem Durchfluss an der Messstelle 1180 in Spremberg (Bild 26 links) geht durch die Rückhaltewirkung der Vorsperre Bühlow an der Messstelle 1190 teilweise verloren (Bild 26 rechts). Vor allem bei niedrigen Durchflüssen, wo in Spremberg- Wilhelmsthal die höchsten Eisenkonzentrationen gemessen werden, ist hier der Rückhalt deutlich verbessert.

41 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Spremberg-Wilhelmsthal uh. Vorsperre Bühlow Eisen-gesamt [mg/l] Eisen-gesamt [mg/l] Durchfluss [m³/s] Durchfluss [m³/s] Bild 26: Zusammenhang zwischen der Eisen-gesamt-Konzentration an den Messstellen 1180 in Spremberg-Wilhelmsthal und 1190 uh. Vorsperre Bühlow und dem Durchfluss der Spree am Pegel Spremberg Die Konzentration von Eisen-gelöst an der Messstelle 1180 in Spremberg Wilhelmsthal lag im Mittel bei etwa 0,5 mg/l. Sie steigt ereignisbezogen jedoch bis 4 mg/l (Bild 27). Nach der Passage der Vorsperre Bühlow hat sich die mittlere Konzentration von Eisen-gelöst an der Messstelle 1190 im Mittel auf etwa 0,4 mg/l verringert. Ereignisbezogen werden bis 2,3 mg/l Eisen-gelöst gemessen. Die anteilig stärkste Verringerung der Eisen-gelöst-Konzentration erfolgt in der Regel in den warmen Sommermonaten (Bild 27 rote Markierung). 4, ,5 140 Eisen-gelöst [mg/l] 3,0 2,5 2,0 1,5 1, Q Pegel Spremberg [m³/s] 0,5 20 0,0 0 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Durchfluss Pegel Spremberg Eisen Spremberg Wilhelmstal Eisen Vorsperre Bühlow Bild 27: Konzentration von Eisen-gelöst im Zulauf und Ablauf der Vorsperre Bühlow

42 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 38 Bild 28: Vorsperre Bühlow, links: Luftbild vom (Quelle: Hartmut Rauhut, Schipkau); rechts: zur Begehung am (Foto: Theiss, IWB) Die Vorsperre Bühlow verfügt bei einer mittleren Tiefe von etwa 2,5 m über ein Volumen von etwa m³ [RUB 2007]. Diese Angabe berücksichtigt nicht die abgelagerten Sedimentmengen. Die Verweilzeit des Spreewassers in der Vorsperre Bühlow kann unter Verwendung des o.g. Wertes zwischen 8 Stunden bei Niedrigwasser und weniger als 1 Stunde im Hochwasserfall ausgewiesen werden (Bild 29). Die mittlere theoretische Verweilzeit in der Vorsperre Bühlow kann mit ca. 5 Stunden angegeben werden. Die reale mittlere Verweilzeit ist aufgrund von präferierten Strombahnen (siehe Bild 28) offensichtlich kürzer anzunehmen Verweilzeit der Vorsperre Bühlow [h] Durchfluss Spremberg [m³/s] /12 09/12 10/12 11/12 12/12 01/13 02/13 03/13 04/13 05/13 06/13 07/13 08/13 09/13 10/13 11/13 Qzu Durchfluss Spremberg-Wilhelmsthal Verweilzeit der Vorsperre Bühlow Bild 29: Zeitdynamische mittlere Verweilzeiten in der Vorsperre Bühlow im Beobachtungszeitraum vom Juli 2012 bis November 2013

43 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 39 In die Vorsperre Bühlow wurde von Juli 2012 bis November 2013 im Mittel eine Eisenfacht von kg/d eingetragen. Dieser Wert deckt sich in der Größenordnung gut mit der in [IWB 2012] angegebenen Eisenfracht für die Spree in Spremberg von etwa kg/d, die dort aus den Befunden weniger Stichtagsmessungen für Niedrig- und Mittelwasserabflüsse abgeleitet wurde. Wenn alle Hochwasserereignisse > 30 m³/s in Spremberg-Wilhelmsthal in der Statistik der Datenreihe von Juli 2012 bis November 2013 nicht berücksichtigt werden, wird ziemlich exakt die mittlere Eisenfracht aus [IWB 2012] bestimmt. Bei Niedrigwasserabflüssen verringert sich die Eisenfracht bis auf kg/d. Bei Hochwasser steigt die Eisenfracht im Zulauf zur Vorsperre Bühlow ereignisbezogen auf deutlich über kg/d (Bild 30) und zum Junihochwasser 2013 sogar auf kg/d Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Eisenfracht [kg/d] Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov Spremberg-Wilhelmsthal 1190 uh. Vorsperre Bühlow Bild 30: Eisenfrachten im Zulauf und im Ablauf der Vorsperre Bühlow Nach Passage der Vorsperre Bühlow lag die mittlere Eisenfracht der Spree bei etwa kg/d. Der Eisenrückhalt in der Vorsperre Bühlow liegt damit bezogen auf die Eisenfracht (und nicht auf die arithmetischen Mittelwerte) im Mittel bei etwa 19 % (Bild 31). Während der Sommermonate und in Zeiten niedriger Abflüsse steigt der anteilige Eisenrückhalt in der Vorsperre Bühlow auf Werte zwischen 20 % und 60 %. In den abflussreichen Wintermonaten liegt der mittlere Eisenrückhalt der Vorsperre Bühlow bei 10 % bis 15 % (Bild 31). Bei Bewertung dieser relativen Angaben zum Eisenrückhalt ist zu berücksichtigen, dass die Eisenkonzentration der Spree bei Niedrigwasser höher ist und bei Hochwasser durch Verdünnungseffekte niedriger ist als der Mittelwert von 4,5 mg/l der Datenreihe.

44 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite % 80% 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% % 0 Jul 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Relativer Eisenrückhalt in der Vorsperre Durchfluss [m³/s] Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Qzu Pegel Spremberg Eisenrückhalt Sommer Eisenrückhalt Winter Bild 31: Relativer Eisenrückhalt der Vorsperre Bühlow bezogen auf die Eisenfracht im Zulauf (1180 Spremberg-Wilhelmsthal) Die in der Vorsperre Bühlow zurückgehaltene Eisenfracht von etwa kg pro Tag akkumuliert sich in der Zeit vom Juli 2012 bis zum November 2013 auf etwa 700 t Eisen. Unter der Annahme eines reinen Eisenschlammes mit rund 40 % Eisenanteil ergibt das etwa Tonnen Eisenhydroxidschlamm, ausgewiesen als Trockenmasse. Unter Berücksichtigung der weiteren Annahme, dass der reine, frisch ausgefällte Eisenhydroxidschlamm einen Feststoffanteil von etwa 5 Masse-% (Erfahrungswerte) aufweist, folgt hieraus eine Menge von Tonnen bzw. etwa Kubikmeter reiner Eisenschlamm im Betrachtungszeitraum. Das entspräche etwa 12 % des nominellen Volumens der Vorsperre. Der reale Volumenzuwachs muss im Zusammenhang mit den anderen mineralischen Sedimentbestandteilen und Effekten der Konsolidierung ermittelt werden. Die Sedimentzusammensetzung in der Vorsperre wurde nicht untersucht.

45 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Talsperre und Spree im Ablauf Zur Bewertung der Rückhaltewirkung der Hauptsperre wurden die täglichen Messungen im Zulauf und Ablauf der Talsperre sowie die Messung der Wasserbeschaffenheit in der Hauptsperre selbst einbezogen (Bild 32). Bräsinchen Hauptabflusspegel Talsperre Spremberg Beckenpegel M Bräsinchen Bräsinchen M 04 Bagenz M 03 Hauptsperre M 02 M 01 Bühlow 1190 uh. Vorsperre Bühlow Vorsperre Bühlow Sellessen 1180 Spremberg-Wilhelmsthal Bild 32: Messstellen im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg und Seewassermessstellen (grün: mit Tiefenprofil; rot: ohne Tiefenprofil) in der Hauptsperre Bis zum Ablauf der Hauptsperre (Messstelle 1200 in Bräsinchen) verringert sich die Eisenkonzentration der Spree auf < 0,5 mg/l bis maximal 4 mg/l (Bild 33). Die mittlere Eisen-gesamt-Konzentration stromunterhalb der Talsperre Spremberg liegt bei ca. 1 mg/l. Sie ist im Sommer systematisch niedriger sowie im Winterhalbjahr und bei Hochwasser systematisch etwas höher. Aus einer negativ mit dem Durchfluss korrelierten Eingangskonzentration des Eisens wird nahezu eine positiv korrellierte Beziehung für die Ausgangskonzentration und dem Abfluss (Bild 34). Auf jedem Fall ist die Ausgangskonzentration niedriger als die Eingangskonzentration des Eisens in der Talsperre.

46 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Eisen-gesamt [mg/l] Q Pegel Spremberg [m³/s] Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Durchfluss Pegel Spremberg Eisen Spremberg Wilhelmstal Eisen Bräsinchen Bild 33: Eisen-gesamt-Konzentration der Spree im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg uh. Vorsperre Bühlow Bräsinchen Eisen-gesamt [mg/l] Eisen-gesamt [mg/l] Durchfluss [m³/s] Durchfluss [m³/s] Bild 34: Zusammenhang zwischen der Eisen-gesamt-Konzentration an der Messstelle 1190 uh. Vorsperre Bühlow und dem Durchfluss der Spree am Pegel Spremberg sowie der Messstelle 1200 Bräsinchen und dem Durchfluss der Spree am Pegel Bräsinchen Im Ablauf der Talsperre Spremberg werden nahezu unabhängig von der Konzentration im Zulauf überwiegend zwischen 0,1 und 0,2 mg/l Eisen-gelöst gemessen (Bild 35). Diese Eisenkonzentration ist als natürliche Hintergrundkonzentration anzusehen. Ereignisbezogen im Zusammenhang mit höheren Durchflüssen und insbesondere bei Hochwasser werden Eisen-gelöst-Konzentrationen bis 0,5 mg/l (Juli 2012 und Juni 2013) und seltener bis über 1,0 mg/l (November 2012 und März 2013) erfasst.

47 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 43 4, , ,0 2,5 2,0 1,5 1, ,5 20 0,0 0 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Eisen-gelöst [mg/l] Q Pegel Spremberg [m³/s] Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Durchfluss Pegel Spremberg Eisen Spremberg Wilhelmstal Eisen Bräsinchen Bild 35: Eisen-gelöst-Konzentration der Spree im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg Im Beobachtungszeitraum von Juli 2012 bis November 2013 wurde in die Talsperre Spremberg im Mittel eine Eisenfracht von kg/d eingetragen (Abschnitt 3.2.2). Durch den Rückhalt in der Vor- und Hauptsperre wurde die Eisenfracht der Spree an der Messstelle 1200 in Bräsinchen auf kg/d im Mittel verringert (Bild 36) Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Eisenfracht [kg/d] Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov Spremberg-Wilhelmsthal 1200 Bräsinchen Bild 36: Eisenfrachten im Zulauf und im Ablauf der Talsperre Spremberg

48 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 44 Die Eisenfracht am Ablauf der Talsperre unterliegt einer starken Saisonalität. Sie ist sehr niedrig in abflussarmen Sommermonaten und deutlich höher in den abflussstärkeren Wintermonaten und bei Hochwasser (Bild 36). Bezogen auf die Eisenfracht in Spremberg-Wilhelmsthal liegt der Eisenrückhalt der Talsperre Spremberg einschließlich der Vorsperre Bühlow im Durchschnitt bei etwa 69 % (Bild 37). Bei Niedrigwasser und während der abflussarmen Sommermonate steigt der Eisenrückhalt der Talsperre Spremberg auf 90 % und höher. In den Wintermonaten geht der anteilige Eisenrückhalt der Talsperre Spremberg infolge der erhöhten Durchflüsse zurück. In dieser Zeit liegt der mittlere Rückhalt bei etwa 60 %. Bei Hochwasser, wie zum Beispiel im Winter 2012/2013 sowie im Juli 2012 und im Juni 2013, ist der anteilige Rückhalt der Talsperre Spremberg stark verringert. In solchen Fällen wurden nur etwa 40 % und weniger der Eisenfracht ereignisbezogen zurückgehalten (Bild 37). Bei der Bewertung dieser relativen Anteile ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Eisenkonzentration bei Hochwasser in der Spree meist verdünnt ist. 100% % 60% 40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% % 0 Jul 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Relativer Eisenrückhalt in der Hauptsperre Durchfluss [m³/s] Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Qab Pegel Cottbus Eisenrückhalt Sommer Eisenrückhalt Winter Bild 37: Anteiliger Eisenrückhalt in der Hauptsperre bezogen auf die Eisenfrachten im Zulauf (1180 Spremberg-Wilhelmsthal) Im Beobachtungszeitraum vom Juli 2012 bis November 2013 wurde folglich im Mittel eine Eisenfracht von etwa kg/d in Summe in der Vorsperre Bühlow und in der Hauptsperre Spremberg zurückgehalten. Das entspricht dem oben genannten mittleren anteiligen Eisenrückhalt über alle hydrologischen Ereignisse von etwa 69 % als Fracht. Kumulativ blieben ca Tonnen Eisen in dieser Zeit in der Talsperre Spremberg liegen. Unter Verwendung der Daten aus den Sedimentuntersuchungen lässt sich, im Vorgriff auf die Abschnitte und 3.3.4, bei einem mittleren Eisenanteil in den frisch gebildeten Mischsedimenten von etwa 15 % eine mittlere

49 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 45 Sedimentbildung in der Talsperre Spremberg von etwa kg/d abschätzen. Bei einer mittleren Trockenrohdichte der frischen Sedimente von 0,093 g/cm³ lässt sich weiterhin ein mittlerer Zuwachs des Sedimentvolumens von ca. 290 m³/d bzw m³/a schätzen. Das entspricht etwa 0,5 % des Volumens der Talsperre im Jahr. Bezogen auf die Fläche der Talsperre Spremberg von ca. 6,8 Mio. m² bei Normalstau von +92,00 m NHN entspricht das einem flächengemittelten anteiligen Zuwachs des frischen Talsperrensediments von etwa 1,6 Zentimeter im Jahr. Der Eisenrückhalt der Talsperre Spremberg wird sehr stark von der Verweilzeit des Wassers bestimmt. Die mittlere Verweilzeit des Spreewassers in der Hauptsperre liegt bei Normalbetrieb der Talsperre derzeit zwischen 8 und über 20 Tagen (Bild 38). Durch das wartungsbedingte Absenken des Wasserspiegels verringerte sich die mittlere Verweilzeit der Spree in der Hauptsperre im Sommer 2013 auf 5 bis 12 Tage Speicherinhalt der Talsperre Spremberg 7-tägiges gleitendes Mittel der Verweilzeit Speicherinhalt [Mio m³] Verweilzeit [d] 0 0 Jun 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Bild 38: 7-tägig gleitendes Mittel der Verweilzeit in der Hauptsperre bezogen auf den Abflusspegel Bräsinchen am Auslauf der Talsperre Spremberg Der relative Eisenrückhalt lässt sich gegen die Verweilzeit auftragen (Bild 39). Hier wird unter Einbeziehung der Erkenntnisse zu der jahreszeitlich (temperaturbedingt) differenzierten Rückhaltewirkung zwischen Sommer- und Winterwerten unterschieden. In dieser Darstellung ist die zeitliche Verzögerung zwischen Zufluss und Abfluss der Talsperre nicht berücksichtigt. Sie kann nur durch ein geeignetes numerisches Modell abgebildet werden (siehe Abschnitt 4.3). Die Punkte in Bild 39 zeigen, das die Rückhaltewirkung mit der Verweilzeit zunimmt. Die Darstellung zeigt außerdem die unterschiedliche Lage der winterlichen und sommerlichen Punktewolken. Die Punktewolken zeigen eine beträchtliche Streuung, die u.a. auf die getroffenen Vereinfachungen zurückzuführen sind.

50 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 46 In Bild 39 sind weiterhin untere Begrenzungslinien (Umhüllende) dargestellt, die 99% der Werte der jeweiligen Punktewolke abgrenzen. Die Umhüllende kennzeichnet die Verweilzeit, für die der entsprechende Eisenrückhalt mit 99 % Wahrscheinlichkeit sicher erreichbar ist. Der Eisenrückhalt kann im Einzelfall auch deutlich höher (= günstiger) ausfallen. Bei der derzeitigen Belastungssituation wird ein relativer Eisenrückhalt von etwa 70 %, die dem derzeitigen Rückhalt entspricht (siehe oben), als notwendig angesehen, um unbedenkliche Eisenkonzentrationen im Auslauf der Talsperre Spremberg jederzeit zu gewährleisten. Dieser Eisenrückhalt wird unter winterlichen Bedingungen bei einer Verweilzeit von 20 Tagen und unter sommerlichen Bedingungen bei einer Verweilzeit von etwa 14 Tagen erreicht (Bild 39). 100% 90% 80% relativer Eisenrückhalt 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Sommer Winter untere Umhüllende (Sommer) untere Umhüllende (Winter) notwendiger relativer Eisenrückhalt Bild 39: 0% Verweilzeit der Hauptsperre [d] Darstellung des relativen Eisenrückhaltes versus der Verweilzeit in der Talsperre Spremberg Geringere Verweilzeiten in der Talsperre Spremberg verringern den anteiligen Eisenrückhalt, bedeuten aber nicht zwangsläufig einen Durchbruch hoher Eisenkonzentrationen. Das prozentuale Risiko erhöhter Eisenkonzentrationen steigt. In Bild 40 sind die Summenlinien der Eisen-gelöst und Eisen-gesamt-Konzentrationen in der Spree in Spremberg-Wilhelmsthal, an der Vorsperre Bühlow und in der Spree in Bräsinchen im Beobachtungszeitraum im Vergleich dargestellt. Sie zeigen die integrale Wirkung der Eisenoxidation und des Eisenrückhaltes in der Vorsperre Bühlow und in der Hauptsperre.

51 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wilhelmsthal Bühlow Bräsinchen 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Eisen-gelöst [mg/l] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wilhelmsthal Bühlow Bräsinchen Eisen-gesamt [mg/l] Bild 40: Summenlinien der Eisen-gelöst- und gesamt-konzentration in der Spree in Spremberg-Wilhelmsthal, an der Vorsperre Bühlow und in der Spree in Bräsinchen im Beobachtungszeitraum vom Juli 2012 bis November 2013

52 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Räumliche und zeitliche Differenzierung in der Talsperre In der Talsperre Spremberg wurden zusätzlich fünf Seewassermessstellen eingerichtet und monatlich beprobt (siehe Abschnitt 2.2), um Aussagen zur räumlichen Differenziertheit der Wasserbeschaffenheit in der Hauptsperre treffen zu können. Die Messstellen wurden so gelegt, dass sowohl eine Einschätzung zur flächigen Ausdehnung der Eisenbelastung in der Hauptsperre als auch im vertikalen Profil abgeleitet werden kann (Bild 32). Die erste Beprobung der Hauptsperre erfolgte am zwischen den beiden Abflussspitzen des Junihochwassers (Bild 41). Zu diesem Zeitpunkt war die Welle des ersten Hochwassers abgeklungen und der Wasserspiegel der Talsperre Spremberg mit etwa +91 m NHN bereits unter Normalstau abgesenkt. Die Spree führte im Zufluss zur Talsperre Spremberg aber noch Hochwasser. Die übrigen vier Probennahmen fanden bei Niedrigwasser- bzw. Mittelwasserdurchflüssen statt. Der Wasserspiegel der Hauptsperre war zu diesen Messterminen auf etwa +90 m NHN abgesenkt (Bild 41). Bild 41: Termine der Seewasserbeprobung der Hauptsperre der Talsperre Spremberg Die Diagramme mit den einzelnen Kennwerten der Beprobung sind in der Anlage 2.3 enthalten. Der ph-wert im Wasser der Hauptsperre liegt mit ph 7,3 bis 8,5 im schwach alkalischen Bereich. Die Talsperre ist mit einer Säurekapazität K S4,3 von etwa 1,4 mmol/l gut gepuffert. Die Sulfatkonzentration war infolge der Verdünnungswirkung des Junihochwasser zu Beginn der Messkampagne mit 170 bis 250 mg/l am niedrigsten (Bild 42). Die Verdünnungswirkung ist im zentralen und nördlichen

53 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 49 Bereich der Hauptsperre (M 02 bis M 05) bis in den Monat Juli 2013 messbar. Während an der Messstelle M 01 im Bereich der Stauwurzel die Sulfatkonzentration infolge des Niedrigwassers bereits wieder ansteigt, verzögert sich die Weitergabe des Sulfatsignals in der Hauptsperre. Bild 42 suggeriert eine Verzögerung von einem Monat. Das ergibt sich hier jedoch aus dem Messrhythmus. Durch die täglichen Messungen konnte das Systemverhalten der Talsperre Spremberg im Detail aufgeklärt werden, siehe hierzu Abschnitt 4.2. Im August 2013 ist die Sulfatkonzentration in der Hauptsperre mit 325 bis 350 mg/l etwa ausgeglichen. Mit dem Rückgang der Sulfatkonzentration im Zulauf zur Talsperre verringert sich auch die Sulfatkonzentration in der Hauptsperre bis Ende Oktober 2013 auf Werte um 275 mg/l (Bild 42). Aus den monatlichen Einzelmessungen wird die zeitliche Verzögerung des Konzentrationsrückgangs im Wasserkörper der Hauptsperre deutlich. Die aus den monatlichen Einzelmessungen räumlich differenziert in der Talsperre gewonnenen hydrochemischen Daten wären ohne das durch die Tagesmessungen geschärfte Systemverständnis (siehe und Abschnitt 3.2.5) nicht eindeutig möglich gewesen. Sulfat [mg/l] Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 M 01 M 02 M 03 M 04 M 05 Bild 42: Sulfatkonzentration im Wasser der Hauptsperre zu den Terminen der Stichtagsmessungen Die höchsten Eisenkonzentrationen wurden in der Folge des Junihochwassers und während der Herbstmessungen im September und Oktober 2013 erfasst (Bild 43 oben). Die hohen Eisenwerte im Juni 2013, insbesondere in der Nähe der Staumauer, sind Nachwirkungen des Junihochwassers. Der Anstieg der Eisenkonzentration in den Herbstmonaten geht auf eine tendenzielle Erhöhung der Eisenkonzentrationen im Zulauf zur Talsperre und die veränderten Witterungsbedingungen zurück (siehe Bild 33). Durch Ausfällung verringerte sich die Eisenkonzentration in der Talsperre in Fließrichtung. In Staumauernähe war die Eisenkonzentration, mit Ausnahme der Messung im Juni 2013, am niedrigsten (Bild 43 oben).

