Erfahrungen eines Ingenieurs bei der Sanierung und Rekultivierung der Braunkohlentagebaue in der Lausitz

Transnationales Bildungsprojekt zum Thema: Nachhaltige und effiziente Ressourcennutzung Offene Kurse der TUL, Sommersemester 2017 Liberec, 24.03.2017 Erfahrungen eines Ingenieurs bei der Sanierung und Rekultivierung der Braunkohlentagebaue in der Lausitz Dipl.-Ing. Uwe Bartholomäus Hochschule Zittau-Görlitz Institut für Verfahrensentwicklung, Torf- und Naturstoff-Forschung E-Mail: u.bartholomaeus@hszg.de Tel. ++49(0)3583-612-4989 2

Einleitung und Problemstellung Drei Länder im östlichen Mitteleuropa, die intensiv mit Braunkohlenbergbau zu tun haben und zu tun hatten: Polen: Turow, Belchatow, Tschechien: Nordböhmisches Becken Deutschland: Mitteldeutsches Revier (Halle Leipzig Bitterfeld), Lausitzer Revier, Zum Teil unterschiedliche Strategien im Umgang mit Braunkohle. Aber es kommt in jedem Land eine nachbergbauliche Zeit und jetzt haben wir Flächen, die zu sanieren, zu rekultivieren sind. Der Erfahrungsaustausch ist begrenzt. Die bergtechnischen Probleme sind ähnlich. Zwischen Tschechien und Deutschland sehe ich spezielle Aspekte: PKU Usti n.l. (Brennstoffkombinat Usti) und LMBV (Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbauverwaltungsges. mbh) als staatliche Gesellschaften und Sanierungsträger sind ähnlich. Neuerdings befinden sich die ostdeutschen aktiven Tagebaue (und mehrere Kraftwerke) unter Kapitalhoheit von tschechischen Gesellschaften. MIBRAG (Mitteldeutsche Braunkohle GmbH Theißen) LEAG (Lausitzer Bergbau und Energie AG Cottbus) Diese Konstellation hätte ich mir früher nicht vorgestellt! 3

Einleitung und Problemstellung Im Vortrag einige Zusammenhänge anhand von Erlebnissen. Bau von Entwässerungsgräben und Verbindungsgräben, kurz bevor das Wasser kam. Angeblich überraschend. Bei dieser Vorstellung mache ich einige Einschübe / Exkurs über Hintergründe: Betreffende Geologie und Hydrogeologie Hydrogeologische Modellierungsgebiete Bemerkungen zu deutschen Genehmigungsverfahren Untergrundstabilität und Setzungsfließen Und eingangs die provokatorische These: Bergbausanierung ist mehr als Rekultivierung! Möglicherweise kann der fachliche Austausch über Grenzen hinweg gefördert werden. 4

Kurz zu meiner Person: Einleitung und Problemstellung Dipl-Ing. für Tiefbohrtechnik, kein Spezialist, sondern eher Generalist / Übergreifendes 1975 bis 1980 an der Bergakademie Freiberg (Technische Universität) studiert. Zu dieser Zeit liefen Forschungen in Freiberg, die die Nachfolgewirkung von Tagebauen betrafen und heute noch aktuell uns beschäftigen. Damals geheimer, nicht so offen: Eisenbelastung der Gewässer auf lange Zeit. Heute: Braune Spree Beherrschbarkeit von Setzungsfließen, wenn das Grundwasser wieder ansteigt. Erkennen der Gefahren. Technologie dagegen. Man wusste, dass man verdichten muss. Kannte die Vorgänge im Boden. Aber die große Technik kam erst nach 1990 (z.b. Liebherr-Geräte). Entwicklung von Modellierungen für Grundwasser über große Flächen und Zeiträume. Grundwasserabsenkung. Später auch Grundwasserwiederanstieg. Über Tausende km² Fläche. Damals in Leipzig mit einem Großrechner, der nur für sowjetische Raketentechnik entwickelt wurde. Kontinuierliche Entwicklung etwa seit 1970 bis zu heutigen riesigen Modellierungen. Noch ein Erlebnis Freiberg um 1975: Die Nutzung der Braunkohle begann wieder. Schnell wurden Tagebaue aufgeschlossen, aktiviert. Zu schnell, ohne Planungsvorlauf. Das erhöhte die Umweltschäden. 1965 bis 1973 hatte die DDR auf Erdöl und Erdgas gesetzt. Das hat aber die Energielücke nicht geschlossen. Unter diesem Aspekt ist besonders in Deutschland die Energiepolitik zu hinterfragen. 5

