Grundwasserneubildung, Grundwasserabsenkung und Klimawandel aus Sicht eines Bergbautreibenden Kamenz, 04.11.2009 Dr. Ing. Bernd Rechenberger Vattenfall Europe Mining AG Abteilung Geotechnik
Grundwasserneubildung, Grundwasserabsenkung und Klimawandel aus Sicht eines Bergbautreibenden Bergbauliche Wasserbilanz Grundwassermodellierung Grundwasserneubildung Fazit Schwarze Elster bei Kleinkoschen 2003, 2006, 2007 und 2008 2
Bergbauliche Wasserbilanz Tagebaue VEM Jänschwalde-Nord Guben Spree Cottbus Jänschwalde Tgb. Cottbus-N. Tgb. Jänschwalde Republik Polen Forst/Lausitz Brandenburg Betriebsfläche Tagebaue Genehmigte Abbaufelder Kohlenfelder, Abbau beantragt Braunkohlenkraftwerke Oxyfuel-Pilotanlage Boxberg R (im Bau) Veredlungsbetrieb Hauptverwaltung Vattenfall Europe Mining & Generation Räumlicher Teilabschnitt II Tgb. Welzow-Süd Sachsen Schwarze Pumpe Hoyerswerda Spremberg Vorranggebiet Nochten Tgb. Nochten Boxberg Weißwasser Tgb. Reichwalde 3
Bergbauliche Wasserbilanz - Extreme hydrologische Ereignisse Hochwasser in Cottbus 1930 Der Spreewald hatte im Zeitraum von 1897 bis 1933 124 mal Hochwasser. Niedrigwasser in der kleinen Spree bei Burg 1952 4
Bergbauliche Wasserbilanz Wasserhebung im Lausitzer Revier VE-M-Langfristtagebaue Tagebaustilllegung 2010 2000 1990 1980 Ölkrise Alternative Energieträger FB-Technologie Kriegsfolgen Zweiter Weltkrieg Weltwirtschaftskrise Erster Weltkrieg L a u s i t z e r N e i ß e S p r e e S c h w a r z e E l s t e r 1970 1960 1950 1940 1930 1920 1910 30 20 10 m³ / s 10 1900 5
Bergbauliche Wasserbilanz - Beeinflussung der Spree Quelle: LUA Brandenburg; Masterplan Spree Stand 2004 6
Bergbauliche Wasserbilanz - 2008 49 % 21 % 7
Bergbauliche Wasserbilanz - Wasserhaushaltliche Situation bei Niedrigwasser z.b. (Sommer 2003 und 2006) Spreewaldzuflüsse 6,83 m³/s (MQ 22,8 m³/s) (70 % Grubenwasser) Jänschwalde 1,75 m³/s O N [mm/a]: 609 2003: 415 2006: 369 Cottbus 8,46 m³/s (MQ 14,5 m³/s) (50 % Grubenwasser) Schwarze Pumpe 1,8 m³/s Spreewitz 7,6 m³/s (MQ 12,9 m³/s) (35 % Grubenwasser) Kleinkoschen 0 m³/s Schwarze Elster Spree Kringelsdorf 2,8 m³/s 8
Bergbauliche Wasserbilanz Bilanzsituation SAW / TW und BW Industriepark Schwarze Pumpe 2009 SAW 355 m³/h Brauchwasser Industriepark TW 725 m³/h 1. Überschuss zur Spree 6.170 m³/h 3.550 m³/h 08 0 m ³/ h 0 72 2. 83 0 ³/ h m m ³/ h 0 17. 6 m ³/h Wasseraufkommen BW Wasseraufkommen SAW (sulfatarm - schwach mineralisiert) (sulfatreich - stark mineralisiert) VEM: 1.800 m³/h (Welzow) ASG: 0 m³/h VEM: 9.000 m³/h (Welzow / Nochten) 9
Bergbauliche Wasserbilanz Bilanzsituation SAW / TW und BW Industriepark Schwarze Pumpe 2018 SAWSAW 355 1.780 m³/h m³/h 1.780 m³/h TW 725 m³/h 1. Brauchwasser Industriepark Überschuss zur Spree 2.580 m³/h 5.800 m³/h 78 0 m ³/ h 0 58 5. 22 0 ³/ h m m ³/ h 0 58. 2 m ³/h Wasseraufkommen BW Wasseraufkommen SAW (sulfatarm - schwach mineralisiert) (sulfatreich - stark mineralisiert) VEM: 2.000 m³/h (Nochten) ASG: 360 m³/h VEM: 7.800 m³/h (Welzow / Nochten) 10
Bergbauliche Wasserbilanz Einzugsgebiet Tgb. Nochten / Reichwalde Kraftwerk Schwarze Pumpe 11,27 GWRA Schwarze Pumpe 1,57 Struga Legnitzka 1,48 Pumpstation 1,47 Anlandebecken Anlandebecken West Ost 11,7 Neustadt RS Burghammer Kleine Spree RS Lohsa RS Dreiweibern Spree 1,33 Mühlrose 0,5 0,16 Ableiter Sprey 0,17 0,65 RS Bärwalde Weißer Schöps Breiter Graben Zuleiter Schwarzer Schöps Weißwasser Nochten Stehendes Wasser GWRA Kringelsdorf Rothwassergraben GWRA Tzschelln Wasserhebung Nochten 2,5 Kraftwerk Boxberg 0,32 0,18 Hermannsdorfer See Flutung ab Ende 2012 GA 1 Braunsteichgraben max. 0,9 Braunsteich GA 3 bis 2010 Floßgraben Weißkeißel Tagebau Reichwalde, geplant (2010) Düker unter der Strasse Wasserhebung Reichwalde 2,4 Nordgraben Neiße Bilanzpunkt Durchfluss [m³/s] Gewässerschutzrelevante Punkte Ab- und Einleitungen 11