54 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 50 Die Eisen-gelöst-Konzentration zeigt die gleichen räumlichen und zeitlichen Trends wie die Eisen-gesamt-Konzentration (Bild 43 unten). Die höchsten Konzentrationen werden im Stauwurzelbereich der Hauptsperre gemessen und die niedrigsten im Bereich der Staumauer. Eisen gesamt [mg/l] Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 4 M 01 M 02 M 03 M 04 M 05 Eisen gelöst [mg/l] Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 M 01 M 02 M 03 M 04 M 05 Bild 43: Eisenkonzentration im Wasser der Hauptsperre zu den Terminen der Stichtagsmessungen Neben der Wasserbeschaffenheit in der Fläche war auch die Differenzierung der Wasserbeschaffenheit im Profil der Talsperre Spremberg von Interesse. Dazu wurden an den Messstellen M 03 und M 05 Tiefenprofile aufgenommen, die vollständig in der Anlage 2.1 und Anlage 2.2 dokumentiert sind. Die Entnahme von Wasserproben erfolgte hier jeweils oberflächen- und grundnah (siehe Abschnitt 2.2).

55 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 51 Im Profil des Wasserkörpers der Talsperre Spremberg werden keine relevanten Konzentrationsgradienten gemessen. Selbst unter dem Einfluss des Junihochwassers 2013 zeigte kein Kennwert im Tiefenprofil beider Messstellen einen relevanten Tiefengradient. Auffällig waren die Tiefenprofile im Juli Hier stieg der ph-wert bis zur Tiefe von 1,5 bis 2,5 Metern auf ph 9 am Messpunkt M 03 und auf ph 9,5 am Messpunkt M 05 (Bild 45). Auch oberflächennah war der ph-wert an beiden Messpunkten mit Werten zwischen 8,5 und 9,0 bereits auffällig hoch. Bis zum Gewässergrund sank der ph-wert an beiden Messstellen auf ph 8. Die Bereiche hoher ph-werte waren identisch mit einer Sauerstoffübersättigung, die hier bis 200 % reichte (Bild 45). Die Ursache für die Beobachtungen im Juli 2013 ist die biogene Entkalkung. Ende Juli 2013 wurde in der Hauptsperre infolge hoher Temperaturen und eines niedrigen Wasserspiegels ein deutlich erhöhtes Algenwachstum beobachtet (Bild 44). Der erhöhte photosynthetische CO 2 -Verbrauch führte zum Anstieg des ph-wertes und zur Ausfällung von Calciumcarbonat. Dieser Prozess findet jedoch nur in den für Algen hinreichend mit Licht versorgten Tiefen statt. Bild 44: Erscheinungsbild der Talsperre Spremberg Ende Juli 2013 mit Algenmassenwachstum Der Rückgang der Calcium- und der TIC-Konzentration im Zuge der biogenen Entkalkung wird beim Vergleich der Messstellen sichtbar (Bild 46). Im Zulauf zur Talsperre (M 01) wies das Wasser eine Calciumkonzentration von ca. 130 mg/l auf. Im Zentralbereich der Hauptsperre (M 02 und M 03) hatte sich die Konzentration auf 110 mg/l verringert. Gleichzeitig verringerte sich auch der TIC. Bis zum Auslauf der Talsperre (M 04 und M 05) waren sowohl die Calciumkonzentration als auch die TIC- Konzentration weiter deutlich rückläufig (Bild 46). Dieser Prozess trat nur während der Messung im Juli 2013 auf. In den folgenden Monaten zeigten sich im Tiefenprofil der Messpunkte keine Tiefengradienten der physikalischen und chemischen Kennwerte in der Talsperre Spremberg (Anlage 2.1 und Anlage 2.2).

56 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 52 Talsperre Spremberg (M 03) Talsperre Spremberg (M 03) Redox [mv], El. Leitfähigkeit [µs/cm] ,0 0,0 O 2 -Sättigung [%] ,0 0,0 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 Tiefe [m] 2,5 2,5 Tiefe [m] 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 4,5 4,5 4,5 5,0 5, ph-wert ph UH LF (25 C) 5,0 5, Temperatur [ C], Trübung [NTU] Temp Trueb O2-S Talsperre Spremberg (M 05) Talsperre Spremberg (M 05) Redox [mv], El. Leitfähigkeit [µs/cm] ,0 0,0 O 2 -Sättigung [%] ,0 0,0 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,0 2,0 Tiefe [m] 2,5 2,5 Tiefe [m] 2,5 2,5 3,0 3,0 3,0 3,0 3,5 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0 4,0 4,5 4,5 4,5 4,5 5,0 5, ph-wert ph UH LF (25 C) 5,0 5, Temperatur [ C], Trübung [NTU] Temp Trueb O2-S Bild 45: Tiefenprofile an den Messpunkten M 03 und M 05 in der Talsperre Spremberg am

57 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Calcium [mg/l] TIC [mg/l] Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 0 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 M 01 M 02 M 03 M 04 M 05 M 01 M 02 M 03 M 04 M 05 Bild 46: Calciumkonzentration und Konzentration des gesamten anorganischen Kohlenstoffes (TIC) in der Talsperre Spremberg zu den Terminen der Stichtagsmessungen (roter Rahmen: Einfluss durch biogene Entkalkung) Zur Beprobung im Juni 2013 war die Eisenkonzentration am Auslauf der Hauptsperre (M 05) infolge des Hochwassers oberflächennah mit 2,6 mg/l höher als in Grundnähe, wo nur 1,0 mg/l gemessen wurde (Bild 47). An den folgenden Messterminen war die Eisenkonzentration in der Tiefe gegenüber der oberflächennahen Probe meist geringfügig höher. Lediglich die Messung im August 2013 zeigte an der Messstelle M 03 im Zentralbereich der Hauptsperre in der oberflächennahen Probe eine deutlich höhere Konzentration als die grundnahe Probe (Bild 47). 0,5 Meter unter WSp. 0,77 2,62 0,72 0,21 2,66 0,44 1,25 0,68 1,94 1,56 0,99 0,99 1,42 0,53 1,42 0,53 1,32 0,54 1,70 0,5 Meter über Grund M 03 M M 03 M M 03 M M 03 M M 03 M ,5 Meter unter WSp. 0,50 0,40 0,15 0,07 0,26 0,14 0,37 0,07 0,44 0,39 0,5 Meter über Grund 0,57 0,62 0,25 0,12 0,25 0,16 0,45 0,09 0,36 M 03 M M 03 M M 03 M M 03 M M 03 M Bild 47: Oberflächennahe und grundnahe Eisen-gesamt-Konzentration (orange) und Eisengelöst-Konzentration (grün) an den Messstellen M 03 und M 05 zu den Terminen der Stichtagsmessungen

58 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Transformationen Der Eiseneintrag in die Talsperre ist durch höhere sommerliche Konzentrationen und niedrigere winterliche Konzentrationen gekennzeichnet. Da der Eiseneintrag in die Spree aus dem Grundwasser der Wiederanstiegsgebiete vergleichsweise kontinuierlich erfolgt, ist die Eisenkonzentration in der Spree weitgehend vom Durchfluss abhängig (Bild 25). Für das Eisen in der Spree gilt im Wesentlichen die Verdünnungsregel. Nur bei Hochwasser wird diese Regel nicht erfüllt. Bestimmte Hochwasserereignisse und bestimmte Phasen der Hochwasserwellen führen zur Resuspension von Eisen, das im Gewässerbett sedimentiert wurde. Der überwiegende Teil des in die Talsperre Spremberg eingetragenen Eisens ist Eisen(III)hydroxid. Die Oxidation des Eisens(II) in der Spree ist bis zum Einlauf in die Talsperre Spremberg weit fortgeschritten. Die Konzentration von Eisen(II)-gelöst ist im Zulauf zur Talsperre bereits deutlich verringert. Die Eisen(II)oxidation ist eine kinetische Reaktion, die vor allem Zeit für die Umsetzung bedarf. Sie ist des Weiteren von der Temperatur, dem Sauerstoffgehalt und dem ph-wert des Wassers abhängig (Abschnitt 4.3). Die beiden zuletzt genannten Größen sind in der Spree und in der Talsperre vergleichsweise wenig variabel. Damit werden die Wassertemperatur und die Verweilzeit zu den bestimmenden Kennwerten für den Umsatz bei der Eisen(II)- oxidation. Die Verweilzeit in der Talsperre Spremberg ist im Vergleich zur Fließzeit in der Spree lang, so dass hier günstige Bedingungen für eine weitgehend vollständige Eisen(II)oxidation gegeben sind. Die Eisen(II)oxidation verläuft dennoch nicht vollständig. Hierfür sind zwei Prozesse verantwortlich: Hochwasserereignisse, die zu Kurzschlussströmungen bei gleichzeitig stark verkürzten Verweilzeiten in der Talsperre und ggf. zur Resuspension von Sedimenten führen sowie respiratorische Sedimentprozesse, die zu einer reduktiven Freisetzung von Eisen(II) aus dem Sediment führen (Bild 48). Bild 48: Relevante Transformationsprozesse des Eisens in der Talsperre Spremberg (r Raten; ox Oxidation; sed Sedimentation; res Resuspension; red Reduktion)

59 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 55 Die respiratorische Eisenfreisetzung aus dem Sediment findet in relevanten Größenordnungen nur bei hochsommerlichen Wassertemperaturen in der Talsperre Spremberg und bei geringen Durchflüssen statt. Dieser Prozess konnte in der Talsperre Spremberg anhand steigender Mangankonzentrationen qualitativ nachgewiesen werden, da Mangan den gleichen chemischen Einflüssen unterliegt. Der Eisentransport infolge von Kurzschlussströmung und Resuspension sowie die respiratorische Eisenfreisetzung aus dem Sediment sind episodische Prozesse, die nur in kurzen Phasen eine Rolle für die Eisenbilanz spielen und zudem unter gegensätzlichen Bedingungen auftreten. Als Transformationsprozesse für das Eisen dominieren in der Talsperre Spremberg die Translation mit der Strömung, die Oxidation des Eisens(II) und die Sedimentation des Eisen(III)hydroxids (Bild 48). Infolge der hydraulischen und chemischen Prozesse in der Talsperre wird das Eingangssignal für Eisen stark gedämpft und zeitlich verzögert sowie Eisen substantiell verringert (Abschnitt 3.2.3). Eine direkte Transformation des Stoffsignals in der Talsperre Spremberg vom Einlauf zum Auslauf, wie es für das Sulfat beobachtet werden kann, lässt sich für das Eisen nicht nachweisen, weil die Prozesse der Eisentransformation durch die Oxidation und Sedimentation dominiert sind (Bild 49). In der langfristigen saisonalen Perspektive gesehen, verhält sich die Eisenkonzentration am Auslauf aus der Talsperre gegenläufig zur Eisenkonzentration im Zulauf der Talsperre. Im Sommer wird das Eisen aufgrund der höheren Wassertemperaturen und der längeren Verweilzeiten in der Talsperre anteilig wesentlich stärker zurückgehalten als im Winter, obwohl hier die Eingangskonzentrationen aufgrund der Verdünnung geringer sind (Bild 49). Die Umsätze der Oxidation und der Sedimentation sind im Sommer deutlich höher als im Winter Eisen-gesamt [mg/l] Sommer- 14 hochwasser Sommerhalbjahr Winterhalbjahr Sommerhalbjahr Sommerhochwasser Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Q Pegel Spremberg [m³/s] Durchfluss Pegel Spremberg Eisen-gesamt Spremberg Wilhelmstal Eisen-gesamt Bräsinchen Bild 49: Transformation der Eisen-gesamt-Konzentration in der Talsperre Spremberg (identisch mit Bild 33)

60 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 56 Das Eisen(II) unterliegt in der Talsperre Spremberg einer eigenen Dynamik. Die Transformation des Eisens(II) ist ein Teilprozess der Transformation des Gesamteisens (siehe Bild 48). Während sich das Eingangssignal der Eisen(II)konzentration im Zulauf zur Talsperre weitgehend umgekehrt proportional zum Durchfluss (entsprechend der Verdünnungsregel) verhält, transformiert die Talsperre Spremberg infolge der Stoffumsatzprozesse die Eisen(II)konzentration in ein Ausgangssignal, das dem Durchfluss weitgehend proportional ist (Bild 50). Die beobachtete Signaltransformation belegt die Dominanz des Faktors Verweilzeit für die Eisen(II)- transformation bzw. die Eisen(II)oxidation. 4, , ,0 2,5 2,0 1,5 1, ,5 20 0,0 0 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Nov 12 Dez 12 Eisen-gelöst [mg/l] Q Pegel Spremberg [m³/s] Jan 13 Feb 13 Mrz 13 Apr 13 Mai 13 Jun 13 Jul 13 Aug 13 Sep 13 Okt 13 Nov 13 Durchfluss Pegel Spremberg Eisen-gelöst Spremberg Wilhelmstal Eisen-gelöst Bräsinchen Bild 50: Transformation der Eisen-gelöst-Konzentration in der Talsperre Spremberg (identisch mit Bild 35) Abweichung von dieser Dynamik sind durch nachweisbare Kurzschlussströmungen (im September 2012, Bild 50), durch Messfehler (Anfang März 2013, ebenda) und durch sommerliche Respirationsprozesse (Anfang August 2013, ebenda) begründet bzw. in einem Fall bislang auch nicht erklärbar (Ende November 2012, ebenda). Im Zusammenhang mit dem Junihochwasser 2013 wurde von der Öffentlichkeit die Resuspension der Eisenschlämme in der Talsperre Spremberg und ihre Verfrachtung durch die Spree bis in den inneren Spreewald befürchtet. Die begleitenden Messungen zeigen (Bild 51), das die Eisenkonzentration im Zulauf der Talsperre durch das Hochwasser verdünnt wurde, wenn auch nicht anteilig zur Zunahme des Durchflusses. Die Eisenkonzentration im Ablauf der Talsperre Spremberg stieg im Verlauf des Hochwassers und erreicht exakt mit dem Hochwasserscheitel ihre höchste Konzentration. Die Eisenkonzentration lag bei 2 mg/l. Anschließend sank die Eisenkonzentration am Auslauf der Talsperre und ebbte wie das Hochwasser langsam wieder ab. Interessant ist ein zweiter geringer Anstieg der Eisenkonzentration, bedingt durch die Freigabe des

61 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 57 Hochwasserstauraumes nach Ablauf der Hochwasserwelle. Exakt die gleiche Dynamik des Eisens zeigt die zweite, etwas schwächere Hochwasserwelle Ende Juni Erwähnenswert an der beobachteten Entwicklung der Eisenkonzentration während der Hochwasserwellen ist weiterhin der Anstieg der Eisen(II)konzentration im Auslauf der Talsperre auf Werte >0,5 mg/l. Dieser Anstieg ist der hochwasserbedingten kurzen Verweilzeit in der Talsperre Spremberg und damit dem verringerten Umsatz der Eisen(II)oxidation geschuldet. Das Eisen(II) hatte zeitweise mehr als 50 % Anteil an der Eisenfracht. Die befürchtete Resuspension von Eisenschlämmen konnte im Ablauf der Talsperre Spremberg nicht beobachtet werden Eisen [mg/l] Mai 03.Mai 05.Mai 07.Mai 09.Mai 11.Mai 13.Mai 15.Mai 17.Mai 19.Mai 21.Mai 23.Mai 25.Mai 27.Mai 29.Mai 31.Mai 02.Jun 04.Jun 06.Jun 08.Jun 10.Jun 12.Jun 14.Jun 16.Jun 18.Jun 20.Jun 22.Jun 24.Jun 26.Jun 28.Jun 30.Jun 02.Jul 04.Jul 06.Jul 08.Jul 10.Jul 12.Jul 14.Jul Durchfluss am Pegel Spremberg [m³/s] Durchfluss Pegel Spremberg Spremberg: Eisen-gesamt Bräsinchen: Eisen-gelöst Bräsinchen: Eisen-gesamt Bild 51: Transformation des Eisens während des Junihochwassers 2013 in der Talsperre Spremberg

62 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Sedimente Frische Sedimente Nachweislich seit 2007 erfolgt mit der zunehmenden Eisenbelastung der Spree ein erhöhter Eiseneintrag in die Talsperre Spremberg. Ein Teil des Eisens wird bereits in der Vorsperre Bühlow zurückgehalten (Abschnitt 3.2.2). Der überwiegende Teil des Eisens gelangt jedoch über die Vorsperre hinaus in das Hauptbecken der Talsperre Spremberg und sedimentiert dort (Abschnitt und Bild 52). Die durchflussabhängige Sedimentationsrate und die stoffliche Zusammensetzung der frischen Sedimente wurden durch Sedimentfallen ermittelt (Abschnitt 2.3.1). Bild 52: Luftbild der Talsperre Spremberg vom mit abgesenktem Wasserspiegel auf +90 m NHN (Quelle: Hartmut Rauhut, Schipkau) Die Sedimentation der eingetragenen Schwebstoffe ist von der örtlichen Strömungsgeschwindigkeit und vom stoffspezifischen Absetzverhalten der Feststoffe - der sogenannten intrinsischen Sedimentationsgeschwindigkeit - abhängig (Bild 53). Für stoffliche Bilanzierungen ist die Sedimentationsrate über Grund relevant. Diese Ebene ist mit einem vertretbaren Aufwand messtechnisch jedoch nicht erreichbar. Der Anteil der Sedimente, der mit Hilfe der verwendeten Trichterfallen erfasst werden kann, hängt von der Einbauhöhe der Fallen über Grund (z) und von der Einbautiefe der Fallen unter dem Wasserspiegel ab (h) (Bild 53). Die minimale Einbauhöhe der Fallen über Grund von z 1,20 Meter ergibt sich aus der Konstruktionsweise der Trichterfallen (vgl. Abschnitt 2.3.1). Die Einbautiefe h(t) variierte in Abhängigkeit vom aktuellen Wasserspiegel der Talsperre Spremberg (Bild 53). Durch die Absenkung des Wasserspiegels im Sommer 2013 für Wartungsarbeiten hatte sich die Einbau-

63 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 59 tiefe der Sedimentfallen im Untersuchungszeitraum deutlich verringert. Das führte zu einer Verringerung der in den Fallen aufgefangenen Sedimentmengen. Mittlere intrinsische Sedimentationsgeschwindigkeit Mittlere Strömungsgeschwindigkeit Resultierende Sedimentationsgeschwindigkeit h z Bild 53: Schematische Darstellung der Sedimentation bei relevantem Strömungseinfluss Mit Hilfe der geloteten Wassertiefen an den Standorten der Fallen und der vom LUGV zur Verfügung gestellten täglichen Wasserstände in der Talsperre wurden die Sedimentationsraten R über Grund wie folgt abgeschätzt:! "#$$% &' - ()**+,. mit: -. / Die Sedimentationsrate R [g/m²/d] wurde individuell für jede Falle und jedes Messintervall mit einem Tiefenfaktor f T korrigiert. Der Faktor f T berücksichtigt die zeitliche Veränderung des Überstaus der Fallen. Der Ansatz geht von der Annahme aus, dass die Schweb- und Sinkstoffe homogen im Wasserkörper verteilt sind. In tiefen Gewässern (> 10 Meter) spielt die methodische Einschränkung zur Lage der Trichterfallen keine Rolle. In flachen Gewässern, wie in der Talsperre Spremberg, enthält diese Annahme einen methodischen Fehler. Es wird eingeschätzt, dass dieser Fehler für die praktischen Belange der durchgeführten Untersuchungen gering ist. Die Sedimentfallen wurden am 14. Juni 2013 in der Talsperre Spremberg ausgebracht. Damit konnte der Einfluss der beiden Hochwasserereignisse im Juni 2013 auf die Mengen und auf die stoffliche Zusammensetzung der Sedimentation erfasst werden (Bild 54). Im verbleibenden Messzeitraum bis Ende Oktober 2013 führte die Spree im Zulauf zur Talsperre überwiegend Niedrig- bis Mittelwasser (Bild 54). Die Sedimentation war hier nicht mehr durch besondere hydrologische Ereignisse beeinflusst.