Zudringendes Grundwasser: Goit(z)sche 2004 / 2006 Wo ist ehemaliger Tagebau Goitsche? Nicht in der Lausitz! 6

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Zielvorstellung im Abschlussbetriebsplan: Sandtrockenrasen Ungefähres Aussehen als Vergleich. Bereits 2002 an Naturschutzverband BUND große Fläche verkauft. 7

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Realität im Juli 2004: Feuchtgebiete Das andere Extrema der Biotop-Skala Anfangs vermutete Ursache: Starkniederschläge im Aug. 2002 Zuflüsse über die Randböschungen 8

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Realität am 01.04.2017: Eine neue Tafel mit Feuchtgebieten 01.04.2017: Große Flachwassersenke mit Schilf- und Röhrichtgürtel 9

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Ist diese Ursache richtig? Immer wichtig: Blick in die Vergangenheit. Bergbauliche Entwicklung. Situation vor Bergbau, falls möglich. Umgebung der Goitsche (Auenwald) um 1900. Bereits Eingriffe durch Bergbau. 10

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 In Anpflanzungen von Kiefern sind die Quellen. Mit hohen Anteilen von Eisen Das Wasser kommt von unten, nicht von einer seitlichen Böschung. Aus der Oberfläche der Innenkippe. Wirkung des Hochwassers Aug. 2002? 11

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 War der Sandtrockenrasen von Beginn an eine Utopie? Die Gegend ist sandtrocken, wenn für Tagebaue das Grundwasser abgepumpt wird. 12

Einschub: Hydrogeologische Modellierung Basis der Entscheidung der 1990er Jahre war die hydrogeologische Modellierung, die seit ca. 1975 in allen Braunkohlegebieten der DDR schrittweise aufgebaut wurde und nach 1990 fortgeführt wurde. 13

Einschub: Hydrogeologische Modellierung und Geologie Die Ergebnisse sind eine Frage von Daten und Randbedingungen. Der Bitterfelder Glimmersand ist anders einzuschätzen. Strömungswege zwischen GWL und andere Durchlässigkeiten. 14

Einschub: Hydrogeologische Modellierung und Geologie Ähnlicher Schnitt Aus: Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan für die Tagebaubereiche Goitzsche, Delitzsch- Südwest und Breitenfeld; Beteiligungsentwurf nach Freigabe vom 01.12.2016 15

Einschub: Hydrogeologische Modellierung und Geologie Idealprofil mit Grundwasserleitern Aus: Braunkohlenplan als Sanierungsrahmenplan für die Tagebaubereiche Goitzsche, Delitzsch-Südwest und Breitenfeld Beteiligungsentwurf nach Freigabe vom 01.12.2016 16