Bergbauliche Wasserbilanz - Natürliches Dargebot im Schwarzen Schöps Anzahl der Tage ohne Eigenwasserführung im Vereinigten Schöps Brücke Kleinwasserkraftanlage Boxberg Jahr 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Januar 0 0 0 0 0 0 0 Februar 3 0 0 0 0 0 0 März 0 0 0 0 0 0 0 April 0 0 0 3 0 0 0 Mai 0 0 0 4 4 0 8 Juni 0 0 2 27 26 0 14 Juli 0 0 29 27 31 17 0 August 0 0 14 31 28 4 0 September 0 0 9 18 9 0 0 Oktober 0 0 0 0 0 0 0 November 0 0 0 0 0 0 0 Dezember 0 0 0 0 0 0 0 Summe 3 0 54 110 98 21 22 12
Bergbauliche Wasserbilanz Dargebot vs. Bedarf am KW Boxberg bis 2050 m³/min m³/s 3 160 Max. KW-Bedarf (80%) zzgl. ökol. Mindestabfluss und Fischzucht 2.5 120 2 Max. KW-Bedarf (80%) zzgl. ökol. Mindestabfluss 1.5 Max. KW-Bedarf (80%) Dargebot aus Sümpfung RW am KW Boxberg 80 1 Mittl. KW-Bedarf (80%) 40 0.5 Jan-09 Jan-10 Jan-11 Jan-12 Jan-13 Jan-14 Jan-15 Jan-16 Jan-17 Jan-18 Jan-19 Jan-20 Jan-21 Jan-22 Jan-23 Jan-24 Jan-25 Jan-26 Jan-27 Jan-28 Jan-29 Jan-30 Jan-31 Jan-32 Jan-33 Jan-34 Jan-35 Jan-36 Jan-37 Jan-38 Jan-39 Jan-40 Jan-41 Jan-42 Jan-43 Jan-44 Jan-45 Jan-46 Jan-47 Jan-48 Jan-49 Jan-50 13 Wassermengen
Grundwassermodellierung Physikalische und mathematische Grundlagen der GW-Strömungssimulation Dynamischen Grundgleichung (D ARCY-Gesetz ): v Dar = k f. grad h mit h = Grundwasserspiegelhöhe k f = Durchlässigkeitskoeffizient v Dar = Filtergeschwindigkeit GWNB Massenbilanzgleichung n e. / t + div (. v Dar ) = mit n e = entwässerbare Porosität = Dichte des Grundwassers = Massenstromdichte Partielle Differentialgleichung: div (k f. grad h) = S 0. h / t - Q n e k f Q mit S 0 = spezifischer Speicherkoeffizient = Volumenstromdichte. 14
Grundwasserneubildung Verdunstung (ET) Niederschlag (N) N=ET+A+ S A O GW-Neubildung Ungesättigte Bodenzone MQ GW V G Vorfluter A u1 A u2 Gesättigte Bodenzone Einzugsgebiet 15
Grundwasserneubildung Ganglinie Messstelle Staakow 4052 0982 65,00 64,50 64,00 63,50 63,00 62,50 62,00 61,50 61,00 60,50 60,00 16 01.01.1978 01.01.1979 01.01.1980 31.12.1980 01.01.1982 01.01.1983 01.01.1984 31.12.1984 01.01.1986 01.01.1987 01.01.1988 31.12.1988 01.01.1990 01.01.1991 01.01.1992 31.12.1992 01.01.1994 01.01.1995 01.01.1996 31.12.1996 01.01.1998 01.01.1999 01.01.2000 31.12.2000 01.01.2002 01.01.2003 01.01.2004 31.12.2004 01.01.2006 01.01.2007 01.01.2008 31.12.2008 01.01.2010 Messwerte (mnhn) Messdatum Ganglinie Messstelle Lauschürz 4053 0121 76,00 75,50 75,00 74,50 74,00 73,50 73,00 72,50 72,00 71,50 71,00 01.01.1969 01.01.1970 01.01.1971 01.01.1972 01.01.1973 01.01.1974 01.01.1975 01.01.1976 01.01.1977 01.01.1978 01.01.1979 01.01.1980 01.01.1981 01.01.1982 01.01.1983 01.01.1984 01.01.1985 01.01.1986 01.01.1987 01.01.1988 01.01.1989 01.01.1990 01.01.1991 01.01.1992 01.01.1993 01.01.1994 01.01.1995 01.01.1996 01.01.1997 01.01.1998 01.01.1999 01.01.2000 01.01.2001 01.01.2002 01.01.2003 01.01.2004 01.01.2005 01.01.2006 01.01.2007 01.01.2008 01.01.2009 01.01.2010 Messwerte (mnhn) Messdatum
Fazit Verdunstung (ET) Niederschlag (N) N=ET+A+ S A O GW-Neubildung Ungesättigte Bodenzone MQ GW V G Vorfluter A u1 A u2 Gesättigte Bodenzone Einzugsgebiet 17
Fazit 18
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