64 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 60 Bild 54: Niederschlag in Cottbus, Wasserführung der Spree im Zulauf der Talsperre Spremberg, Speicherfüllung der Talsperre sowie Kennzeichnung des engeren Untersuchungs- bzw. Messzeitraumes Die Methodik zur Erfassung der Sedimentationsraten erwies sich als erfolgreich. Die Fallen hatten auch ein Hochwasser mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten gut überstanden und kontinuierlich Ergebnisse geliefert. Zu jeder Leerung wurde aus jeder Falle Sedimentmaterial gewonnen, das in einem ausreichenden Umfang für die chemischen Laboruntersuchungen zur Verfügung gestellt werden konnte. Die Sedimente waren nicht homogen, sondern wiesen Merkmale einer Schichtung auf. Die Schichtung der Sedimente in den Fallen variierte sehr stark von Leerung zu Leerung. Während einer Leerung glichen sich jedoch die aufgefangenen Sedimente in den einzelnen Fallen weitgehend. Die erste Leerung der Fallen erfolgte am kurz nach dem Abklingen der ersten Welle des Junihochwassers. Auffällig war für diesen Zeitpunkt eine diffuse Schicht mit noch nicht vollständig sedimentierten Eisenflocken (Bild 55). Dem folgte eine locker gelagerte Sedimentschicht aus Eisenhydroxidflocken. Die übrigen Sedimente bestanden aus einem Gemisch aus mineralischen und organischen Bestandteilen sowie aus Eisenverbindungen. Die zweite Leerung der Sedimentfallen erfolgte am nach dem Abklingen der zweiten Hochwasserwelle. Bei der zweiten Leerung der Fallen fehlte die diffuse Schicht zwischen dem Wasserkörper und den abgelagerten Sedimenten (Bild 55). Die Sedimente wiesen zudem eine deutliche Schichtung auf.

65 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Leerung am nach 10 Tagen am Beispiel von Sedimentfalle SF 01 2 Leerung am nach 18 Tagen am Beispiel von Sedimentfalle SF 05 Bild 55: Erscheinungsbild der Frischsedimente während der ersten beiden Leerungen im Juni und Juli 2013 Die Schichtung der Sedimente trat zur dritten Leerung der Fallen Ende Juli 2013 noch deutlicher in Erscheinung. In allen Fallen folgte auf eine locker gelagerte Schicht von Eisenhydroxidflocken im Wechsel organisches und mineralisches Material (Bild 56). Die Schichtung der Sedimentzusammensetzung ist durch den Tagesrhythmus des Algenwachstums und ihres Absterbens in den Nachstunden bedingt. Von der vierten Leerung Anfang August 2013 bis zur achten Leerung der Fallen Ende September 2013 ähnelten sich die Sedimente sehr stark. Die Schichten waren geprägt von grünen bis schwarzen organischen Einlagerungen und frisch ausgefällten braunen bis orange-gelben Eisensedimenten (Bild 56). Die Sedimente waren in diesem Zeitraum zumeist lockerer gelagert. An der Basis der Sedimentfallen war die Lagerung dichter und stärker mit mineralischen Anteilen durchsetzt. In einigen Fällen konnte in den Fallen eine Schrägschichtung der Sedimente erkannt werden, z. B. im Bild 56 links. Diese Schrägschichtung entsteht unter dem Einfluss eines stärkeren horizontalen Strömungsvektors bei der Sedimentation (vgl. Bild 53).

66 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Leerung nach 11 Tagen am am Beispiel der Sedimentfalle SF 05 4., 5., 6., 7. und 8 Leerung nach durchschnittlich 14 Tagen am Beispiel der Sedimentfalle SF 05 Bild 56: Erscheinungsbild der Frischsedimente zur 3. Leerung im Juli sowie zur 4. bis 8. Leerung von August bis Ende September 2013 Im Zeitraum von der 9. Leerung Ende September 2013 bis zur 12. Leerung Anfang November 2013 wiesen die aufgefangenen Sedimente keine nennenswerte Schichtung mehr auf. Die Sedimente waren bis an die Basis locker gelagert und hatten die orange-braune Färbung frisch ausgefällter Eisenschlämme (Bild 57). In dieser Zeit zeigte auch das Wasser der Talsperre eine zunehmend gelbe Färbung durch Eisenverbindungen. Das eisentrübe Wasser reichte Ende November 2013 bereits bis nah an die Staumauer der Talsperre heran (Bild 57). Die stärker sichtbare Verockerung der Frischsedimente geht vor allem auf die verringerten Anteile der Algenbiomasse in den Herbstmonaten zurück. Das Vordringen der Verockerung in Richtung der Staumauer hat seine Ursache im verringerten winterlichen Eisenrückhalt.

67 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 63 9., 10., 11. Und 12. Leerung nach durchschnittlich 14 Tagen am Beispiel der Sedimentfalle SF 02 Bild 57: Typisches Erscheinungsbild der Sedimente zur 9. bis 12. Leerung von Ende September bis Anfang November 2013 (links) und Zustand der Talsperre Spremberg Ende Oktober 2013 im nördlichen Teilbecken (rechts) In Bild 58 sind die Befunde zu den Fallen SF01, SF03 und SF05 als typische Vertreter der unterschiedlichen Zonen der Talsperre in ihrer zeitlichen Entwicklung beispielhaft dargestellt. Die Frischschlammproben konnten vor Ort nicht zerstörungsfrei gewonnen werden. Deshalb konnte der originale Trockenrückstand nicht bestimmt werden. Er wurde im Labor an den gravitativ entwässerten Proben gemessen. Dem Laborwert des Trockenrückstandes entspricht in Bild 58 die Summe aus Glühverlust und Glührückstand. Dieser Wert hat wegen der methodischen Einschränkungen nur orientierenden Charakter. Der relative Glühverlust der Originalsubstanz ist dagegen unabhängig von den methodischen Einschränkungen der Probengewinnung. Er liegt zwischen 16 % und 24 % vom Trockenrückstand. Während der Sommermonate war der Glühverlust im Zentralbereich der Talsperre (SF 03) aufgrund des stärkeren Algenwachstums etwas erhöht (Bild 58). Eine grafische Darstellung der stofflichen Sedimentzusammensetzung aller Fallen ist in der Anlage 3.1 enthalten.

68 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 64 Masse-% der Originalsubstanz Wasser GV GR Masse-% der Originalsubstanz Sedimentfalle SF Wasser GV GR Masse-% der Originalsubstanz Sedimentfalle SF 03 Sedimentfalle SF Wasser GV GR Bild 58: Zusammensetzung der Sedimente in den Fallen SF 01 im südlichen Teilbecken, SF 03 im Zentralbereich und SF 05 im nördlichen Teilbecken am Auslass der Talsperre Spremberg

69 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 65 Bei der Leerung der Sedimentfallen wurde das Volumen des Frischsediments in beiden Trichtern erfasst. Außerdem wurde der Trockenrückstand der paarweise vereinigten Sedimentproben gewogen. Damit lässt sich eine Aussage zur Dichte der Frischsedimente treffen. Die Dichte der Frischsedimente ist nicht unabhängig von der Masse der aufgefangenen Sedimente (Bild 59). Für sehr geringe Massen lässt sich ein unterer Grenzwert von etwa 0,04 bis 0,05 g/cm³ ableiten, der nicht unterschritten wird. Dieser Wert gilt für eine mittlere Konsolidierungszeit von etwa 14 Tagen. Aus einer Extrapolation der Trockenrohdichten lässt sich ein minimaler Wert von 0,02 g/cm³ ableiten, der näherungsweise als Startwert für die frisch konsolidierten Sedimente anzunehmen wäre. Trockenrohdichte [g/cm³] 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 SF 01 SF Trockenrohdichte [g/cm³] 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 SF 03 SF Trockenmasse Sediment [g] Trockenmasse Sediment [g] Bild 59: Trockenrohdichte der Frischsedimente nach einer Konsolidierungszeit von etwa 14 Tagen Im Mittel über alle untersuchten Sedimentfallen liegt die Trockenrohdichte der Frischsedimente nach einer Konsolidierungszeit von 14 Tagen bei 0,093 g/cm³ (Bild 60). Anzahl der Proben N = 69 Mittelwert = 0,093 Standardabweichung = 0,040 0,00-0,02 0,02-0,04 0,04-0,06 0,06-0,08 0,08-0,10 0,10-0,12 0,12-0,14 0,14-0,16 0,16-0,18 0,18-0,20 0,20-0,22 0,22-0,24 0,24-0,26 0,26-0,28 Trockenrohdichte [g/cm³] Bild 60: Bandbreite der Trockenrohdichte der Frischsedimente in den Trichterfallen nach einer Konsolidierungszeit von etwa 14 Tagen (alle Werte)

70 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 66 Im Vergleich zu den Sedimentuntersuchungen in der Talsperre Spremberg ist die Dichte frisch ausgefällter Eisenhydroxidschlämme in Grubenwasserreinigungsanlagen von Interesse. Hier liegt die Trockenrohdichte zwischen 0,006 und 0,012 g/cm³ und ist damit wesentlich niedriger. Ursache für die vergleichsweise hohen Dichten der Talsperrensedimente ist der hohe mineralische Anteil. Die stoffliche Zusammensetzung der Sedimente wurde durch chemische Analyse der Feststoffe ermittelt. Dabei zeigt sich, dass die chemische Zusammensetzung der frischen Sedimente, unabhängig von ihrem äußeren Erscheinungsbild, im gesamten Untersuchungszeitraum nur sehr wenig variabel war. Für die Massenbilanz und ein Phasenmodell der Sedimente musste der mineralische Anteil genauer aufgeschlüsselt werden. Dazu wurden die ermittelten chemischen Kennwerte in relevante Minerale bzw. Bindungsformen gemäß der Annahmen in der Tabelle 9 umgerechnet. Tabelle 9: Kennwert (Element) Si Al Kennzeichnung der relevanten Bindungsformen der ermittelten Kennwerte und Ausweisung der Umrechnungsfaktoren für die Phasenkonzentrationen Modellphase Silizium in Silikaten (Tonminerale, Feldspäte, Quarz) Aluminium in Silikaten (Tonminerale, Feldspäte, Quarz) Idealisierte stöchiometrische Formel der Modellphase Umrechnungsfaktor von der Elemente konzentration auf die Phasenkonzentration SiO 2 2,14 Al 2 O 3 1,89 Fe Eisenhydroxidschlamm Fe(OH) 3 1,91 TOC Frische Organik (Algen, Pollen, ) CH 2 O 2,50 Die Gruppe der Silikate (Tonminerale, Feldspäte und Quarze) hat mit 22 % bis 60 % den größten Anteil an der Trockenmasse der frischen Sedimente. Der Anteil der Silikate in den Sedimenten erhöht sich mit dem Durchfluss der Spree (Bild 61). Im Einlaufbereich der Talsperre ist der Anteil der Silikate systematisch höher. In Richtung der Staumauer verringert sich der Anteil der Silikate geringfügig (Bild 61). Eisenhydroxid hat in allen Sedimentfallen einen Anteil zwischen 16 % und 38 % der Trockenmasse. Eisenhydroxid bildet neben den Silikaten quantitativ die zweitgrößte Feststoffgruppe in den frischen Sedimenten (Bild 61). Der Anteil des ausgefällten Eisenhydroxids stieg während des Messzeitraumes von Juni bis Oktober 2013 kontinuierlich von etwa 20 % der Trockenmasse (TM) auf über 35 % der TM (Bild 61). Diese zeitliche Tendenz konnte einheitlich in allen Sedimentfallen beobachtet werden. Erst die letzten zwei Leerungen Ende Oktober 2013 und Anfang November 2013 zeigten wieder einen leichten Rückgang des Anteils des Eisenhydroxids in den Frischsedimenten auf ca. 30 % der TM.

71 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 67 Der Anteil der organischen Bestandteile in den Frischsedimenten, berechnet als Algenbiomasse, lag zwischen 13 % und 23 % der TM (Bild 61). Dieser Anteil war in den Sedimenten aller Fallen zu jeder Leerung etwa gleich groß. Eine grafische Darstellung der Sedimentzusammensetzung aller Trichterfallen ist in der Anlage 3.2 enthalten. Für die zeitliche Veränderung der Sedimentzusammensetzung gibt es einen Komplex kausaler Ursachen. Die Erhöhung des silikatischen Anteils ist vorwiegend an die erhöhte Schwebstofffracht bei Hochwasser gebunden. Die Sedimentuntersuchungen erfolgten im Sommer und im Frühherbst. Dieser Zeitraum war durch ein hohes Algenwachstum gekennzeichnet. Entsprechend ist der organische Anteil an den Sedimenten hoch. Im beginnenden Winterhalbjahr ist mit niedrigeren organischen Anteilen und entsprechend höheren mineralischen Anteilen im Sediment zu rechnen. Im Winter ist die Sedimentationsrate des Eisens verringert. Das dürfte sich in einem relativen Anstieg des silikatischen Anteils darstellen. Anteile in % der Trockenmasse Sedimentfalle SF CH2O Fe(OH) Al2O SiO Rest Anteile in % der Trockenmasse Sedimentfalle SF CH2O Fe(OH) Al2O SiO Rest

72 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 68 Anteile in % der Trockenmasse Sedimentfalle SF CH2O Fe(OH) Al2O SiO Rest Bild 61: Geochemische Zusammensetzung des mineralischen Anteils der Sedimente aus den Fallen SF 01 im südlichen Teilbecken, SF 03 im Zentralbereich und SF 05 im nördlichen Teilbecken am Auslass der Talsperre Spremberg Die Bilanz des Phasenmodells wird zu 73 % bis 98 % erfüllt. In Anbetracht des begrenzten Kennwertespektrums und der vereinfachten Modellannahmen zu der Zusammensetzung der mineralischen und organischen Phasen ist die Bilanz des Phasenmodells vergleichsweise gut. Dennoch ist das Bilanzdefizit evident. Das Bilanzdefizit ist größer als die Streuung der Befunde während der einzelnen Messungen. Für das Bilanzdefizit kann keine plausible stoffliche Erklärung gegeben werden. Da es für den anorganischen Kohlenstoff im Sediment keinen Positivbefund gibt, scheidet Calcit in relevanten Größenordnungen zur Erklärung des Bilanzdefizits aus, unabhängig von den zeitweilig beobachteten Erscheinungen der biogenen Entkalkung. Der Gutachter vermutet als wesentlichen Grund für die Bilanzdefizite des chemischen Phasenmodells Minderbestimmungen von Silizium, weil diese Werte ähnlich wie der Bilanzfehler in den einzelnen Messkampagnen streuen. Schlägt man den Bilanzfehler (das Bilanzdefizit) den silikatischen Bestandteilen zu, dann erhöht sich ihr Anteil auf 43 % bis 66 %. In der Talsperre Spremberg bildet sich aktuell ein Mischsediment, in das die Eisenverbindungen stofflich inkorporiert werden. Deshalb gibt es praktisch keine separate lockere Auflage von Eisenhydroxidschlamm, wie sie in anderen vergleichbaren Problemfällen der Gewässerverockerung beobachtet werden kann. Die Sedimente bilden langfristig ein eisenschüssiges Konglomerat, in dem nach längerer Sedimentgenese die Eisenverbindungen die Funktion des Zements übernehmen werden. Solche Sedimente werden als Ockergyttja bezeichnet, siehe [Uhlmann & Horn 2001].

73 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 69 Teile der frischen Algenbiomasse unterliegen der Respiration. Die Respiration setzt gemäß den Beobachtungen bereits in den Sedimentfallen ein. Der schwarze Habitus der alten Sedimente zeugt ebenfalls von diesen Prozessen. Durch die Respiration wird Eisen(III)hydroxid reduziert und im Ergebnis dessen Eisen(II) anteilig in Lösung überführt. Je nach den örtlichen geohydraulischen Bedingungen wird das Eisen(II) in das Grundwasser ausgetragen oder diffundiert in das Freiwasser der Talsperre zurück. Hier oxidiert es erneut, um wieder in den Kreislauf der Sedimentgenese einzutreten. Das Eisen wird im Sediment endgültig festgelegt, wenn die Respirationsprozesse abgeklungen sind.

74 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Alte Sedimente Seit der Inbetriebnahme der Talsperre Spremberg im Jahr 1965 werden von der Spree kontinuierlich Schwebstoffe in das Speicherbecken eingetragen. Es gilt allgemein als akzeptiert, dass die in Fließgewässer eingebundenen Standgewässer, in diesem Fall die Talsperre Spremberg, als Sediment-, Nährstoff und Schadstofffallen fungieren. Die durchflossenen Standgewässer verbessern die Gewässergüte des Fließgewässers und erfüllen damit eine wichtige gewässergütewirtschaftliche Funktion, siehe [Uhlmann & Horn 2001]. Die Schlammbildung im Standgewässer muss dafür in Kauf genommen werden. Durch Vorsperren wird die Schlamm- und Sedimenbildung konzentriert und die Beräumung vereinfacht. Ein Großteil der von der Spree mitgeführten Geschiebe- und Schwebstoffe lagert sich bereits in der Vorsperre Bühlow ab. Die Vorsperre Bühlow muss deshalb regelmäßig beräumt werden (Bild 62). Infolge der zunehmenden Eisenbelastung der Spree lagern sich in der Vorsperre Bühlow zusätzlich Eisenschlämme ab (Bild 62). Die feinen Schwebstoffe und der größte Teil des Eisens gelangen aufgrund ihrer Eigenschaften jedoch über die Vorsperre Bühlow hinaus in das Hauptbecken der Talsperre Spremberg und sedimentieren dort (Abschnitt 3.2.3). Bild 62: Vorsperre Bühlow, links: Eisenablagerungen im Juni 2012, rechts: Vorsperre Bühlow und Hauptbecken der Talsperre Spremberg am bei abgesenktem Wasserspiegel auf +90 m NHN, (Foto: Hartmut Rauhut, Schipkau) Das Hauptbecken der Talsperre Spremberg wurde seit der Inbetriebnahme der Talsperre im Jahr 1981 noch nie beräumt. Im Jahr 1981 wurden durch systematische Sondierungen Sedimentmächtigkeiten zwischen 0,10 und 1,60 Meter festgestellt [TUD 1981]. Die mächtigsten Schlammschichten wurden in der Stauwurzel des Hauptbeckens sondiert. Nahe der Staumauer und in Strömungstoträumen lag die Mächtigkeit der Sedimente zwischen 0,10 und 0,60 Meter (Bild 63). In [TUD 1981] wird für die Talsperre Spremberg eine mittlere Schlammstärke von ca. 0,50 Meter angegeben. Das entspricht einem Zuwachs der Sedimente von etwa 3 Zentimeter pro Jahr. Gemäß den aktuellen Sondierungen weist das Hauptbecken der Talsperre derzeit eine mittlere Schlammstärke von 0,6 bis 0,7 Meter auf.