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Es wurde (wird) zu oberflächlich geprüft (Monitoring), bewertet und geschlussfolgert. Pegel im SW-Bereich sollen schneller ansteigen als erwartet Nach ABP 1992 zieht sich die GW-Absenkung eher nach Delitzsch als nach Bitterfeld. Hoher Druck im GW wird auch im ABP 1992 für RL Holzweißig-West und seine Südböschung vermerkt Bitterfelder Glimmersand = GWL 500 = Liegendsand des Kohleflözes und Liegendes des Tgb. Goitsche. Dazwischen noch Liegendton. wäre zu tief, bis 40 m Kippe darüber. Im Detail ist es doch anders. Beschaffenheit der Kippe. Beschaffenheit GWL: hohe Feinsand-und Schluffanteile und damit gering wassergängig. Aber er hat auch Sandlinsen. Angaben über Grundwasser, die kritisch zu hinterfragen wären Delitzsch-SW 2004 zur Planung Wasserstand +96 m NN; Endwasserstand etwa 2006: +104 m NN. Höhe der PetersrodaerVernässung+82 bis +83. An Vernässung liegt gewachsene Böschung an. GW-Stand 1921 (einzige Unterlage, wahrscheinlich schon bergbaulich gestört, damals gewachsenes Gebirge) für Gegend / Lage des heutigen RL Holzweißig-West: 89... 90 m NN. Im Tgb. Holzweißig-West bestand während des Abbaus immer die Gefahr von Liegend- Durchbrüchen. Glimmersand stand unter Druck. Kein Stauer. Ähnliche Angaben für RL Innenkippenzufahrt: Der Wasserspiegel GWL 50 liegt zwischen 63,1 bis 83,1 m NN. Das entspricht einem Druckwasserspiegel von 10,0 bis 27,3 m, bezogen auf das Hangende des Grundwasserleiters. 17

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Grabensystem zwischen Restlöchern 18

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Technische Lösung des Problems Die sich bildenden Vernässungsflächensind nicht mehr mittels Gräben zu entwässern. Die Flächen werden zu flachen Restseenmit folgenden Wasserständen: südlicher Restsee 83,00 m NHN nördlicher Restsee 81,50 m NHN Errichtung eines Absperrdammes zwischen den beiden Wasserflächen, um Strömung und Erosion zu verhindern. Ehemaligen Kohlebahn als Damm nutzen. 23.02.2017, Pegel: 74.93 m NHN (Goitzsche-See) Der letzte Graben, Graben Nr. 5, wurde nach Strömungsmodellierung sehr breit und flach, weil 2005 hohe Durchflüsse berechnet worden sind. Gewässerleute sahen die Gefahr von übermäßigen Bewuchs. Kompromiss! Stellenweise tiefe Einschnitte Grabensystem war vorgedacht und stellenweise vorprofiliert. Komplikationen während Planungsphase und Bauausführung Entgegen bestehender Prognosen wurde das RestlochHolzweizig-West schneller voll. Damit wurde dringend der Bau des Ableitungsgrabens 3 erforderlich. Endhöhedes Wasserspiegels bei 77,8 m NHN in diesem Restloch, um den Abfluss aus der Vernässungsflächezu ermöglichen. 0,20 m unter der früher geplanten Höhe. Keine Staulamelle. Das Wasser hat die Bauleute vor sich hergetrieben. Erkenntnisse im Herbst 2004: Dringend sind die Verbindungsgräben bis zum Hauptrestloch Goitsche zu bauen. Aber zum Zeitpunkt hatte dieses Restlochauch noch keine Ableitung in den Fluss Mulde. Weil das RestlochGoitschedurch das Hochwasser Aug. 2002 etwa 5 Jahre schneller gefüllt war als geplant. Ohne Erlaubnis war die Mulde herein geströmt. Und das Wasser kam auch von unten bei trockenen Grabenabschnitten: Grundwasser. 19

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Technische Lösung des Problems in der Ausführungsplanung Anlagen der Ausführungsplanung 20

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Ausschnitt einer Bauzeichnung von Graben 2 und 3 mit Zusammenfluss 21

