Modellsoftware: modflow, FEFLOW

Aufgabe:

Die südlich von Erlangen gelegene Schleuse „Kriegenbrunn“ des Main-Donau-Kanals ist in einem schlechten baulichen Zustand und soll durch ein neu zu errichtendes, unmittelbar angrenzendes Schleusenbauwerk ersetzt werden. Das geplante Bauwerk greift bis zu ca. 10 m unter das aktuelle Grundwasserniveau ein, so dass während der Bauarbeiten Wasserhaltungsmaßnahmen erforderlich sind.

Um die Auswirkungen der Wasserhaltungsmaßnahmen und des zukünftigen, tief in den Untergrund reichenden Bauwerks auf die regionalen Grundwasserverhältnisse zu prüfen, wurde ein hydrogeologisches und numerisches Grundwasserströmungsmodell erstellt.

Für das hydrogeologische Modell wurden in einem 97 km² großen Gebiet alle vorhandenen Daten zur Geologie, Hydrologie und Hydrogeologie ausgewertet. In einer Grundwasserspiegelstichtagsmessung im April 2012 wurden an 161 im Quartär und Sandsteinkeuper ausgebauten Grundwassermessstellen und Brunnen sowie 30 Oberflächengewässermesspunkten die Grundwasser- und Gewässerhöhen gemessen.

Bei der Auswertung der Ergebnisse wurde der Mittlere / Untere Burgsandstein, der Coburger Sandstein und Blasensandstein sowie in den Talbereichen das Quartär als zusammenhängendes Hauptgrundwasserstockwerk abgegrenzt, das zur Basis von dem Grundwassergeringleiter der Lehrbergschichten begrenzt wird. Im Hauptgrundwasserstockwerk liegt eine zu den Vorflutern der Regnitz und der Mittleren Aurach orientierte, W - E bzw. SW – NE gerichtete Grundwasserströmung vor. Im Talhangbereich der Regnitz ist in Folge der Verringerung der Aquifermächtigkeit eine deutliche Versteilung des hydraulischen Gradienten festzustellen. Das Schleusenbauwerk bindet in die Lehrbergschichten ein, so dass hier von einem relativ geringen Grundwasserdurchsatz auszugehen ist.

Aufgrund der Komplexität der Grundwasserströmungsverhältnisse mit mehreren Teilstockwerken wurde das hydrogeologische Modell zunächst in ein numerisches Prinzipmodell (verwendete Software modflow) zur Festsetzung sinnvoller Modellgebietsgrenzen umgesetzt. Auf Grundlage des hydrogeologischen Modells und dieses Basismodells wurde mittels der Software FEFLOW ein 31 km² großes numerisches Grundwasserströmungsmodell erstellt, das die geologischen Einheiten des Burgsandsteins, Blasensandsteins, Coburger Sandstein, der Lehrbergschichten und das Hangende der Estherienschichten / Schilfsandstein umfasst.

Nach der Kalibrierung des Modells und Durchführung von Sensitivitätsanalysen wurden zwei Prognoseberechnungen durchgeführt, die die Grundwasserverhältnisse während und nach Abschluss der Baumaßnahme simulieren. Die Ergebnisse der Berechnungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

- Prognoseberechnung 1, Simulation des Zustandes nach Fertigstellung des neuen Schleusenbauwerks bei Normalwasserverhältnissen: Durch den bis in den Grundwassergeringleiter der Lehrbergschichten reichenden Bau stellt sich bei Normalwasserverhältnissen ein relativ geringer Grundwasseraufstau im Westen von maximal 0,75 m und eine Grundwasserspiegelabsenkung im Osten von max. 0,75 m ein. Relevante Auswirkungen (Grundwasserspiegeländerungen von weniger als 0,25 m) sind auf einen Umkreis von maximal 120 m beschränkt.

- Prognoseberechnung 2, Simulation des Bauzustandes „ungedichtete Baugrube mit Restwasserhaltung“ mit einer Grundwasserspiegelabsenkung von ca. 12 Meter: Erwartungsgemäß stellt sich ein Grundwasserspiegelabsenktrichter von > 10 Metern ein, der jedoch nicht bis zur Regnitz reicht, so dass der Wasserandrang gemäß Modellberechnung mit 1,8 l/s sehr gering ausfällt. Grundwasserspiegelabsenkungen von über einem Meter bleiben auf einen Umkreis zur Baugrube von maximal 400 m beschränkt.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bedeutende Auswirkungen auf die Grundwasserverhältnisse in der näheren Umgebung der Schleuse (Grundwasserspiegelabsenkung von > 1 m in einem Umkreis von max. 400 Metern) nur durch die Wasserhaltungsmaßnahmen während der Bauarbeiten zu erwarten sind. Dagegen sind nach Fertigstellung des Schleusenbauwerks Grundwasserspiegeländerungen nur gering und lokal begrenzt.

Die Ergebnisse wurden in 2 ausführlichen Gutachten mit Grundwassergleichen-/ Grundwasserdifferenzenplänen und Flurabstandskarten als Grundlage für eine Umweltverträglichkeitsuntersuchung sowie zur Festlegung charakteristischer Bemessungswasserstände dargestellt.

Auszug aus den Anlagen des Erläuterungsberichts:

1. Übersichtslageplan des Modellgebietes

2. Mächtigkeit der quartären Auffüllungen

3. Geologisches Profil

4. Ermittelte Grundwasserneubildungsrate

5. Detailplan der Schleuse

6. Grundwasserflurabstände Prognoserechnung 2: Dichtungsausfall im Unterlauf

7. Grundwasserspiegeländerung Prognoserechnung 2: Dichtungsausfall im Unterlauf