75 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 71 Die Mächtigkeit der Sedimente in der Talsperre Spremberg hat sich nach den neuen Befunden im Vergleich zu den Ergebnissen von 1981 um etwa 0,10 bis 0,20 Meter erhöht. Dabei gilt jedoch zu beachten, dass die Erfassung der Sedimentmächtigkeiten nur punktuell erfolgte und den 120 Messungen im Jahr 1981 lediglich fünf aktuelle Messungen aus dem Jahr 2013 gegenüberstehen (Bild 63). Der Mehrbefund an Sedimentmächtigkeit ist außerdem nicht mit dem Sedimentzuwachs seit 1981 gleichzusetzen, da auch die Altsedimente weiterhin der Sedimentgenese unterliegen und in diesem Zusammenhang Substanzverluste erleiden und kompaktieren. Bräsinchen Nördliches Teilbecken SK 05 0,60m SK 03 0,80m SK 04 0,20m 10 Bagenz Zentralbereich SK 02 0,65m 80 Südliches Teilbecken SK 01 >0,50m Bühlow 20 Sellessen Bild 63: Bereiche gleicher (mittlerer) Sedimentstärken aus den Sondierungen von 1981 [TUD 1981] und Einteilung des Hauptbeckens der Talsperre Spremberg in Teilbereiche (modifiziert nach [TUD 1981]); rot: Entnahmestellen der Sedimentkerne 08/2013 und Kennzeichnung der Mächtigkeiten der abgelagerten Sedimente bis zur Basis der Talsperre

76 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 72 Zur geochemischen Untersuchung der Sedimente wurden im August 2013 Sedimentkerne aus der Talsperre Spremberg entnommen. Die Entnahmestellen wurden so gewählt, dass alle maßgeblichen Teilbereiche der Talsperre erfasst sind (Bild 63). Bild 64: Schichtenverzeichnis der Sedimentkerne aus dem Hauptbecken der Talsperre Spremberg und Kennzeichnung der Proben für die geochemische Analyse

77 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 73 Alle Sedimentkerne konnten bis zur Beckensohle der Talsperre gestochen werden. Die vollständige Entnahme des Sedimentkerns SK 01 war auch nach Standortwechsel und wiederholten Versuchen nicht erfolgreich. Damit war eine vollständige Aufnahme der Sedimente in diesem Bereich der Talsperre nicht möglich (Bild 64). Der Sedimentkern SK 04 wurde im Strömungstotraum des nördlichen Teilbeckens entnommen. Hier wurden im Unterschied zu den anderen Entnahmestellen keine frischen Eisenschlämme gefunden (Bild 64). Die Auflage des Sedimentkerns SK 04 bestand überwiegend aus den Schalen von Dreikantmuscheln. Im Sedimentkern SK 02 wurde in einer Tiefe von 0,64 m die Auflage des ehemaligen Waldbodens nachgewiesen. Es ließen sich Moos- und Grasbestandteile über einer Feinsandschicht mit hohem organischem Anteil bestimmen (Bild 65 und Bild 64). Bei allen anderen Sedimentkernen fehlt dieser Nachweis. Bild 65: Sedimentkern SK 02 nach dem Trocknen; rot: Kennzeichnung des ehemaligen Waldbodens Einen großen Anteil der Sedimente nahmen schwarze bis dunkelgrau gefärbte organische Faulschlämme ein, die zum Teil ohne erkennbare Strukturen waren (Bild 66). Diese Schlämme ließen sich weder anhand der Färbung, der Lagerungsdichte oder der Konsistenz weiter unterteilen. Stellenweise waren die Schlämme mit Feinsandschichten durchsetzt (Bild 64). Bild 66: Sedimentkern SK 02 nach dem Trockenen; rot: Kennzeichnung des Faulschlammes Die aufgelagerten Eisenschlämme waren im frischen Zustand flockig und ohne erkennbare Strukturen. Die Mächtigkeit der aufliegenden Eisenschlämme lag zwischen 0,05 und 0,20 Meter (Bild 64). Gefroren wiesen Sie einen hohen Anteil von Eis auf. Nach dem Trocknen hatte sich das Volumen des Schlammes deutlich verringert (Bild 67). Bild 67: Sedimentkern SK 01 nach dem Trocknen; rot: Kennzeichnung des Eisenschlammes

78 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 74 Alle Sedimentkerne zeigen nach dem Trockenen eine Verfärbung von schwarz-grau zu gelb-orange (Bild 65, Bild 66 und Bild 67). Diese Verfärbung tritt in allen Schichten auf und ist ein untrüglicher Hinweis auf die Oxidation des Eisens in den Sedimenten. Die Verfärbung aller, auch der tieferen Schichten deutet darauf, dass bereits früher nicht unbeträchtliche Mengen Eisen in die Talsperre eingetragen wurden. Die geochemische Analyse der Sedimentkerne bestätigt den hohen organischen Anteil (Vergleich Bild 64 und Bild 68). Der organische Anteil der Sedimente setzt sich hauptsächlich aus abgestorbener autochthoner Biomasse zusammen. Er beträgt zwischen 5 % und 30 %. Sedimentkern SK 01 Sedimentkern SK 02 Anteil in % Anteil in % Entnhametiefe [m unter Sohle] 0 bis 0,06 0,06 bis 0,10 0,10 bis 0,26 0,26 bis 0,37 0,37 bis 0,52 Entnhametiefe [m unter Sohle] 0 bis 0,14 0,14 bis 0,35 0,35 bis 0,63 0,52 bis 0,84 0,63 bis 0,84 restliche Minerale Eisen und Mangan Organik restliche Minerale Eisen und Mangan Organik Sedimentkern SK 03 Sedimentkern SK 04 Anteil in % Anteil in % Entnhametiefe [m unter Sohle] 0 bis 0,12 0,12 bis 0,64 0,64 bis 0,84 Entnhametiefe [m unter Sohle] 0 bis 0,02 0,02 bis 0,11 0,11 bis 0,22 restliche Minerale Eisen und Mangan Organik restliche Minerale Eisen und Mangan Organik Sedimentkern SK 05 Anteil in % Entnhametiefe [m unter Sohle] 0 bis 0,20 0,20 bis 0,43 0,43 bis 0,52 0,52 bis 0,60 0,60 bis 0,82 restliche Minerale Eisen und Mangan Organik Bild 68: Geochemische Zusammensetzung der Sedimentkerne

79 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 75 In den Sedimenten des Kerns SK 04, welcher im Strömungstotraum des nördlichen Teilbeckens liegt, werden mit einem Anteil von etwa 0,3 % die wenigsten Eisen- und Manganverbindungen gefunden (Bild 68). In allen anderen Sedimentkernen werden in den oberflächennahen Sedimenten Eisen- und Manganverbindungen mit etwa 20 % bis 30 % der Trockenmasse nachgewiesen (Bild 68). Im Sedimentkern SK 02 ist Eisen mit etwa 25 % über die gesamte Tiefe verteilt. Der Sedimentkern SK 01 weist bis 0,26 Meter einen deutlichen Rückgang des Eisenanteils auf. In den tieferen Faulschlammschichten ist wieder ein hoher Eisengehalt nachweisbar (Bild 68). In den Sedimentkernen SK 03 und SK 05 verringert sich der Anteil der Eisen- und Manganverbindungen mit der Tiefe, d. h. mit steigendem Alter der Sedimente Sedimentationsraten Aus den Untersuchungen der Altsedimente im Hauptbecken der Talsperre kann abgeleitet werden, dass die Sedimentmächtigkeit seit 1981 um etwa 0,1 bis 0,2 Meter angewachsen ist (siehe Abschnitt 3.3.2). Hieraus kann jedoch kein Rückschluss auf den aktuellen Sedimentzuwachs in den relevanten Teilbereichen der Talsperre Spremberg hergeleitet werden. Die aktuelle Sedimentationsrate R in der Talsperre Spremberg wurde mit Hilfe der Sedimentfallen (Abschnitt 2.3.1) ermittelt. Die Sedimentationsrate R wurde mit dem Korrekturfaktor f T unter Berücksichtigung der Wasserstandschwankungen im jeweiligen Messintervall und bezogen auf die Einbauhöhe der Fallen berechnet (siehe Abschnitt 3.3.1). Im südlichen Teilbecken der Talsperre Spremberg dominieren Flachwasserbereiche, die bei Niedrigstau +90 m NHN teilweise trocken fallen. Der Altlauf der Spree ist morphologisch erhalten. Infolge des Junihochwassers 2013 stieg der Speicherinhalt der Talsperre kurzfristig auf 25 Mio. m³ an. Bei +94,95 m NHN wurde die Hochwasserstaustufe Z H2 erreicht (Bild 69 oben). Alle Auslässe der Talsperre Spremberg waren zur Entlastung geöffnet. Die Sedimentfallen wurden am kurz nach dem Durchgang des Hochwasserscheitels, der am registriert wurde, ausgebracht. Bei vergleichsweise hohen Fließgeschwindigkeiten lagen die ersten Sedimentationsraten im Hauptbecken der Talsperre Spremberg im Mittel bei etwa 25 g/m²/d (Bild 69 und Bild 70). In der Nähe der Staumauer der Talsperre betrug die Sedimentationsrate zu diesem Zeitpunkt etwa 15 g/m²/d. Nach den beiden Wellen des Junihochwassers 2013 wurde der Wasserspiegel der Talsperre für Wartungsarbeiten auf +90 m NHN abgesenkt (Bild 69 und Bild 70). Mit der Normalisierung des Durchflusses in der Spree stieg die Sedimentationsrate besonders im flachen südlichen Bereich des Hauptbeckens (Sedimentfalle SF 01) deutlich an (Bild 69 oben). In der Sedimentfalle SF 01 wurde im Durchschnitt aller zwölf Messungen eine Sedimentationsrate zwischen 200 und 300 g/m²/d ermittelt. Während der rückläufigen Hochwasserwelle lagerte sich mit 400 bis 600 g/m²/d etwa die doppelte Sedimentmenge ab (Bild 69 oben). Das südliche Teilbecken der Talsperre Spremberg weist erwartungsgemäß die höchsten Sedimentationsraten auf.

80 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 76 Sedimentfalle SF 01 Sedimentationsrate [g/m²d] Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Sedimentationsrate [g/m²d] Sedimentfalle SF Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Sedimentationsrate [g/m²d] Sedimentfalle SF Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Bild 69: Sedimentationsrate im südlichen Teilbecken (SF 01) und im Zentralbereich der Talsperre Spremberg (SF 2 und SF 03)

81 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 77 Sedimentfalle SF 04 Sedimentationsrate [g/m²d] Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Sedimentationsrate [g/m²d] Sedimentfalle SF Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Sedimentationsrate [g/m²d] Sedimentfalle SF Speicherinhalt Talsperre Spremberg Sedimentationsrate Pegel Spremberg Wilhelmsthal Speicherinhalt [Mio. m³]; Zufluss [m³/s] Bild 70: Sedimentationsrate im nördlichen Teilbecken der Talsperre Spremberg mit SF 04 im Strömungstotraum am östlichen Ufer, SF 06 im Zentralbereich und SF 05 am Auslass der Talsperre

82 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 78 Nördliches Teilbecken SF g/m²d Bräsinchen SF g/m²d SF g/m²d SF g/m²d Bagenz Zentralbereich SF g/m²d Südliches Teilbecken SF g/m²d Bühlow Sellessen Bild 71: Spannweite der Sedimentationsraten als Trockenrückstand in der Hauptsperre Im zentralen Bereich des Hauptbeckens nahe der Vogelinsel am Standort der Sedimentfalle SF 02 wurde eine mittlere Sedimentationsrate von 60 g/m²/d ermittelt (Bild 69 Mitte). Bis zur Sedimentfalle SF 03 im Bereich der Bagenzer Höhe verringerte sich die Sedimentationsrate auf etwa 20 g/m²/d (Bild 69 unten). Die Sedimentfalle SF 04 kennzeichnet den Strömungstotraum im nördlichen Teilbecken der Talsperre Spremberg (Bild 71). Hier lag die mittlere Sedimentationsrate ebenfalls bei 20 g/m²/d. Während der hohen sommerlichen Temperaturen im August und Anfang September stieg die Sedimentationsrate in diesem Bereich der Talsperre auf etwa 60 g/m²/d infolge des hohen Algenwachstums (Bild 70 oben). Am Auslass der Talsperre Spremberg wurde eine durchschnittliche Sedimentationsrate von etwa 20 g/m²/d ermittelt.

83 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 79 Auffällig ist die deutliche Verringerung der Sedimentationsrate von der Stauwurzel bis zur Staumauer der Talsperre von etwa 250 g/m²/d auf etwa 20 g/m²d bei gleichzeitig nahezu unveränderter stofflicher Zusammensetzung der Sedimente (Abschnitt 3.3.1). Im Mittel lässt sich aus den Messungen eine Sedimentationsrate von etwa 80 g/m²/d ableiten. Im Vergleich zur Eisenbilanz der Talsperre Spremberg zeigt sich, dass die Sedimentationsraten in den Zwillingstrichterfallen standortabhängig um einen Faktor zwischen 3 und 15 systematisch zu hoch bestimmt sind. Das hat unterschiedliche Ursachen. Die wesentliche Ursache hierfür sind vertikale Strömungsvektoren in der Talsperre, die im Zusammenhang mit Walzenströmungen auftreten und vom Idealbild eines Absetzbeckens mit ausschließlich lateraler Strömung stark abweichen (siehe hierzu das Foto in Bild 52). Trifft der sinkende Strömungsvektor auf die Sedimentfalle, führt das je nach Geschwindigkeit und Dauer der Strömungswalze zu einer Überschätzung der Sedimentationsrate um ein Vielfaches. Treffen dagegen steigende Strömungsvektoren auf die Sedimentfallen, wird die Sedimentation im ungünstigsten Fall nur verhindert. Die Sedimentfallen wirken in einem dreidimensionalen Strömungsraum ähnlich wie eine Diode mit einer Durchlass- und einer Sperrrichtung. Unabhängig von den methodischen unterschiedlichen Befunden zu den Sedimentationsraten ist die Beschaffenheit der Sedimente in Abschnitt eine belastbare Größe, zumal die Streuung der Anteile über Raum und Zeit sehr gering ist Sedimentzuwachs Die mit den Sedimentationsfallen erfassten absoluten Sedimentationsraten fallen aus methodischen Gründen zu hoch aus (siehe Abschnitt 3.3.3), deshalb kann hieraus nicht auf den tatsächlichen Sedimentzuwachs in der Talsperre Spremberg geschlossen werden. Die räumliche Differenzierung, die stoffliche Zusammensetzung und die Trockenrohdichte der Frischsedimente sind durch die Sedimentfallen jedoch zuverlässig bestimmt. Legt man kg/d für die in der Talsperre Spremberg zurückgehaltene mittlere Eisenfracht zugrunde (siehe Abschnitt 3.2.3), verwendet ferner einen mittleren Gehalt von 15 % Eisen im Frischsediment und eine mittlere Trockenrohdichte der frischen Sedimente von 0,093 g/cm³ (Abschnitt 3.3.1) nach einer Konsolidierungszeit von mindestens 14 Tagen kann hieraus auf einen flächengemittelten Zuwachs der Sedimentmächtigkeit in der Talsperre Spremberg von etwa 16 Millimeter im Jahr geschlossen werden. Der Sedimentzuwachs wird im Bereich der Stauwurzel deutlich höher und im Bereich der Staumauer niedrig ausfallen. Die Frischsedimente unterliegen der Alterung. Im Zuge der Sedimentalterung erhöht sich die Trockenrohdichte und verringert sich entsprechend das Volumen bzw. die Mächtigkeit. Sofern die Prozesse der Schlammalterung von Bedeutung sind, muss die Lagerungsdichte der Altschlämme in Abhängigkeit von ihrer stofflichen Zusammensetzung vertieft untersucht werden.

84 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Grundwasseruntersuchung Bei der Absenkung des Wasserspiegels in der Talsperre Spremberg konnte am Ostufer über weite Strecken der Austritt von irisierendem Eisen im Bereich der Sickerlinie beobachtet werden (Bild 72). Das Eisen trat aus dem Grundwasser der Bereiche aus, die üblicherweise von der Talsperre überstaut sind. Bild 72: Austritt von irisierendem Eisen am Ostufer der Talsperre Spremberg bei abgesenktem Wasserspiegel im Zeitraum vom Juni bis Oktober 2013 Diese Beobachtung warf die Frage auf, ob der Grundwasserpfad ggf. eine relevante Senke für das Eisen in der Talsperre darstellt, zumal Wasser aus der Talsperre Spremberg in einer relevanten Größenordnung in den Absenkungstrichter des Tagebaus Welzow-Süd infiltriert. Die Mobilisierung des sedimentierten Eisens erfolgt durch Respirationsprozesse im organikreichen Sediment (vgl. Abschnitt 3.2.5). Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurden im Bereich der abgesenkten Wasserlinie an insgesamt zwölf Stellen tiefenorientierte Grundwasseruntersuchungen durchgeführt (Abschnitt 2.4). Die Entnahme der Grundwasserproben erfolgte an jedem Bohrpunkt in 1, 2 und 3 Meter Tiefe. Die Befunde zur Grundwasserbeschaffenheit sind in der Anlage 4 zusammengefasst. Die Befunde der Grundwasseruntersuchungen werden im Kontext zu einem von VEM zur Verfügung gestellten aktuellen Grundwasserisohypsenplan für den Fall des Normalstaus in der Talsperre Spremberg von +91,5 m NHN dargestellt (Bild 73). Anhand des Verlaufs der Grundwasserisohypsen werden die Messpunkte Bereichen zugeordnet, wo entweder Grundwasserzustrom zur Talsperre oder Grundwasserabstrom aus der Talsperre zu erwarten ist. Die Kipplinie der Talsperre schneidet für den Fall der Stauhöhe von + 91,5 m NHN das Westufer der Talsperre Spremberg im Bereich der Vogelinsel und das Ostufer am Strand von Bagenz (Bild 73). Die Uferbereiche jeweils südlich davon sind Bereiche mit Grundwasserzustrom und die Bereiche nördlich davon Bereiche mit Grundwasserabstrom. Diese Interpretation gilt jedoch nur bei stationärer Betrachtung. Bei höheren Stauhöhen in der Talsperre verschiebt sich die Kipplinie nach Süden und bei niedrigeren Stauhöhen entsprechend nach Norden. Die Wasserspiegelschwankungen der innerjährlichen Staubewirtschaftung der Talsperre Spremberg führen zu einer hohen Dynamik der Wechselwirkungen zwischen dem Grundwasser und der Talsperre, die den scheinbar einfachen, anhand des stationären Isohypsenplanes erklärten, Zusammenhang örtlich stark modifizieren.