Einschub: Genehmigungen Situation während der Bergbauphase Situation bei Beendigung der Bergaufsicht Bundesberggesetz Genehmigungsbehörde: Bergamt des Bundeslandes im Einvernehmen mit anderen Behörden (Wasser, Naturschutz, Raumordnung, ) Gilt von der Erkundung über die aktive Bergbauphase bis zur Stilllegung und Beseitigung aller Gefahren Eigentlich Herstellung des alten Zustandes. Das ist eine Illusion! Dokumente Braunkohlenplan (Raumordnung, Sachsen, NRW, Sachsen-Anhalt etwas anders) Bergbauliche Betriebspläne: Rahmenbetriebsplan Hauptbetriebsplan Aufsuchungsbetriebsplan Aufschlussbetriebsplan Abschlussbetriebsplan Alles, was nach dem Bergbau fortbesteht, benötigt weiter geltende Genehmigungen Das war für die Bergleute schwer zu verstehen. Das wichtigste Beispiel: Es entstehen Restlöcher mit Wasser gefüllt = Seen = Schaffen von neuen Gewässern Basis ist in Deutschland das Wasserhaushaltsgesetz (WHG). Das schreibt für jedes Gewässer ein Planfeststellungsverfahren vor. Nach Verwaltungsrecht ist das ein Zustimmungsverfahren mit breiter Beteiligung der Öffentlichkeit. Umfang möglich: 15 Ordner, jeder in 30- facher Ausführung für die Füllung eines Restloches + eine Prüfung der Umweltverträglichkeit in ähnlichem Umfang Streng betrachtet, ist auch Grundwasser ein Gewässer. Und nun kommen die Wirkungen der Wasserrahmenrichtlinie der EU. 22

Einschub: Genehmigungen durch betreffende Bundesländer Beispiel einer Genehmigung zum Vorzeitigen Beginn, Land Sachsen-Anhalt Beispiel der gleichen Genehmigung, Freistaat Sachsen 23

Einschub: Genehmigungen durch betreffende Bundesländer Begründung für Vorzeitigen Beginn, Land Sachsen-Anhalt Begründung für Vorzeitigen Beginn, Freistaat Sachsen 24

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Grabensystem zwischen Restlöchern 25

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Graben 5 zum Hauptrestloch Phänomen im Artikel der Mitteldeutschen Zeitung vom 26.07.2006 Die Bauarbeiter waren mit ihrer schweren Technik auf ein unvorhergesehenes Phänomen gestoßen: In der Kippe steht das Grundwasser hier so hoch, dass die Baggerschaufeln nur Schlamm rausholen. Aus der Böschung rutscht die nasse schwarzgraue Masse sofort nach. Zusätzlich zu dem von hinten zulaufenden Wasser kam das Grundwasser von unten. Mein Kommentar: Das Phänomen war vorhersehbar. Man hätte mehr Grundwassermessstellen gebraucht. Ganz wichtig in Kippen. Man hätte die Daten monatlich oder nach Gefahrenlage messen müssen und auswerten. Immer vergleichen mit den Ergebnissen des Grundwasser-Modells. Der Wasserspiegel war viel höher als berechnet. Gefahr! Die finale Baugrunderkundung ein Jahr zuvor hatte schon viel Wasser im Untergrund vorgefunden 26

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Bilder vom Grabenbau 27

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Bilder vom Grabenbau 28

Zudringendes Grundwasser: Goitsche 2004 / 2006 Ergebnis auf www.goitzsche-wildnis.de(bund) 29

Hochwasser August 2002 bei Bitterfeld und andere Fälle Der Fluss Mulde (Moldava) füllte das Restloch Goitsche ohne Genehmigung. Um den 14.08.2002 nahm das Hochwasser aus der Mulde den alten Lauf kurz vor der Talsperre Muldenstein. Der Pegel im RestlochGoitschestieg von 71,48 m NHN (etwa Stand nach Plan) auf 78,49 m NHN beim Scheitelhöhepunkt am 19.08.2002. Volumen von etwa 94 Miom³. Endziel der Flutung war ein Wasserstand von 75,00 mnhn. Also 3,50 m höher, aber kein ordentlicher Abfluss (erst ab Sommer 2007). Weitere ähnliche Ereignisse bei Tagebauen: Aug. 2010: Tagebau Berzdorf(Lausitzer Neiße) Winter 2008: Tagebau Koschen/ Geierswalder See (Eisstau der Schwarzen Elster) Juni 2013: Tagebau Zwenkau (bei Leipzig, Weiße Elster, bewusste Schutzmaßnahme, Zuleiterwar gerade fertiggestellt, Ableiter noch unfertig)