85 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 81 Der ph-wert des Grundwassers unter der Talsperre lag unabhängig von der Tiefe zwischen ph 6 und ph 8. Das Grundwasser war standortspezifisch mit einer Säurekapazität K S4,3 zwischen 0,2 und 3,5 mmol/l unterschiedlich stark gepuffert. Die niedrigste Pufferkapazität wurde am Bohrpunkt B 04 am Weißen Berg und am Bohrpunkt B 09 im Bereich der Vogelinsel gemessen (Anlage 4). Das Grundwasser neigt bei Belüftung generell nicht zur Versauerung. Dieser Befund ist sachlich logisch, weil die erhöhten Eisenkonzentrationen des Grundwassers im gegebenen Fall nicht durch die Pyritverwitterung, sondern durch sedimentinterne Respirationsprozesse freigesetzt werden. Bei diesen Prozessen entsteht keine Säure, sondern Alkalinität. Anstrombereich Abstrombereich Eisen gelöst [mg/l] Eisen gesamt [mg/l] Bräsinchen B mg/l B 01 B 02 B 08 B mg/l B 09 B 10 B 04 B 11 B mg/l B 12 B 06 Bühlow Sellessen Bagenz Abstrombereich Anstrombereich Bild 73: Grundwasserisohypsenplan von 2012 (Quelle: VEM), Lage der Bohrpunkte und die Eisenkonzentration des Grundwassers in 1, 2 und 3 Meter Tiefe (Diagramme) und im Wasser der Talsperre Das beprobte Grundwasser ist mit einer elektrischen Leitfähigkeit von 200 bis 950 µs/cm schwach bis mäßig stark mineralisiert. Die Sulfatkonzentration liegt im Grundwasser zwischen 25 und 400 mg/l. Die elektrische Leitfähigkeit und die Sulfatkonzentration nehmen am Westufer der Talsperre im vermuteten Abstrombereich tendenziell mit der Tiefe leicht zu oder sind gleichbleibend. Am Ostufer, im vermuteten Anstrombereich, veränderte sich die Sulfatkonzentration mit der Tiefe nicht maßgeblich (Anlage 4). Sowohl die Sulfatkonzentration als auch die elektrische Leitfähigkeit nehmen am Ostufer von Süden nach Norden zu. Von Interesse ist die

86 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 82 Feststellung, dass die Sulfatkonzentration und die elektrische Leitfähigkeit in einzelnen Bohrstellen deutlich unter den Werten liegen, die bereits langjährig in der Spree und in der Talsperre Spremberg gemessen werden. Diese Befunde deuten auf einen geringen hydraulischen Austausch zwischen Oberflächenwasser und Grundwasser. Die Eisenkonzentration ist im ausgewiesenen Anstrombereich des Grundwassers systematisch höher als im ausgewiesenen Abstrombereich der Talsperre (Bild 73). Dabei ist die Spannweite der gemessenen Eisenkonzentrationen im Anstrombereich mit 5 bis 50 mg/l sehr groß. Im Abstrombereich lag die Eisenkonzentration zwischen 5 und 10 mg/l (Bild 73). Ein Tiefengradient der Eisenkonzentration lässt sich weder im Anstrombereich noch im Abstrombereich der Hauptsperre eindeutig erkennen. Die Grundwasseruntersuchungen unmittelbar unter der abgesenkten Sohle der Talsperre Spremberg zeigen zumindest, dass das Grundwasser unabhängig von der Kenntnis seiner tatsächlichen Volumenströme aufgrund der vergleichsweise niedrigen Konzentrationen keine relevante Eisensenke für die Talsperre darstellt. Die Befunde zum Eisen im Grundwasser unter der Talsperrensohle lassen eine alternative Interpretation zu der Interpretation auf Basis der Grundwasserströmung zu. Die Eisenkonzentration des Grundwassers ist genau dort am höchsten, wo aktuell die größten Sedimentationsraten sowohl für Eisen als auch für die Biomasse gemessen werden. Ob ein Zusammenhang zwischen der absoluten Menge des Eisens und der Organik im Sediment und der Eisenkonzentration im Grundwasser besteht, kann hier nicht geklärt werden. Hierzu wären weitere Untersuchungen erforderlich. Diese müssten sich außerdem der Frage widmen, welchen Einfluss die intensive Staubewirtschaftung auf die lokalen Grundwasserwechselwirkungen hat.

87 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 83 4 Modellgestützte Abbildung der Eisenrückhaltes 4.1 Wassermengenbilanzmodell Die grundlegende Voraussetzung zur Modellierung des Eisenrückhalts in der Talsperre Spremberg ist eine geschlossene Wassermengenbilanz. Mit den verfügbaren Messdaten für den Zufluss und für den Abfluss, mit berechneten klimatischen Bilanzgrößen sowie mit dem mittleren Grundwasserabstrom (vgl. Abschnitt 3.1) wurde eine dynamische Wassermengenbilanz der Talsperre Spremberg nach der in Abschnitt dargestellten Bilanzgleichung aufgestellt. Die Berechnungsergebnisse wurden mit den Messdaten zum Wasserstand in der Talsperre Spremberg bzw. mit dem daraus abgeleiteten Volumen verglichen. Dabei zeigte sich, dass die Mengenbilanz der Talsperre bei Verwendung der Durchflussdaten des Pegel Bräsinchen deutlich überschätzt wird (berechneter Bilanzüberschuss in der Talsperre gegenüber den gemessenen Werten). Dagegen führte die Verwendung der Durchflussdaten des Pegels Cottbus zu einer geringfügigen Unterschätzung der Wasserbilanz (berechnetes Bilanzdefizit in der Talsperre gegenüber den gemessenen Werten). In Bild 74 sind die Durchflussganglinien beider Pegel im Vergleich dargestellt Nov 2011 Dez 2011 Jan 2012 Feb 2012 Mrz 2012 Apr 2012 Durchfluss [m³/s] Mai 2012 Jun 2012 Jul 2012 Aug 2012 Sep 2012 Okt 2012 Nov 2012 Dez 2012 Jan 2013 Feb 2013 Mrz 2013 Apr 2013 Mai 2013 Jun 2013 Jul 2013 Aug 2013 Sep 2013 Okt 2013 Nov 2013 Pegel Cottbus Pegel Bräsinchen Bild 74: Ganglinien der Durchflüsse an den Pegeln Cottbus und Bräsinchen für die hydrologischen Jahre 2012 und 2013 Nach Aussage des LUGV ufert das Durchflussprofil des Pegels Bräsinchen bei Abflüssen größer 60 m³/s aus. Die Durchflussdaten weisen daher im Hochwasserfall einen entsprechenden Messfehler auf. Zum Schließen der Wassermengenbilanz für die Talsperre Spremberg wurden zuerst in jedem Zeitschritt die Bilanzfehler ermittelt. Der mittlere Bilanzfehler im Betrach-

88 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 84 tungszeitraum von 2012 bis 2013 betrug -0,190 m³/s. Im Rahmen einer Fehleranalyse wurden anschließend die einzelnen Bilanzgrößen auf systematische Zusammenhänge mit dem Bilanzfehler geprüft. Dabei wurden keine Auffälligkeiten festgestellt. Daraus konnte abgeleitet werden, dass die Bilanzfehler zufällig sind und durch die Messfehler bzw. die Bestimmungsfehler der einzelnen Bilanzgrößen entstehen. Da die Wassermengenbilanz der Talsperre von den Bilanzgrößen Zufluss und Abfluss dominiert wird (vgl. Abschnitt 3.1.2), muss der Bilanzfehler maßgeblich vom Messfehler dieser beiden Größen verursacht sein. Da er keine Auswirkungen auf die Stoffbilanz der Talsperre hat, wurde der Durchfluss des Pegels Cottbus korrigiert, um die gemessen Werte des Wasservolumens in der Talsperre bilanztreu widerzuspiegeln. In Bild 75 ist die Summenhäufigkeit des entsprechenden Bilanzfehlers, bezogen auf den gemessenen Durchfluss am Pegel Cottbus, dargestellt. In 70 % der Fälle ist der relative Fehler des Durchflusses am Pegel Cottbus kleiner oder gleich ± 10 % und in 90 % der Fälle kleiner oder gleich ± 20 %. 100% 90% 80% 70% Summenhäufigkeit 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 100% relativer Fehler Durchfluss Pegel Cottbus Bild 75: Summenhäufigkeit des auf den gemessenen Durchfluss am Pegel Cottbus bezogenen Bilanzfehlers der Wassermengenbilanz In Bild 76 ist die Ganglinie des korrigierten Durchflusses am Pegel Cottbus im Vergleich zum gemessenen Durchfluss dargestellt. Aus der Darstellung geht hervor, dass die Korrekturen im Allgemeinen vergleichsweise gering sind. Nur bei Hochwasser wie im Juni 2013 sind die Korrekturen deutlicher. Dies wird auf die Ungenauigkeit der H-Q-Beziehungen der Pegel bei solchen Extremereignissen im Allgemeinen und auf die Verwendung der 7-Uhr-Terminwerte des Durchflusses im Speziellen zurückgeführt. Zur Modellierung der Wasserbeschaffenheit wurden für den Ablauf der Talsperre Spremberg im Folgenden die Werte des korrigierten Durchflusses am Pegel Cottbus verwendet.

89 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Nov 2011 Dez 2011 Jan 2012 Feb 2012 Mrz 2012 Durchfluss [m³/s] Apr 2012 Mai 2012 Jun 2012 Jul 2012 Aug 2012 Sep 2012 Okt 2012 Nov 2012 Dez 2012 Jan 2013 Feb 2013 Mrz 2013 Apr 2013 Mai 2013 Jun 2013 Jul 2013 Aug 2013 Sep 2013 Okt 2013 Nov 2013 Pegel Cottbus (gemessen) Pegel Cottbus (korrigiert) Bild 76: Ganglinien des gemessenen und des korrigierten Durchflusses am Pegel Cottbus für die hydrologischen Jahre 2012 und 2013

90 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Konservatives Stoffmengenbilanzmodell Konzeptioneller Ansatz Für die nachfolgenden Betrachtungen werden an das numerische Modell folgende Anforderungen gestellt: Das Modell muss gewährleisten, dass die stoffliche Transformation des Eisens gemäß Abschnitt abgebildet werden kann. Von den Bearbeitern wurde außerdem der Anspruch formuliert, dass das in Frage kommende Modell mit den üblicherweise verfügbaren und mit vertretbarem Aufwand gewinnbaren Daten zur Wassermenge, zur Wasserbeschaffenheit und zur Witterung kalibrierbar sowie auf der Grundlage der Messergebnisse validierbar sein muss. Das Modell soll außerdem für praktische Anwendungen geeignet sein, insbesondere zur Betrachtung von Szenarien zwecks Ableitung begründeter Bewirtschaftungsregeln. Zur Modellierung des Eisenrückhalts in der Talsperre Spremberg wurden gemäß Aufgabenstellung verschiedene Modelle auf ihre Eignung geprüft (z. B. CE-QUAL- W2, WASP, DWA-Gewässergütemodell). Beim Vergleich der kommerziell und frei verfügbaren Beschaffenheitsmodelle für Fließgewässer und eingebundene Standgewässer zeigte sich, dass diese Modelle den o. g. spezifischen Ansprüchen an die Modellbearbeitung und -nutzung nicht entsprechen. Aus diesem Grund wurde eine eigenständige Modellentwicklung betrieben. Dabei wurden systemanalytisch drei Ansätze auf der Basis von Kompartimentmodellen geprüft: ein einfaches Mischreaktormodell und zwei Modelle mit mehreren linear gekoppelten Mischreaktoren. Des Weiteren wurde in einer begleitenden Masterarbeit ein Modellansatz mit Kurzschlussströmung und mehreren gekoppelten Mischreaktoren geprüft. Auf Grund ihres geringen Volumens und der kurzen Verweilzeit wird die Vorsperre der Talsperre Spremberg in den genannten Ansätzen als Bilanzknoten abgebildet. In Bild 77 sind die getesteten Kompartimentmodelle mit unterschiedlicher räumlicher Abstraktion schematisch dargestellt. Realität Mischreaktor Speicherkaskade mit 2 Reaktoren Speicherkaskade mit 3 Reaktoren Ablauf Ablauf Ablauf Ablauf Hauptsperre MR 2 MR 3 MR 1 MR 2 Hauptsperre MR 1 MR 1 Vorsperre Vorsperre Zufluss Zufluss Zufluss Zufluss Bild 77: Schematische Darstellung der verwendeten Modellansätze

91 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 87 Als Mengengerüst für das Wasserbeschaffenheitsmodell wird in allen Ansätzen die Wassermengenbilanz der Talsperre (vgl. Abschnitt 3.1.2) unter Berücksichtigung der korrigierten Durchflussdaten des Pegels Cottbus verwendet (vgl. Abschnitt 4.1). Beim Kaskadenansatz werden die Mengenströme zwischen den Teilreaktoren auf der Grundlage der äußeren Wassermengenbilanz und der Morphometrie der Teilspeicher ermittelt. Die optimale Größe der Teilreaktoren wurde unter Berücksichtigung der tatsächlichen Morphometrie des Speicherbeckens (vgl. Bild 71) im Rahmen der Modellanpassung ermittelt Bilanzgleichung Für eine konservative Komponente, wie z. B. Sulfat, wird die Änderung der Beschaffenheit in einem Mischreaktor durch Bilanzierung der Stoffströme nach folgendem Ansatz ermittelt: "5 6 "5 mit > 7,9 6,9 7,: 6 "5 9<= ; :<= 6 "5 Stoffkonzentration im Mischreaktor in [mg/l] "5 Volumen des Mischreaktors in [m³],9 Volumenstrom der i-ten Zuflusskomponente zum Mischreaktor in [m³/s] 6,9 Stoffkonzentration der i-ten Zuflusskomponente zum Mischreaktor in [mg/l],9 Volumenstrom der i-ten Abflusskomponente des Mischreaktors in [m³/s] Die Differentialgleichung für die konservative Stoffmengenbilanz wird mit dt t in eine Differenzengleichung überführt und der Einfachheit halber als explizite Vorwärtsdifferenz gelöst. Als Basiszeitschritt wird t = 1 d verwendet. Bei Hochwasser mit großen Durchflüssen wird der Zeitschritt t unter Beachtung des Courant-Kriteriums für den kleinsten Mischreaktor automatisch verfeinert Modellanwendung und Ergebnisse Die grundsätzliche Eignung der dargestellten Modellansätze wurde am konservativen Kennwert Sulfat geprüft. Im Rahmen einer ersten Kalibrierung wurden die Größen der Teilreaktoren angepasst. Als Eingangsdaten der Wasserbeschaffenheit wurden die täglichen Messwerte der Sulfatkonzentration in Spremberg-Wilhelmsthal verwendet. In Bild 78 sind die mit dem Ein- und Zwei-Reaktor-Ansatz berechneten Sulfatkonzentrationen am Ablauf der Talsperre im Vergleich zu den täglichen Messwerten dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Modellierung der Sulfatkonzentration mit allen Modellansätzen vergleichbare Ergebnisse liefert. Der Drei-Reaktor-Ansatz liefert ähnliche Werte, wie der Zwei-Reaktor-Ansatz und ist deshalb in Bild 78 nicht mit dargestellt.

92 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 88 Alle Modellansätze geben die Höhe und die Dynamik der Sulfatkonzentration sehr gut wieder. Der Kaskadenansatz mit zwei Teilreaktoren liefert die statistisch beste Anpassung. Die Parameter für das angepasste konservative Stoffbilanzmodell bilden nunmehr die Grundlage zur Modellierung der Eisentransformation in der Talsperre Spremberg in Abschnitt Jul 2012 Aug 2012 Sep 2012 Okt 2012 Sulfatkonzentration [mg/l] Nov 2012 Dez 2012 Jan 2013 Feb 2013 Mrz 2013 Apr 2013 Mai 2013 Jun 2013 Jul 2013 Aug 2013 Sep 2013 Okt 2013 Nov 2013 Mischreaktor Kaskade 2 Reaktoren Messwerte Bräsinchen Bild 78: Ganglinien der gemessenen und mit dem Ein- und Zwei-Reaktor-Ansatz berechneten Sulfatkonzentrationen am Ablauf der Talsperre Spremberg

93 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Stoffbilanzmodell für Eisen Konzeptioneller Ansatz Für die Eisentransformation in der Talsperre Spremberg sind zwei mobile Eisen- Komponenten zu berücksichtigen (vgl. Bild 48): Das gelöste Eisen(II) und Das suspendierte Eisen(III)hydroxid In Kompartimenten mit sehr langen Verweilzeiten des Wassers in Zeiträumen von Jahren, wie zum Beispiel in Grundwasserleitern oder auch in grundwassergespeisten Bergbaufolgeseen, können die hydrogeochemischen Prozesse des Eisens mit ausreichender Genauigkeit als Gleichgewichtsreaktionen betrachtet werden. Im Vergleich zu den Grundwasserleitern und grundwassergespeisten Bergbaufolgeseen ist die Verweilzeit in der Spree und in der Talsperre Spremberg jedoch sehr kurz. Die Verweilzeit liegt in der Talsperre Spremberg je nach Stauvolumen und Durchfluss derzeit zwischen etwa 3 und 30 Tagen. Die Eisentransformation in der Talsperre Spremberg muss deshalb mit einem reaktiven Ansatz unter Beachtung der spezifischen Eisenkinetiken abgebildet werden. Die maßgebenden Kinetiken der Eisenumwandlung in den Fließgewässern und in der Talsperre sind: (1) Die Eisen(II)oxidation als homogene Reaktion im Gewässer (2) Die Ausfällung von Eisen(III)hydroxid als heterogene Reaktion an der Grenzfläche See/Sediment In Anlehnung an [Singer & Stumm 1970] wird für das kinetische Modell der abiotischen Eisen(II)oxidation folgende G D E = FE G E 0 D mit ABCC Eisen(II) Konzentration im Wasser in [mol/m³] E = temperaturabhängige Geschwindigkeitskonstante für die Eisenoxidation in [1/s] E G spezifische Geschwindigkeitskonstante in [-] E H spezifische Geschwindigkeitskonstante in [mol/m³] I G Konzentration des gelösten Sauerstoffs in [mol/m³] 0 Konzentration der H + Ionen in [mol/m³] Die Gleichung stellt die Abhängigkeit der Kinetik der Eisen(II)oxidation als Kinetik 1. Ordnung von der Eisen(II)konzentration sowie von der Sauerstoffkonzentration und vom ph-wert (H + -Konzentration) dar. Bei niedrigen ph-werten ph < 3,5 wird die Oxidationsgeschwindigkeit sehr langsam. Die ph-abhängigkeit der Eisen(II)oxidation wurde von [Singer & Stumm 1970] wie folgt ermittelt (Bild 79):

94 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 90 Bild 79: Geschwindigkeit der abiotischen Eisen(II)oxidation durch Sauerstoff im Bereich ph < 6, Quelle: Singer und Stumm, Science 167, 1121 (1970) aus [Sigg & Stumm 1996] In der Folge der Oxidation von Eisen(II) entsteht Eisen(III). Das Eisen(III)ion hydrolysiert unter neutralen Bedingungen zu Eisen(III)hydroxid. Die Hydrolysereaktion ist eine sehr schnelle Reaktion und kann deshalb als chemisches Gleichgewicht dargestellt werden. Das Eisen(III)hydroxid bildet zunächst Mikroflocken, die lange Zeit in der Schwebe bleiben. Die Bildung von Eisen(III)hydroxidverbindungen im Sinne einer festen chemischen Phase und deren Übergang ins Sediment kann in Abhängigkeit von den physikalischen und chemischen Randbedingungen erfahrungsgemäß Stunden bis Tage dauern. Diese Zeit kann für den ökologischen Zustand der betroffenen Gewässer, hier die Spree und die Talsperre Spremberg, entscheidend sein. Die Eisen(III)hydroxidfällung ordnet sich aufgrund der Strukturen der Eisenflocken nicht dem STOKES schen Gesetz, dem allgemeinen Gesetz für die Sedimentation sphärischer Partikel in Fluiden, unter. Deshalb wird für das Modell der Eisenfällung in Anlehnung an [IWB 2010b] und andere Autoren folgende empirische Beziehung in Form einer Pseudokinetik 1. Ordnung H K D mit E L%M H K D ABI H K Konzentration der Eisen(III)hydroxidflocken im Wasser in [mg/l] E L%M temperaturabhängiger Sedimentationskoeffizient in [1/s] N Tiefe des Gewässers

95 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 91 In die pseudokinetische Gleichung für die Sedimentation von Eisen(III)hydroxid wurde die mittlere Tiefe z des Gewässers bzw. des betroffenen Kompartiments eingeführt Bilanzgleichungen Für die mobile Komponente Eisen(II) gilt in jedem Teilreaktor der Talsperre (Kompartiment) die Bilanzgleichung: "5 6 "5 mit > ; 7,9 6,9 7,: 6 "5! OP! Q%M 9<= :<= R Zustromkomponente der Wasserbilanz (Zufluss, Niederschlag, ) S Abstromkomponente der Wasserbilanz (Abfluss, Versickerung, Verdunstung, ) 6 "5 Stoffkonzentration im Mischreaktor in [mol/m³] "5 Volumen des Mischreaktors in [m³],9 Volumenstrom des i-ten Zuflusses zum Mischreaktor in [m³/s] 6,9 Stoffkonzentration des i-ten Zuflusses zum Mischreaktor in [mol/m³],9 Volumenstrom des i-ten Abflusses des Mischreaktors in [m³/s]! OP Rate der Oxidation [mol/s]! Q%M Rate der sedimentinternen Reduktion [mol/s] Für die mobile Komponente Eisen(III)hydroxid(-flocke) gilt in jedem Teilreaktor der Talsperre (Kompartiment) die Bilanzgleichung: "5 6 "5 > ; 7,9 6,9 7,: 6 "5! OP! $%M! Q%$ 9<= Mit dem zusätzlichen Term :<=! $%M Rate der Sedimentation [mol/s]! Q%$ Rate der Resupension [mol/s] Die immobilen Komponenten werden im entwickelten Modell vorerst nicht bilanziert. Die abgelagerte Schlammmenge in den einzelnen Teilräumen ergibt sich aus dem Stoffstrom mit der Rate R sed. Der Eintrag von Eisen(II) aus dem Sediment durch Reduktion R red wird vorerst auch nicht berücksichtigt. Zu diesem Zweck müsste das Talsperrensediment als zusätzliches Kompartiment in das Modell eingeführt werden. Dazu fehlen derzeit noch die erforderlichen Daten und Parameter. Die Beobachtungen zeigen, dass die Reduktion von Eisen im Sediment nur unter hochsommerlichen überhaupt relevant ist und für die Gesamtbilanz des Eisens in der Talsperre als gering eingeschätzt wird und daher vernachlässigt werden kann.

96 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Modellanwendung und Ergebnisse Das entwickelte Eisentransformationsmodell für die Talsperre Spremberg betrachtet die Vorsperre und die Hauptsperre getrennt. Als Eingangssignal für die Vorsperre wurden die täglichen Messwerte von Eisen-gelöst und Eisen-gesamt in Spremberg- Wilhelmsthal verwendet. Als Eingangssignal für die Hauptsperre wurden die täglichen Messwerte am Ablauf der Vorsperre verwendet. Die Wassertemperatur in der Vorsperre wird mittels der kontinuierlichen Messdaten der LMBV-Dauermessstelle an der Spree in Spremberg-Wilhelmsthal gekennzeichnet. Die Wassertemperatur in der Hauptsperre wurde näherungsweise aus der Lufttemperatur nach dem in [DVWK 1996] beschriebenen Energiebilanzansatz berechnet. Für den ph-wert und für den gelösten Sauerstoff liegen keine konsistenten Messreihen vor. Für die Modellierung wurde daher vorerst ein konstanter ph- Wert von ph 7 angenommen. Für den Sauerstoff wurde aus den verfügbaren Messdaten (Profilmessungen und Einzelprobennahmen) im Mittel eine konstante Sättigung von 90 % geschätzt. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffs berechnet sich dann als eine Funktion der Wassertemperatur. Die für die Sedimentationskinetik relevante mittlere Tiefe wurde in jedem Berechnungsschritt aus Volumen und Seefläche ermittelt. Für die Vorsperre wurde eine konstante mittlere Tiefe von 2,5 Meter angenommen. Durch Kalibrierung wurden die Reaktionskonstanten der verwendeten Kinetiken für die Eisen(II)oxidation und für die Eisen(III)hydroxidsedimentation angepasst. Als Zielgrößen wurden bei der Kalibrierung die statistischen Maßzahlen Mittelwert, quadratische Abweichung, Korrelationskoeffizient sowie die Nash-Sutcliffe-Modelleffizienz verwendet. Die in Bild 80 dargestellten Berechnungsergebnisse für Eisen-gesamt zeigen, dass die Höhe und die Dynamik der Eisen-gesamt-Konzentration am Ablauf der Talsperre von allen Modellansätzen gut widergegeben werden. Der Kaskadenansatz mit zwei Reaktoren zeigt statistisch die beste Anpassung an die Messwerte.

97 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 93 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Jul 2012 Aug 2012 Sep 2012 Okt 2012 Nov 2012 Eisen-gesamt Konzentration [mg/l] Dez 2012 Jan 2013 Feb 2013 Mrz 2013 Apr 2013 Mai 2013 Jun 2013 Jul 2013 Aug 2013 Sep 2013 Okt 2013 Messwerte Bräsinchen Mischreaktor Kaskade 2 Reaktoren Kaskade 3 Reaktoren Bild 80: Ganglinien der gemessenen und der mit verschiedenen Ansätzen modellierten Eisen-gesamt-Konzentrationen am Ablauf der Talsperre Spremberg In Bild 81 sind die Ergebnisse des Knotenpunktbilanzmodells für die Vorsperre und die Ergebnisse des Kaskadenansatzes mit zwei Reaktoren für die Hauptsperre dargestellt. Die farbigen Linien zeigen jeweils die Messwerte der Eisenkomponenten und der farbliche Hintergrund die Berechnungsergebnisse. Für die Vorsperre geben die Modellergebnisse die Messwerte der zwei Eisenkomponenten sehr gut wieder. Allgemeine Trends und Spitzen werden mit dem Modell überwiegend exakt abgebildet. In der Hauptsperre wird der grundsätzliche Trend der Messwerte ebenfalls gut widergespiegelt. Stellenweise kommt es bei Eisen(II) jedoch zu größeren Abweichungen von den Messwerten. Das ist für Eisen(II) auf die im Vergleich zur Vorsperre deutlich längere Verweilzeit in der Hauptsperre zurückzuführen. Dadurch gewinnt der Oxidationsprozess und insbesondere die von den Kennwerten ph-wert und Sauerstoffkonzentration abhängige Rate der Eisen(II)oxidation größere Bedeutung für die Stoffbilanz. Diese Kennwerte mussten mangels Daten vorerst als konstant (ph-wert) oder in einfacher Relation zu Sekundärmesswerten (Temperatur) angenommen werden (Sauerstoff). Die zeitweiligen Abweichungen zwischen Messwerten und berechneten Werten sind zum Teil erklärbar. In der zweiten Julihälfte und in der zweiten Augusthälfte 2013 herrschten sehr hohe Temperaturen. Die Talsperre hatte sich in dieser Zeit im abgesenkten Zustand stark erwärmt. Das führte zu einer Intensivierung der sedimentinternen Respiration und damit zu einem relevanten Eintrag von Eisen(II) aus dem Sediment in das Freiwasser. Dieser Prozess kann mit einer gleichgerichteten Entwicklung der Mangankonzentration (hier nicht dargestellt) belegt werden. Das Modell bildet den Stoffeintrag aus dem Sediment (R red ) nicht ab (siehe Abschnitt 4.3.1).

98 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Ablauf Vorsperre 16 Eisenkonzentration [mg/l] Eisen-gelöst (Modell) Eisen-suspendiert (Modell) Eisen-gesamt (Messung) Eisen-gelöst (Messung) 5,0 Ablauf Hauptsperre 4,5 4,0 Eisenkonzentration [mg/l] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Eisen-gelöst (Modell) Eisen-suspendiert (Modell) Eisen-Gesamt (Messung) Eisen-gelöst (Messung) Bild 81: Vergleich der gemessenen und der modellierten Eisen-gelöst- und Eisen-gesamt-Konzentrationen am Ablauf der Vorsperre (oben) und am Ablauf der Hauptsperre (unten)

99 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 95 In Einzelfällen sind für starke singuläre Abweichungen zwischen Modell- und Messwerten auch Messfehler oder methodische Einschränkungen verantwortlich. So erfolgt zum Beispiel die Probennahme als Stichproben und nicht als Tagesmischproben. Die Berechnungsergebnisse sind ihrerseits als Tagesmittelwerte zu interpretieren. Der gewählte numerische Lösungsansatz (Vorwärtsdifferenz) hat nur geringen Einfluss auf das Ergebnis Schlussfolgerungen aus der Modellanwendung In den bisherigen Darlegungen des Abschnittes 4 wurde gezeigt, dass die Eisentransformation in der Talsperre Spremberg mit einem vergleichsweise einfachen systemanalytischen Modellansatz sehr gut abgebildet werden kann. Mehr Modell im Sinne der räumlichen Diskretisierung ist nicht notwendig. Für die realitätsnahe Widerspiegelung der Messergebnisse durch das Modell waren die Kenntnis und die Einbeziehung der relevanten Komponenten und Prozesse der Eisentransformation von maßgeblicher Bedeutung. Die Modellanpassung und der Nachweis der Modellgüte wären ohne die zeitlich dichten (täglichen) Messungen im Zulauf zur Talsperre Spremberg, nach der Vorsperre Bühlow und im Ablauf der Talsperre Spremberg nicht möglich gewesen. Die konkreten Ergebnisse belegen, dass eine Modellanwendung nur in Verbindung mit einer adäquaten Datenquantität und Datenqualität zu einer nutzbringenden praktischen Anwendung geführt werden kann. Das parametrisierte Modell der Eisentransformation in der Talsperre Spremberg ist prognosefähig. Mit dem Modell können Szenarien zum Einfluss veränderlicher Eingangsgrößen auf den Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg betrachtet werden. Daraus können Empfehlungen in Hinblick auf eine Gütesteuerung der Spree und der Talsperre Spremberg hinsichtlich des Eisens begründet abgeleitet werden. Das Modell hat darüber hinaus beträchtliches Entwicklungspotential. Durch die Einbeziehung des hydrogeochemischen Moduls PHREEQC [Parkhurst & Appelo 1999] und notwendigerweise die Berücksichtigung weiterer chemischer Kennwerte kann auch die Entwicklung des ph-wertes als maßgebliche Einflussgröße auf die Eisenoxidation modelliert werden. Die Anforderungen an die Eingangsdaten erhöhen sich jedoch enorm. Die Modellanwendung muss durch Erweiterung der Messprogramme auf weitere physikalische und chemische Kennwerte (Temperatur, ph-wert, Sauerstoff) qualifiziert werden. Die Messprogramme müssen robust und wirtschaftlich sein.

100 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 96 5 Abschätzung der Folgen für die Unterlieger Neben der Wassermengenregulierung zum Zwecke der Niedrigwasseraufhöhung und des Hochwasserrückhaltes erfüllt die Talsperre Spremberg im Wesentlichen ihre ursprünglich auch zugewiesenen wassergütewirtschaftlichen Funktionen im Fließgewässernetz der Spree. Sie gewährleistet insbesondere den Rückhalt von allochthonen klastischen Schwebstoffen, die Nährstoffelimination und neuerdings auch den Eisenrückhalt. Geochemisch betrachtet stellt Eisen auch einen mineralischen Schwebstoff dar. Sein Verhalten ist aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften jedoch unterschiedlich zu den klastischen mineralischen Schwebstoffen. Die Bildung des Schwebstoffes Eisen erfolgt erst im Ergebnis der Eisen(II)oxidation, die einer kinetischen Limitierung unterliegt. Die Ausfällung der Eisen(III)hydroxidflocken erfolgt aufgrund der geringen Dichteunterschiede zum Wasser nur sehr verzögert. Die Vorsperre Bühlow hat deshalb nur einen begrenzten Anteil am Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg (Abschnitt 3.2.2). In Anbetracht der Folgen des Grundwasserwiederanstiegs in den Gebieten des Sanierungsbergbaus stellt die Existenz der Talsperre Spremberg eine günstige Fügung dar. Die im Oberstrom der Spree bestehende Eisenbelastung würde ansonsten durch die Stadt Cottbus bis mindestens in den Kernbereich des Spreewaldes transportiert werden. In der derzeitigen Konstellation wird das Eisen in der Talsperre Spremberg zu einem hohen Anteil zurückgehalten. Das Eisen hat im Ablauf der Talsperre Konzentrationen, die über den natürlichen Hintergrundwerten, jedoch überwiegend unterhalb der Sichtbarkeitsgrenze (< 2 mg/l Eisen-gesamt) liegen. Im weiteren Verlauf der Spree verringert sich die Eisenkonzentration aufgrund natürlicher Prozesse weiter, führt hier jedoch nicht zu den auffälligen Verockerungserscheinungen. Unter Beachtung bestimmter Bewirtschaftungsregeln insbesondere hinsichtlich einer ausreichenden Aufenthaltszeit für die Talsperre Spremberg kann das Eisen über eine große Bandbreite der Durchflüsse in der Spree und auch bei einem weiteren begrenzten Konzentrationsanstieg im Oberlauf der Spree zurückgehalten werden. Alle Bemühungen müssen deshalb zunächst darauf gerichtet werden, den Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg weiterhin zu gewährleisten (Abschnitt 6.3.4). Die Sedimentuntersuchungen und die Bilanzierungen zur Sedimentbildung zeigen, dass durch den Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg kein signifikanter Sedimentauftrag stattfindet. Die Neubildung des Mischsediments beträgt im Mittel über der gesamten Fläche der Talsperre Spremberg etwa 1,6 Zentimeter pro Jahr (Abschnitt 3.3.4). Ein flockiger Eisenhydroxidschlamm wurde nur gelegentlich als sehr junger Frischschlamm in den Sedimentfallen gefunden, jedoch nicht in den älteren Sedimentkernen. Aus der zusätzlichen Sedimentbildung infolge des Eisenrückhaltes resultiert nach gegenwärtigem Kenntnisstand für die Bewirtschaftung der Talsperre keine relevante Einschränkung.

101 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 97 Aufgrund der gegenwärtig vergleichsweise stabilen Situation in der Talsperre Spremberg bezüglich des Eisenrückhaltes müssen vorläufig keine Bewirtschaftungseinschränkungen in Kauf genommen werden. Konkrete Bewirtschaftungsempfehlungen können erst aus abgestimmten Szenarienrechnungen abgeleitet werden (siehe Abschnitt 7). Als vorläufige Empfehlung gilt, dass eine Entleerung des Stauraumes auf weniger als 10 Mio. m³ im Sommer und weniger als 15 Mio. m³ im Winter zu vermeiden sind. Die Talsperre Spremberg wird intensiv als Bade- und Angelgewässer sowie für den Wassersport genutzt. Im Bereich der Gemeinde Neuhausen wurden beträchtliche Investitionen für die touristische Erschließung der Talsperre Spremberg getätigt. Die Eisenbelastung ist in den entsprechenden staumauernahen Strandbereichen am Ostufer (Spreestrand Bagenz) und am Westufer (Nordstrand) derzeit überwiegend gering. Bei einer Zunahme des Eiseneintrages ist jedoch mit einer flächigen Ausdehnung der Trübungsfahne in der Talsperre Spremberg zu rechnen. Sie würde unweigerlich zu einer Beeinträchtigung der genannten Nutzungen führen. Der derzeitige Zustand muss deshalb mindestens gewährleistet bleiben. Der diffuse Eiseneintrag aus den Grundwasserwiederanstiegsgebieten des Braunkohlensanierungsbergbaus führt neben der sichtbaren Verockerung zu einer Verringerung des ph-wertes. In der Spree sinkt der ph-wert zeitweilig auf Werte ph < 6 (Bild 20), was für Fließgewässer dieser Durchflussklasse untypisch ist. Auch in der Talsperre Spremberg sinkt der ph-wert zeitweilig auf Werte ph 7, was für ein Standgewässer dieser Trophieklasse ebenfalls untypisch ist. Den maßgebenden Versauerungseinfluss üben die starken Mineralsäuren des diffusen Grundwasserzustroms aus. Die Eisen(III)hydrolyse hat aufgrund des vergleichsweise niedrigen Konzentrationsniveaus daran nur einen geringen Anteil. Die vollständige Oxidation und Hydrolyse von 4 bis 8 mg/l Eisen (entspricht der derzeitigen Konzentrationsspanne in der Spree) führen zu einer Säurebildung von lediglich 0,15 bis 0,30 mmol/l. Die ökologischen Auswirkungen der Verockerung auf die Spree werden unter anderem in [LfULG 2013] thematisiert. Die ökologischen Auswirkungen der Verockerung auf die Talsperre Spremberg wurden bislang fachlich nicht bewertet. Nach Augenschein und Mitteilung der ansässigen Fischer sind bislang keine wesentlichen Einbußen in der biologischen Produktivität des Gewässers zu verzeichnen. Die Nahrungskette vermittelt einen intakten Eindruck. In der Talsperre wurden reichlich Phytoplankton und Zooplankton, Fische und Muscheln festgestellt. Ein wesentlicher Grund dafür ist die Dominanz des Eisen(III)hydroxides im Zulauf der Talsperre. Das Eisen(III)hydroxid erzeugt nur Trübung ähnlich der sonstigen mineralischen Schwebstoffe. Ausgedehnte Schlammbänke werden in weiten Bereichen der Talsperre, mit Ausnahme der Vorsperre und der südlichen Stauwurzel, nicht beobachtet. Das fischtoxische Eisen(II) wird in der Talsperre Spremberg in Konzentrationen gemessen, die sich nicht stark unterscheiden von der Eisenkonzentration in natürlichen Gewässern.

102 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 98 Bezüglich der wirtschaftlichen Folgen für die Unterhaltung und für den Betrieb der Talsperre Spremberg werden bei Wahrung des gegenwärtigen Status quo keine relevanten Aufwendungen gesehen. Die Sedimentuntersuchungen haben gezeigt, dass sich ein lockerer Eisenschlamm auf dem Grund der Talsperre nicht akkumuliert. Die Eisenausfällungen vermischen sich mit den mineralischen Schwebstoffen und den organischen Sinkstoffen und bilden ein vergleichsweise kompaktes Sediment, das eine typische Sedimentgenese erfährt (siehe 3. Absatz in diesem Abschnitt).

103 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 99 6 Vorschläge von Maßnahmen Zur Eisenbelastung der Spree und der Talsperre Spremberg liegen bislang drei wegweisende Untersuchungen vor. Die von der LMBV in Auftrag gegebene sogenannte erste Eisenstudie [IWB 2010a], deren Untersuchungen in den Jahren 2009 und 2010 lagen, war zunächst ausschließlich mit der Eisenbelastung in der Kleinen Spree befasst. Die Maßnahmenvorschläge zur Minderung der Eisenbelastung fokussierten sich deshalb auch auf die Kleine Spree. Die von der LMBV in Auftrag gegebene zweite Eisenstudie [IWB 2012], deren Untersuchungen in den Jahren 2011 und 2012 lagen, befasste sich zusätzlich mit der Eisenbelastung in der Spree. Zwischen den zwei Eisenstudien lagen zwei niederschlagsreiche Jahre, die zu einem beschleunigten Grundwasseranstieg in den Gebieten des Sanierungsbergbaus geführt und damit den Grundwasseranschluss wesentlicher Abschnitte der Spree herbeigeführt hatten. Die Maßnahmenvorschläge aus der ersten Eisenstudie wurden in geeigneter Weise auf die betroffenen Spreeabschnitte erweitert. Im finalen Stadium der zweiten Eisenstudie der LMBV wurde im Auftrag des LUGV die erste Studie zur Eisenbelastung der Talsperre Spremberg bearbeitet [GFI 2012]. Diese Studie wurde redaktionell zwei Monate nach der zweiten Eisenstudie der LMBV fertiggestellt, reflektiert jedoch die Vorschläge der zweiten Eisenstudie der LMBV nicht. Nachfolgend werden die Maßnahmenvorschläge der einzelnen Bearbeitungen kurz dargestellt (Abschnitt 6.2 und Abschnitt 6.1), aus aktueller Kenntnis bewertet (wobei für die LMBV nur die zweite Eisenstudie relevant ist) und schließlich zu einem aktualisierten Maßnahmenpaket zusammengeführt (Abschnitt 6.3). 6.1 Bewertung der Maßnahmenvorschläge in den Eisenstudien der LMBV Eine wesentliche Erkenntnis aus den zwei Eisenstudien der LMBV [IWB 2010a] und [IWB 2012] war, dass die in den Fließgewässern derzeit zu beobachtende Eisenbelastung überwiegend aus den pleistozänen Grundwasserleitern der ehemaligen Absenkungstrichter stammt, und nicht aus den Außenhalden und Innenkippen der Braunkohlentagebaue. Die Außenhalden und Innenkippen enthalten bekanntermaßen saure sowie stark eisen- und sulfathaltige Sicker- bzw. Grundwässer. Das Kippenwasser des Tagebaus Burghammer erreicht die Fließgewässer aber frühestens mehrere Jahrzehnte nach der Strömungsumkehr, die anhand der beobachteten Grundwasserstandsentwicklung auf die Jahrtausendwende zurückdatiert werden kann. Das Kippengrundwasser des Tagebaus Lohsa tritt in den Restsee Lohsa aus und hat keine hydraulische Verbindung zur Spree. Die Außenhalde Burghammer hat an der beobachteten raumgreifenden Belastung der Fließgewässer nur einen vergleichsweise geringen Anteil. Eisenreiches Grundwasser wird insbesondere in der Unteren und in der Oberen Talsandfolge (G130 bzw. G122) des Lausitzer Urstromtales gefunden. Es beruht in gleicher Weise auf der Pyritverwitterung. Stellenweise werden bis zu 400 mg/l Eisen im Grundwasser der pleistozänen Grundwasserleiter gemessen. Der Pyritgehalt der pleistozänen Grundwasserleiter ist im Vergleich zu den tertiären Grundwasserleitern gering. Durch ihre hohe hydraulische Durchlässigkeit ist der Pyrit in den Absenkungslamellen dafür hochgradig verwittert. In den tertiären Mischbodenkippen der Braunkohlentagebaue verwittert Pyrit nur anteilig.