Hochwasser Juni 2013 bei Bitterfeld (Hr. Onnasch, LMBV)

Setzungsfließen: Ursachen Allgemeines Diagramm der Körnungsverteilung (kumulativ) Innerhalb der gestrichelten Linien = Kritischer Bereich = Setzungsfließgefährdete Schichten Busch; Luckner: Geohydraulik; VEB Deutscher Verlag f. Grundstoffindustrie, Leipzig 1972 Nigang: Die Wirkung von Elementen zur Dämpfung und Entspannung des Porenwasserdruckes in wassergesättigten verflüssigungsgefährdeten Lockergesteinsschüttungen; Diss. TU Bergakademie Freiberg; 2000 32

Setzungsfließen: Deformation und Porenwasserdruck Zusammenbruch der Struktur = Suspension Lagerungsdichte im Lockergesteinsverbund Quelle: Busch; Luckner: Geohydraulik; VEB Deutscher Verlag f. Grundstoffindustrie, Leipzig 1972 Quelle: Kuyumcu: Besondere Herausforderungen der Braunkohlesanierung der LMBV; Senftenberg, 2012 Einflussfaktoren: Lockere Lagerung des Gekippten, weil die Verfestigung durch Eiszeit bei der Umlagerung aufgehoben worden ist Gleichkörnig. Enge Körnungslinie. 0,09 mm d50 1,0mm. Mittelfeiner bis feiner Sand. Ungleichförmigkeitsfaktor U= d 60 / d 10; 2 < U < 4 Wassersättigung der Bodenmassen, weit über S T > 70 % des Porenraumes. Mögliche Initiale: Sprengladungen, wenn die Schwingungen die verflüssigungsfähigen Schichten erreichen. Befahren, Bohrungen und Bohrtechnik. Abspülungsvorgängenoder Erosion mit Folge von Massenabbruch der Bodenschichten und Böschungen Schwingungen bei der Rütteldruckverdichtung. Sackungenbeim Grundwasserwiederanstieg im Kippenmassiv. Auftrieb der Körner! 33

Maßnahmen gegen Setzungsfließen: Rütteldruckverdichtung Verdichtungsarbeiten 2006 auf Trasse der B 169 bei Senftenberg Technische Lösung des Problems. Hoher Aufwand. Quelle: Eigene Aufnahmen Bartholomäus 34

Sperrbereiche bei Gefährdung: Lausitz 35

Sperrbereiche bei Gefährdung: Lausitz 36

Tagebaufelder Spreetal: Rutschung Bergen (Ereignis am 12.10.2010) Quelle: Pressefotos der LMBV, Internet, 2010 37

Tagebaufelder Spreetal: Rutschung Bergen Stand: Juli 2013 Quelle: Eigene Aufnahmen Bartholomäus 38

Grundwassermodelle in der Lausitz 39

Grundwassermodelle in der Lausitz Jetzt interessant für die Wasserrahmenrichtlinie der EU! 40

Zusammenfassung und Ausblick Keine fachliche Zusammenfassung. Das wäre sehr schwer. Ziel ist der fachliche Austausch. Die Aussage, das ist bei uns anders, ist zu wenig. Die Natur hat immer Überraschungen. Nicht nur aus Deutschland übernehmen! Zum Beispiel hat Dr. Semberaund Partner auch interessante Informations- und Assistenzsysteme. Zusammenarbeit mit PKU Usti n.l. und anderen Tagebau Turowin Polen, von Deutschland und Tschechien umgeben. Deutschland ist sehr ruhigzum Problem. (Ich erwarte Vernässungdes Westrandes vom Tagebau auf deutscher Seite) 41

Ich danke für die Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Uwe Bartholomäus Hochschule Zittau-Görlitz E-Mail: u.bartholomaeus@hszg.de Tel. ++49(0)3583-612-4989 42