104 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 100 Die Eisenstudien [IWB 2010a] und [IWB 2012] enthalten ein ganzes Kompendium an möglichen Maßnahmen zur Minderung der Eisenbelastung in den Fließgewässern. Die Maßnahmen wurden in einer Matrix, die die erkannten räumlichen Eisenquellen (Innenkippe Burghammer, Außenhalde Burghammer, pleistozäner Grundwasserleiter in der Spreewitzer Rinne) mit den möglichen Quellen, Transportpfaden und Schutzgütern der Eisenbelastung in Relation setzt. Aufgrund dessen, dass keine eindeutige und räumlich begrenzte Quellenzuordnung für die Herkunft des Eisens vorgenommen werden konnte, wurde zur Minderung der Eisenbelastung in den Fließgewässern ein Barrierenkonzept als Barriere zum Schutzgut favorisiert (Bild 82). Das Barrierenkonzept beinhaltet im Wesentlichen die flussnahe Fassung des eisenbelasteten Grundwassers, seine Ableitung und Behandlung. Entsprechend den örtlichen Begebenheiten wurden zur Fassung des Grundwassers unterschiedliche technische Lösungen als Abfanggräben, anaerobe Rohrdräns oder Brunnenriegel vorgeschlagen. In dem Konzept haben weiterhin die flussnahe Untergrundwasserbehandlung als heterotrophe Sulfatreduktion und sulfidische Eisenausfällung Platz. Zur Minimierung der Aufwendungen für die Wasserhebung, den Wassertransport und die Wasserbehandlung wird eine dichte räumliche Erkundung der hot spots der Eisenbelastung empfohlen. Zur Minimierung der Aufwendungen für den Wassertransport und die Wasserbehandlung werden weiterhin Möglichkeiten der naturräumlichen Wasserbehandlung aufgezeigt. Bild 82: Beispiel für die Umsetzung des Barrierenkonzeptes zur Minderung der Eisenbelastung in der Spree, aus [IWB 2012], modifiziert, die Einzelmaßnahmen 1 bis 8 sind in der genannten Studie beschrieben

105 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 101 Einen zentralen Platz im entwickelten Barrierenkonzept hat die ehemalige Grubenwasserreinigungsanlage Burgneudorf, die zu diesem Zweck ertüchtigt werden muss. Genehmigungsrechtlich besonders relevant ist die Schlammbehandlung. Aus wirtschaftlichen Erwägungen kommen hierfür bevorzugt die früheren Entsorgungswege - die Verspülung in den nahe gelegenen Bergbaufolgeseen Burghammer oder Spreetal-Nordost - in Betracht. Bewertet wurden in [IWB 2012] weiterhin die Möglichkeiten zur direkten Behandlung des Schutzgutes Fließgewässer in Form einer Flusskläranlage im Nebenschluss der betroffenen Fließgewässer. Sie müsste für den aktuellen Zustand der Kleinen Spree auf eine Kapazität von mindestens 1,5 m³/s ausgelegt werden. Der Wirkungsgrad einer Flusskläranlage an der Kleinen Spree wird bei Inbetriebnahme des Speichersystems Lohsa infolge der größeren Durchflüsse in der Kleinen Spree und der Verdünnung der Eisenkonzentration jedoch wesentlich gemindert. Die wesentlichen Quellen des Eisens liegen in der Spreewitzer Rinne. Die Speicher Lohsa und Burghammer sind jedoch der hydraulische Antrieb für die Strömung des eisenbelasteten Grundwassers der Spreewitzer Rinne in Richtung der Fließgewässer. Deshalb soll gemäß Empfehlung der zweiten Eisenstudie [IWB 2012] geprüft werden, ob eine den Speicher Lohsa nach Norden abschottende Dichtwand geeignet ist, den Grundwasserzustrom insbesondere zur Spree maßgeblich zu verringern. Da für Planung, Genehmigung und Bauausführung einer Dichtwand mindestens fünf Jahre zu veranschlagen sind und die Wirkung nicht spontan eintritt, ist diese Maßnahme mittelfristig wirksam. Die vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich in Anbetracht ihrer Komplexität nur schrittweise umsetzen. Die Wirkung auf die Fließgewässer ist entsprechend verzögert. Deshalb wurden von der LMBV sogenannte Sofortmaßnahmen entwickelt, die eine kurzfristige Wirkungsentfaltung versprechen. Die naturwissenschaftlich, technisch und planerisch-genehmigungsrechtlich geeigneten Sofortmaßnahmen können jedoch nur einen kleinen Teil der Eisenfracht mindern. Die Talsperre Spremberg muss aus diesen Gründen für eine begrenzte Zeit weiterhin ihre Funktion für den Eisenrückhalt der Spree zuverlässig erfüllen. 6.2 Bewertung der Maßnahmenvorschläge in der ersten Eisenstudie des LUGV In der ersten, vom LUGV in Auftrag gegebenen Studie zur Talsperre Spremberg [GFI 2012], wurden von den Autoren Vorschläge zur Minderung der Eisenbelastung und zur Verbesserung des Eisenrückhaltes im Einzugsgebiet und in der Talsperre Spremberg unterbreitet. Die Vorschläge wurden in sechs Pakete wie folgt gegliedert: 1. Verbesserung des Monitorings zur Talsperre Spremberg 2. Austragsprognose (a) im Grundwasser der Eintragsgebiete und (b) Prognose des Eisenrückhalts in der Talsperre Spremberg jeweils mittels räumlich diskreter, hochaufgelöster numerischer Modelle

106 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Ertüchtigung der Vorsperre Bühlow durch (a) Vergleichmäßigung der Strömungsbedingungen, (b) Erhöhung des Volumens, (c) Einbau von Überfall- Sohlschwellen, (d) Eintrag von Sauerstoff, (e) Schlammrückführung und (f) Dosierung von Flockungshilfsmitteln 4. Gütebewirtschaftung der Talsperre Spremberg durch Gewährleistung einer Mindestverweilzeit des Wassers 5. Gütesteuerung in der Spree durch bedarfsgerechte Einleitung eisenarmen Wassers aus den Grubenwasserbehandlungsanlagen 6. Verschiedene Maßnahmen im Einzugsgebiet der Spree, wie (a) der Überstau der ungesättigten Zone, (b) die Verringerung des Fließgefälles in der Spree und Kleinen Spree zur Verbesserung der Sedimentation, (c) Gestaltung des Hinterlandes der Fließgewässer zum Sedimentrückhalt bei Starkregen und (d) die Nutzung der Bergbaufolgeseen zum Sedimentrückhalt bei Hochwasser Eine verdichtete Datengewinnung gemäß der Empfehlung (1) ist eine grundlegende Voraussetzung für die Verbesserung des Systemverständnisses und zugleich zwingende Voraussetzung für die Kalibrierung und Validierung von Wassergütemodellen, unabhängig von der verwendeten Modellklasse. Diese Empfehlung wird vom Auftragnehmer der vorliegenden zweiten Studie für das LUGV bereits seit Juli 2012 im Rahmen eines BMBF-Forschungsvorhabens umgesetzt (Abschnitt 3.2) und ab sofort von den Bergbauunternehmen LMBV und VEM weitergeführt. Die Entwicklung eines räumlich feindiskreten dreidimensionalen Strömungsmodells für die Spreewitzer Rinne entsprechend der Empfehlung (2a) in [GFI 2012] wurde von der LMBV bereits in Auftrag gegeben. Mit dem Modell soll zunächst die Grundwasserströmung des wesentlichen Herkunftsbereiches der hohen Eisenbelastung - die Spreewitzer Rinne - adäquat abgebildet werden. In der ersten Anwendung sollen mit dem numerischen Grundwasserströmungsmodell die Maßnahmen an der Barriere zum Schutzgut (vgl. Abschnitt 6.1) optimal platziert und bemessen sowie die Sinnfälligkeit einer Dichtwand an der Nordtangente des Speichers Lohsa (vgl. Abschnitt 6.1) geprüft werden. In weiteren Entwicklungsstufen soll mit dem numerischen Grundwasserströmungsmodell künftig auch der Eisentransport simuliert und eine langfristige Prognose für den Eiseneintrag in die Fließgewässer gegeben werden. Um die notwendige Datenbasis für das Modell zu erzeugen, sind zunächst jedoch umfangreiche Erkundungsarbeiten erforderlich. Die numerische Simulation des Eisentransports im Grundwasser ist wissenschaftliches Neuland. Belastbare Ergebnisse werden nicht kurzfristig zur Verfügung stehen. Die Entwicklung eines räumlich diskreten numerischen Modells für die Strömungsund Beschaffenheitsprozesse in der Talsperre Spremberg gemäß der Empfehlung (2b) in [GFI 2012] ist für die Problemlösung nicht primär erforderlich, da die hydrochemischen Prozesse in der Talsperre mit einem einfachen bzw. gekoppelten Mischreaktormodell ausreichend genau wiedergespiegelt werden können, wie in Abschnitt 4 gezeigt wurde. Die Kalibrierung eines 3D-Modells für die Strömungs- und Beschaffenheitsprozesse in der Talsperre Spremberg erfordert einen enormen Aufwand an adäquaten Messungen in hoher räumlicher Auflösung. Nur eine annähernd wirklichkeitsnahe Abbildung der durch Luftbilder (vgl. Abschnitt 6.3.1) festgestellten

107 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 103 Strömungsverläufe in der Talsperre würde den hohen Aufwand eines 3D-Modells rechtfertigen. Das ist derzeit mit vertretbarem Aufwand nicht ausführbar. Die Empfehlung (3) in [GFI 2012] zielt auf eine stärkere Eisenabscheidung in der Vorsperre ab. Das soll durch verschiedene Einzelmaßnahmen erreicht werden. Für eine Vergleichmäßigung der Strömungsbedingungen (3a) und damit zur Verbesserung der Absetzwirkung sind strömungsleitende Einbauten vorhanden. Diese sind aber durch ihre Position und Ausbildung nur bedingt wirksam. Als notwendig wird eine Überprüfung der Hydraulik und Nachbesserung der Einbauten gesehen. Durch eine differenzierte Untersuchung der Strömungsverhältnisse wäre die Notwendigkeit einer weiterführenden Vergleichmäßigung der Strömungsbedingungen (3a) nachzuweisen. Durch eine Erhöhung des Volumens der Vorsperre können die Verweilzeit und ggf. die Oberfläche vergrößert werden. Dadurch würde die Zeit für die Eisen(II)- oxidation verlängert und die Sedimentationsrate für die Eisenhydroxidflocken erhöht werden. Die Verbesserung der Reinigungsleistung ist aufgrund der entsprechenden Kinetiken möglich (vgl. Abschnitt 4.3.1), steht jedoch nicht in einem linearen Verhältnis zum Volumen- bzw. Flächengewinn. Eine Verdoppelung des Volumens bzw. der Fläche führt annähernd zu einer etwa anderthalbfach besseren Rückhalteleistung. Die technischen Grenzen dieser Maßnahme werden insbesondere im Hinblick auf die Flächenverfügbarkeit gesehen und wären durch das LUGV zu prüfen. Eine Vergleichmäßigung der Strömung kann durch Sohlschwellen oder Leitwände erreicht werden. Vorgeschlagen war der Einbau von Sohlschwellen (3c) quer zur Strömungsrichtung mit hintereinander liegenden Stillwasserbereichen. Die Wirkungsnachweis ist hydraulische Berechnungen zu prüfen. Ein künstlicher Eintrag von Sauerstoff (3d) in die Spree am Zulauf zur Vorsperre Bühlow ist nicht erforderlich. Die Spree ist an dieser Stelle ganzjährig nahezu sauerstoffgesättigt. Sauerstoff liegt immer im deutlichen stöchiometrischen Überschuss zum Eisen(II) vor und ist für die Oxidationsgeschwindigkeit praktisch nicht limitierend. Gegen eine Schlammrückführung zur Verbesserung der Eisenausfällung (3e) spricht unter anderem, das der Schlamm nur anteilig zu etwa 30 % aus Eisenhydroxid besteht (siehe Abschnitt 3.3) und deshalb große Mengen tauben Sedimentmaterials im Kreislauf bewegt werden müssten. Zudem ist die Wirkung dieser Maßnahme fraglich, weil es sich hierbei nicht um einen Flockungsschlamm handelt. Die Anwendung von Flockungshilfsmitteln (3f) stellt eine Wasserbehandlungsoption dar. Hier ist zuvor zu prüfen, welche Flockungshilfsmittel in Anbetracht des gesunkenen ph-wertes in der Spree ph < 7 (vgl. Abschnitt 3.2.1) dafür geeignet sind, ob die Anwendung von Flockungshilfsmitteln ohne den Einsatz von Flockungsmitteln überhaupt zum Ziel führt und ob ggf. die ausschließliche Anwendung von Flockungsmitteln auch zum Erfolg führt. Des Weiteren ist zu prüfen, ob der Einsatz von Hilfsstoffen dauerhaft oder wegen des voraussichtlich hohen Aufwandes nur bei außergewöhnlichen Belastungen in Frage kommt. Eine auf den Eisenrückhalt ausgerichtete Wassergütebewirtschaftung der Talsperre Spremberg (4) schränkt die wassermengenwirtschaftlichen Handlungsoptionen ein. Die Bewirtschaftungsoptionen wären durch geeignete Modellrechnungen zu prüfen und gegeneinander abzuwägen (vgl. Abschnitt 4.3)

108 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 104 Eine Steuerung der Eisenkonzentration in der Spree durch Steuerung der Abgabemengen gereinigten Grubenwassers aus der GWBA Schwarze Pumpe (Maßnahmenvorschlag 5 in [GFI 2012]) hat keine Aussicht auf Erfolg. In der GWBA Schwarze Pumpe steht kein Speicherraum für eine Zwischenspeicherung von relevanten Wassermengen zur Verfügung. Die Schaffung zusätzlichen Speichervolumens ist wirtschaftlich nicht vertretbar. Die Abgabemenge der GWBA Schwarze Pumpe ist von der Menge des gelieferten Sümpfungswassers abhängig. Dieses ordnet sich den bodenmechanischen und geohydraulischen Belangen eines sicheren Tagebaubetriebs unter und kann im Bedarfsfall für die Wassergütebewirtschaftung der Spree nicht beliebig erhöht oder verringert werden. Das von der Flutungszentrale der LMBV für Sulfat praktizierte Steuerprinzip ist auf Eisen nicht anwendbar, sie wären sogar gegenläufig in ihren Wirkungen. Die erforderlichen Wassermengen, mit denen eine Eisenkonzentration von 6 mg/l in der Spree bei einem derzeitigen MQ von etwa 12 bis 14 m³/s am Pegel Spremberg signifikant verdünnt werden könnte, sind nicht verfügbar. Die Bedeutung der ungesättigten Zone als Eisenquelle in den betroffenen Einzugsgebieten der Spree wird in Anbetracht des fortgeschrittenen Grundwasserwiederanstiegs als vernachlässigbar eingeschätzt. Das mobile Stoffpotential von Eisen ist in gelöster Form weitgehend über die gesamte Mächtigkeit des pleistozänen Grundwasserleiters, d. h. im gesättigten Bereich, der Spreewitzer Rinne verteilt. Deshalb hat die Maßnahme 6a nach [GFI 2012], unabhängig von der Frage der praktischen Machbarkeit und der Praktikabilität einer flächigen Vernässung der ungesättigten Zone, keine Relevanz. Die Abflachung des Fließgefälles in der Kleinen Spree bzw. der Spree zum Zwecke des Eisenrückhaltes gemäß Maßnahme 6b in [GFI 2012] ist nicht praktikabel, da der gewinnbare potentielle Rückhalteraum in den Fließgewässern vergleichsweise gering ist und nicht im gewünschten Umfang funktioniert. Die Vorsperre Bühlow ist das hydraulische Vorbild für die vorgeschlagene Maßnahme. Der Eisenrückhalt ist hier begrenzt (vgl. Abschnitt 3.2.2). Abgesehen davon wäre diese Maßnahme mit enormen Eingriffen in das Fließgewässer verbunden und würde sehr hohe Unterhaltungskosten verursachen. Die in [GFI 2012] vorgeschlagene Maßnahme 6c zur Gestaltung des Hinterlandes der Fließgewässer hat keine Wirkung auf den Eisenrückhalt. Der Landoberflächenabfluss ist kein relevanter Transportpfad für das Eisen. Weite Uferbereiche der Spree im Untersuchungsgebiet sind bewaldet und dort, wo landwirtschaftliche Nutzungen anliegen, überwiegend eingedeicht. Die Maßnahme mindert bestenfalls den Transport mineralischer Sedimente, die hier aber nicht das Problem und damit der Betrachtungsgegenstand sind. Die Umsetzbarkeit der Maßnahme 6d nach [GFI 2012] ist nicht gegeben, da alle Hochwasserrückhalteräume der in Frage kommenden Bergbaufolgeseen zum Zwecke des Eisenrückhalts (Bärwalde, Dreiweibern-Lohsa II-Burghammer, Scheibe) oberhalb der grundwasserbeeinflussten und eisenbelasteten Gewässerabschnitte der Spree und der Kleinen Spree liegen und damit in diesem Sinne nicht nutzbar sind.

109 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Integration und Aktualisierung der Maßnahmenvorschläge In systemanalytischer Analogie zu den Eisenstudien der LMBV [IWB 2010a] und [IWB 2012] soll die nachfolgende Betrachtung von Maßnahmen zur Minderung der Eisenbelastung in der Talsperre Spremberg auch hier in der Wirkungskette Quelle, Transportpfad und Schutzgut erfolgen. Dabei werden entsprechend der Aufgabenstellung im vorliegenden Gutachten die Eintragsbereiche des Eisens in die Fließgewässer (Spree und Kleine Spree) als Quellen, der Spreeverlauf temporär als Transportpfad und die Talsperre als Schutzgut funktional betrachtet. In der Eisenstudie [IWB 2012] ist bereits das Fließgewässer Spree als Schutzgut definiert, der Transportpfad ist das Grundwasser und die Quellen sind die Innenkippen, die Außenhalde und der pleistozäne Grundwasserleiter (vgl. Abschnitt 6.1). Die Ursachen der hohen Eisenbelastung der Spree und der Talsperre Spremberg müssen möglichst nahe an ihrer Quelle beseitigt werden. Das kann erreicht werden, indem der Austritt des Eisens aus dem Grundwasser in die Fließgewässer verhindert oder wenigstens substantiell verringert wird. Dieses prioritär weiterhin zu verfolgende Maximalziel sieht das in der zweiten Eisenstudie der LMBV [IWB 2012] entwickelte Maßnahmenpaket vor (siehe hierzu Abschnitt 6.1). Da eine Umsetzung aller dafür erforderlichen Maßnahmen nur schrittweise und vor allem nicht kurzfristig möglich ist, muss als Minimalziel zumindest der derzeitige Zustand gesichert werden. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass die Talsperre Spremberg die Eisenbelastung der Spree signifikant mindert und die Unterlieger (insbesondere die Stadt Cottbus und den Kernbereich des Spreewaldes) bislang ausreichend vor Verockerung schützt. Dieser Zustand muss auch in dem Fall erhalten bleiben, wenn die Eisenbelastung der Spree weiter ansteigen sollte. Als Teilziel sind Maßnahmen vorzusehen, die eine Minderung der Eisenbelastung in der Talsperre Spremberg zur weiteren Gewährleistung und ggf. Verbesserung der Nutzungen (Tourismus, Angeln, Wassersport) bewirken. Zur Gewährleistung aller Ziele ist zunächst eine problemorientierte und vor allem auch zeitnahe Überwachung des Gewässerzustandes erforderlich, deren Inhalte und Umfang im Abschnitt besprochen werden.

110 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Überwachung der Eisenbelastung Die hohe Dynamik der Prozesse der Eisenbelastung in der Spree und in der Talsperre Spremberg erfordert ein zeitnahes entscheidungsorientiertes Gewässergütemonitoring, insbesondere wenn operative Maßnahmen der Gewässergütesteuerung in Erwägung gezogen werden. Das behördliche Gewässergütemonitoring beinhaltet in der Regel monatliche Probennahmen an ausgewählten Messstellen. Die Laufzeit der Analytik und der Daten genügt einem entscheidungsorientierten Monitoring jedoch nicht. Die Prozesse der Eisenbelastung sind zeitnah, mit geeigneten technischen Mitteln und an repräsentativen Messstellen zu überwachen. Als Messstellen werden empfohlen: 1. die Spree oberhalb der Talsperre Spremberg (z. B. Spremberg-Wilhelmsthal) 2. der Ablauf der Vorsperre Bühlow 3. die Talsperre Spremberg (fallbezogene Sonderprogramme, Überwachung kritischer Zustände, Kalibriermonitoring) 4. die Spree unterhalb der Talsperre (z. B. Bräsinchen). Die Beprobung der Talsperre Spremberg ist aufwändig. Die Talsperre darf außerdem nur mit elektromotorgetriebenen Booten befahren werden. Die Beprobung des Wasserkörpers der Talsperre ist deshalb fallbezogenen Sondermessprogrammen, der Überwachung kritischer Zustände und einem Kalibriermonitoring für die Luftbildauswertung (siehe unten) vorbehalten. Die Beprobung der Spree im Zulauf zur Talsperre in Spremberg Wilhelmsthal, an der Vorsperre Bühlow und im Ablauf der Talsperre in Bräsinchen jeweils in Strommitte von der Brücke haben sich als ausreichend robust erwiesen (vgl. Abschnitt 2.1). Als Mindestumfang der Kennwerte zur Überwachung der Eisenbelastung werden gemäß der Tabelle 10 empfohlen: Tabelle 10: Kennwerte des Monitorings der Eisenbelastung der Spree Kennwert Einheit Vorbehandlung Methode Wassertemperatur C DIN (C4) Elektrische Leitfähigkeit µs/cm DIN EN ph-wert DIN (C5) Sulfat mg/l DIN EN ISO Eisen-gesamt mg/l DIN EN ISO (E22) Eisen-gelöst mg/l Filtration vor Ort DIN EN ISO (E22) Mangan-gelöst mg/l Filtration vor Ort DIN EN ISO (E22) Eine Besonderheit der Eisenbelastung der Gewässer besteht in ihrer prägnanten optischen Wahrnehmung. Eisen(III)hydroxid hat eine hohe Lichtadsorption im sichtbaren Wellenbereich und ist deshalb bereits in Konzentrationen von wenigen Milligramm pro Liter deutlich sichtbar. Diese Eigenschaft kann auch für die Überwachung genutzt werden. Durch Luftbildauswertung können die räumliche Ausbreitung des Eisens in der Talsperre Spremberg, ihre zeitliche Dynamik und ihre Reaktion auf die meteorologischen Verhältnisse (Wind) verfolgt werden (Bild 83).

111 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 107 Bild 83: Luftbildaufnahme der Talsperre Spremberg am im abgelassenen Zustand bei etwa +90,0 m NHN (Foto: Hartmut Rauhut, Schipkau) Die Luftbilder können von privaten Anbietern, Internetdiensten, Vermessungsämtern und staatlichen Institutionen bezogen werden. Durch ein GPS-kontrolliertes Monitoring in Form einer oberflächennahen rasterartigen Wasserbeprobung der Talsperre Spremberg können die Farbbefunde der Luftbilder anhand der Laborbefunde zur Eisenkonzentration kalibriert werden. Notwendig ist die Entwicklung einer Methodik zur problemorientierten Auswertung und Kalibrierung der Luftbilder Verhinderung des Eisenaustrages aus dem Grundwasser durch Quellenbehandlung Die Minderung der Eisenbelastung der Fließgewässer soll gemäß öffentlichem Konsens bevorzugt durch eine Quellenbehandlung erfolgen. Nur dadurch kann auch der Zustand der Spree im Oberstrom der Talsperre Spremberg langfristig deutlich verbessert werden. In der vorliegenden Betrachtungsperspektive für die Talsperre Spremberg entspricht die Quellenbehandlung der Umsetzung des Barrierenkonzeptes der LMBV (siehe Abschnitt 6.1). Das Barrierenkonzept der LMBV schließt drei grundlegende technologische Ansätze ein: (1) Eine flussnahe Grundwasserfassung, den Wassertransport und die Wasserbehandlung einschließlich einer Schlammbehandlung (2) Die Untergrundwasserbehandlung im Anstrombereich zur Spree, z. B. als heterotrophe Sulfatreduktion mit sulfidischer Eisenfestlegung

112 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 108 (3) Eine Dichtwand an der Nordtangente des Speichers Lohsa zur Minderung des Grundwasserzustroms zur Spree Eine detaillierte Bewertung der Ansätze zur Quellenbehandlung erfolgte in der zweiten Eisenstudie der LMBV [IWB 2012], weshalb hier darauf verzichtet wird, zumal diese Studie öffentlich zugänglich ist Eisenrückhalt auf dem Fließweg zur Talsperre Spremberg Da die Maßnahmen nach Abschnitt einen beträchtlichen Planungsvorlauf benötigen und ihre Wirkung verzögert entfalten, kommen Maßnahmen entlang der Fließgewässerstrecke zwischen den Quellbereichen und der Talsperre Spremberg in Betracht, die vor allem eine schnellere Wirkungsentfaltung versprechen. Als solche Maßnahmen auf dem Transportpfad (T) lassen sich konzipieren: T1 T2 T3 Eine Teilstrombehandlung der Spree in einer Wasserbehandlungsanlage am Industriestandort Schwarze Pumpe, z. B. in der Kläranlage der ehem. SUSTEC GmbH Schwarze Pumpe. Die Entnahme des Wassers kann an der Pumpstation Spreewitz erfolgen. Die Pumpstation muss entsprechend der notwendigen Kapazität aufgerüstet werden. Gleiches trifft auf die vorhandene Rohrleitung zu. Dafür kann jedoch die vorhandene Rohrtrasse verwendet werden. Die Wasserbehandlungsanlage muss praktisch neu gebaut werden. Die Rückleitung in die Spree kann über den Industriekanal, der hierfür zu erweitern wäre, durch einen Kanalneubau oder durch eine Rohrleitung erfolgen. Die naturräumliche Wasserbehandlung eines Teilstromes der Spree im Nebenschluss, wobei sich aufgrund der morphologischen Gegebenheiten die östliche und/oder die westliche Spreeaue bei Spreewitz/Zerre anbieten. Das Wasser wird der naturräumlichen Wasserbehandlungsanlage im freien Zulauf zugeführt. In gleicher Weise erfolgt der Rücklauf in die Spree. Die naturräumliche Wasserbehandlung kann entsprechend der gewünschten Rückhaltewirkung und der Flächenverfügbarkeit als einflügelige Version rechts oder links der Spree oder als zweiflügelige Version beiderseits der Spree ausgeführt werden. Eine Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer Wasserbehandlungsanlage am Industriestandort Schwarze Pumpe, z. B. in der Kläranlage der ehem. SUSTEC GmbH Schwarze Pumpe. Die Wasserbehandlungsanlage muss auch hier neu gebaut werden. Diese Maßnahme schließt das Abfangen des Wassers der Kleinen Spree vor der Mündung in die Spree und die Ableitung dieses Wassers über einen Graben oder eine Rohrleitung zur bestehenden Pumpstation Spreewitz, und hier die Überleitung in die Wasserbehandlungsanlage vor. Dort erfolgt die Behandlung des Wassers. Die Rückführung des gereinigten Wassers kann über den Industriekanal in die Spree oder über den Oberen Landgraben in die Bergbaufolgeseen der erweiterten Restlochkette erfolgen.

113 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 109 Bei den Vorschlägen T1 bis T3 handelt es sich um weitgehend autarke Lösungen mit unterschiedlichen Wirkeffekten für die Spree. Die Lösungen können in gewissen Grenzen auch miteinander kombiniert werden. Die Maßnahmen werden nachfolgend vergleichend bewertet. Die Bewertung erfolgt auf der Grundlage einer fünfstufigen Bewertungsskala gemäß der Tabelle 11. Sie ersetzt nicht eine detaillierte Grundlagenermittlung und planerische Vertiefung. Die Wirkeffekte der einzelnen Maßnahmen auf die Eisenbelastung der Spree in Spremberg werden jeweils auf die maximal mögliche Minderung der Eisenfracht bezogen. Tabelle 11: Farbe Weiß Helltürkis Hellgrün Hellgelb Orange Hellrosa Bewertungsskala Bewertung Nicht bewertungsrelevant Sehr günstig Günstig Einschränkend Nachteilig Ausschließendes Kriterium Tabelle 12: Vergleich und Bewertung der Maßnahmen zur Minderung der Eisenbelastung auf dem Transportweg Naturwissenschaftliche Faktoren T1 Teilstrombehandlung der Spree in einer WBA T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten Wirkeffekt max. 50% max. 80% bei zweiflügeliger Ausführung Wirkeintritt Schlammberäumung Synergien Technische Faktoren Erforderliche Wasserbauwerke Sofort mit der Inbetriebnahme Kontinuierlicher technologischer Prozesse Bespannung des Oberen Landgraben Erweiterung der Pumpstation der LMBV in Spreewitz Erweiterung der Kapazität der Rohrleitungstrasse Neubau einer WBA im Industriepark Rückführung des gereinigten Wassers in die Spree über den Industriekanal, separaten Kanal oder Rohrleitung Sofort mit der Inbetriebnahme Periodisch in großen Abständen Funktion als Hochwasserrückhaltreraum Geländeabtrag Sohlschwellen Rampen etc. in der Spree zur Beschickung der Teilflächen 1 und 2 Sohlschwellen in der Fläche Rückverlegung der HW-Schutzdämme T3 Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer WBA max. 20% Sofort mit der Inbetriebnahme Kontinuierlicher technologischer Prozesse Bespannung des Oberen Landgraben Streichwehr in der Kleinen Spree Entnahmebauwerk an der Kleinen Spree Rohrleitung oder Graben Neubau einer WBA im Industriepark Schwarze Pumpe Rückleitung des gereinigten Wassers in die Spree über den Industriekanal

114 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 110 Kapazität der Wasserbehandlungsanlage Schlammmanagement Technische Flexibilität: hinsichtlich der Wassermenge hinsichtlich der Wasserbeschaffenheit T1 Teilstrombehandlung der Spree in einer WBA T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten T3 Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer WBA max. 5 m³/s 2 x 5 m³/s max. 2 m³/s über GWBA Schwarze Pumpe (VEM) nach Spreetal-Nordost Gering (Pumpkapazität) Hoch (Einsatz von FM/FHM) Nicht geklärt Mittel Gering (Einsatz von FM/FHM vorstellbar) über GWBA Schwarze Pumpe (VEM) nach Spreetal-Nordost Gering (Pumpkapazität) Hoch (Einsatz von FM/FHM) Wirtschaftliche und genehmigungsrechtliche Faktoren Zeitliche Umsetzbarkeit Vglw. lang: wasserrechtliches PFV mit UVP Vglw. lang: wasserrechtliches PFV mit UVP Vglw. lang: wasserrechtliches PFV mit UVP ggf. Erweiterung des vorhandenen Wasserrechts für die Pumpstation Spreewitz Baukosten Sehr hoch: Neubau GWBA mit hoher Kapazität Hoch: Flächenerwerb Erdarbeiten Hoch: Neubau GWBA mit mittlerer Kapazität Betriebskosten Hoch: Pumpkosten FM/FHM i. A. Gering: keine Pumpkosten keine FM/FHM Mittel: Pumpkosten FM/FHM periodische Schlammentsorgung Energieeinsatz Hoch Gering (periodische Beräumung) Sonstige Faktoren Mittel Kombinationsmöglichkeit mit T3 mit T3 mit T1 und T2 Die vorgeschlagenen Maßnahmen liegen auf sächsischem Gebiet. Als Maßnahmenträger kommt bevorzugt die LMBV in Betracht. Auch eine öffentliche Trägerschaft ist vorstellbar.

115 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 111 Die Maßnahme T1 Teilstrombehandlung der Spree in einer WBA ist ggf. geeignet, die Maßnahmen der Quellenbehandlung im Abschnitt zu substituieren (Bild 84). Eine anteilige Umsetzung der Quellenbehandlung würde die Eisenkonzentration in der Spree verdünnen und damit die Maßnahme T1 Teilstrombehandlung der Spree in einer WBA weniger effizient gestalten. Beide Maßnahmen sind eigenständige Alternativen. Die Abwägung zwischen einer Quellenbehandlung und der Teilstrombehandlung muss aus wirtschaftlicher Sicht, aus der Sicht des Umweltschutzes und der öffentlichen Akzeptanz getroffen werden. Bild 84: Verortung der Maßnahme T1 Teilstrombehandlung der Spree in einer WBA Gemäß Literaturangaben [Pietsch & Schötz 2004] können in naturräumlichen Behandlungsanlagen in der Ausformung als makrophytenbesetzte aerobe Teichbecken im Mittel etwa 10 bis 20 g/m²/d Eisen abgereichert werden. Bei einer mittleren Eisenfracht der Spree in Spremberg von kg/d müssen demzufolge etwa 40 bis 80 Hektar Fläche zur Verfügung gestellt werden. Zusammenhängende Flächen dieser Größenordnung sind im Problemgebiet lediglich rechts und links der Spree zwischen Spreewitz und Zerre verfügbar (Bild 85 und Bild 86). Auch die Maßnahme T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten ist geeignet, die Maßnahmen der Quellenbehandlung nach Abschnitt zu substituieren. Im Unterschied zur Maßnahme T1 wird sie jedoch bei erfolgreicher Ausführung der Quellenbehandlung nicht überflüssig. Die Maßnahme T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten hat in diesem Zusammenhang sogar eine sehr hohe Flexibilität. Sie leistet die Feinreinigung, wenn die Maßnahmen der Quellenbehandlung aus natürlichen, technischen und/oder wirtschaftlichen Gründen nicht die notwendigen Zielwerte für die Eisenabreicherung in der Spree erreichen sollten. Die Maßnahme T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten ist in diesem Sinne als einzige der drei dargestellten Maßnahmen sowohl als temporäre als auch dauerhafte Lösung zugleich geeignet. Hervorzuheben ist die Synergie dieser Maßnahme hinsichtlich der Schaffung von

116 Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 112 zusätzlichen Retentionsräumen für die Spree an einem für den Hochwasserrückhalt sehr günstigen Standort stromoberhalb der Stadt Spremberg. Bild 85: Verortung der Maßnahme T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten rechtsseitig der Spree Bild 86: Verortung der Maßnahme T2 Naturräumliche Wasserbehandlung der Spree in Feuchtgebieten linksseitig der Spree

117 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite 113 Die Maßnahme T3 Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer WBA überlappt sich mit der derzeit von der LMBV geplanten Sofortmaßnahme zur Teilstrombehandlung an der Kleinen Spree in der GWRA Burgneudorf. Aus wirtschaftlichen Gründen kann von den beiden Maßnahmen der Teilstrombehandlung nur eine für diese Zwecke betrieben werden. Die Maßnahme 3 Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer WBA ist lediglich geeignet, die Eisenfracht der Spree zu entlasten. Die Grenze liegt aktuell mit maximal etwa 20 % bei dem Anteil, den die Kleine Spree zur Eisenfracht der Spree beiträgt, siehe [IWB 2012]. Im Falle einer weiteren Zunahme der Eisenbelastung in den Fließgewässern kann diese Teilstrombehandlung jedoch substantiell zur Stabilisierung des Zustandes der Talsperre Spremberg beitragen. Bild 87: Verortung der Maßnahme T3 Teilstrombehandlung der Kleinen Spree in einer WBA Für die Entscheidungsfindung zu den Maßnahmen T1 bis T3 ist von Bedeutung, inwieweit eine dauerhafte Belastung der Spree von der Ruhlmühle bis zur Teilstrombehandlung bzw. bis zur Talsperre Spremberg wasserrechtlich zulässig und von der Öffentlichkeit akzeptiert wird.

118 Abschlussbericht (Dezember 2013) Seite Verbesserung des Eisenrückhaltes in der Talsperre Spremberg Die Zielstellungen zum Erreichen des Minimalzieles bestehen darin, (a) den Eisenrückhalt in der Talsperre Spremberg unter allen hydrologischen Bedingungen sicher zu gewährleisten, (b) den anteiligen Eisenrückhalt in der Talsperre zu verbessern und (c) den anteiligen Eisenrückhalt in der Vorsperre Bühlow zu erhöhen. Zur Wassergütebewirtschaftung der Talsperre Spremberg sind im Einzelnen folgende technische Maßnahmen geeignet (S = Schutzgut): S1 S2 S3 S4 S5 S6 Die hydraulische Ertüchtigung der Vorsperre durch Maßnahmen zur Vergleichmäßigung der Strömung, Erhöhung des Volumens und ggf. der Fläche. Verbesserung des Rückhaltevermögens des Wurzelbereiches der Talsperre Spremberg durch Ordnen und Vergleichmäßigung des Strömungsfeldes. Die Umgestaltung des südlichen Teilbeckens der Hauptsperre zu einem naturnahen Rückhalteraum durch Auffächerung der Spree und/oder Errichtung einer zweiten Vorsperre/Unterwasservorsperre mittels eines halbdurchlässigen Dammes. Eine Wassergütebewirtschaftung im Zustrom zur Vorsperre durch Anhebung des ph-wertes zwecks Verbesserung des Absetzverhaltens. Die Verbesserung der Eisenausfällung durch den Einsatz von Flockungsmitteln und/oder Flockungshilfsmitteln in der Vorsperre Bühlow. Fallbezogener temporärer Einsatz von FM und FHM in der Hauptsperre bei hohen Eiseneinträgen und ungünstigen hydrologischen Konstellationen zur Verhinderung des Durchbruchs der Eisenbelastung. Es handelt sich hierbei um Maßnahmen mit einem sofortigen Wirkungseintritt. Die Dauer der technischen Ausführung ist jedoch im Einzelfall von der Komplexität der Planung, der erforderlichen Genehmigungen und der Bauzeit abhängig. Die Einzelbausteine können sinnvoll miteinander kombiniert werden. Die Bewertung der Maßnahmen zum Erreichen des Minimalziels in der Tabelle 13 erfolgt auf der Grundlage der gleichen fünfstufigen Bewertungsskala (Tabelle 11), wie die Bewertung der Maßnahmen im Abschnitt Die Bewertung ersetzt auch hier nicht die notwendige Grundlagenermittlung und Planung.

119 Tabelle 13: Vergleich und Bewertung der Maßnahmen zur Verbesserung des Eisenrückhaltes in der Talsperre Spremberg Naturwissenschaftliche Faktoren Wirkprinzip der Maßnahme Technische Faktoren Baumaßnahmen im Gewässer und erforderliche Wasserbauwerke Wasserbehandlungsanlage S1 Hydraulische Ertüchtigung der Vorsperre Verlängerung der Verweilzeit Vergrößerung des Absetzraumes Strömungsstabilisierung Gewässeraushub im Bereich der Vorsperre Stromparallele Leitdämme Hochwasserrinne Wasserbauliche Maßnahmen S2 Hydraulische Ertüchtigung der Stauwurzel Verlängerung der Verweilzeit Vergrößerung des Absetzraumes Durchbrüche Leitdämme Zwischenstaus S3 Errichtung einer zweiten halbdurchlässigen Vorsperre Verbesserung der Absetzwirkung durch: Stabilisierung der Strömung Vergrößerung des Absetzraumes Zwischendamm in der Talsperre als unbefestigter, gut durchlässiger Schotterdamm ohne Stauwirkung S4 Wassergütebewirtschaftung der Spree Erhöhung des ph-wertes zur Beschleunigung der Eisenoxidation und Verbesserung der Flockung Keine Entfällt Entfällt Entfällt Stationäre Kalksilos und Dosierstation in der GWRA SP Chemische Maßnahmen S5 Eisenfällung in der Vorsperre Verbesserung der Flockung durch Einsatz von FM und/oder FHM Inklusive der Maßnahme S1 Mobile Kalksilos und Dosierstation an der Vorsperre S6 Fallbezogener Einsatz von FM und FHM Verbesserung der Flockung durch Einsatz von FM und/oder FHM Keine Schwimmfähige Dosieranlagen Flexibilität der Steuerung Gering Gering Gering Hoch (eingeschränkt durch die Reaktionszeit) Mittel (eingeschränkt durch die Organisationszeit) Mittel (eingeschränkt durch die Organisationszeit)