HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN STRAßBERG/SELKE · 2018. 5. 28. · Erläuterungsbericht HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN STRAßBERG/SELKE Entwurfs- und Genehmigungsplanung Heft 1, Anlage A-1-5

HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN

STRAßBERG/SELKE

Entwurfs- und Genehmigungsplanung

Heft 1, Anlage A-1-5

Hydrogeologisches Modell

Erläuterungsbericht

in der Fassung der 1. Planergänzung

April 2017

Kl/Br/RH/Mz/200521920

Björnsen Beratende Ingenieure GmbH

Maria Trost 3 · 56070 Koblenz

Telefon 0261 8851-0 · Telefax 0261 805725

- I -

Inhaltsverzeichnis

Erläuterungsbericht Seite

1 Veranlassung 1

2 Vorgehensweise 1

3 Vorarbeiten 2

3.1 Datenerhebung 2

3.2 Bewertung der Datenlage 3

4 Hydrogeologisches Modell 4

4.1 Horizontale Abgrenzung Bilanzgebiet 4

4.2 Geologie / Schichtaufbau 4

4.2.1 Geologie / Tektonik im Bilanzgebiet 4 4.2.2 Schichtaufbau 8 4.2.3 Störungen / Klüftung im Bereich der Sperrstelle 9 4.2.4 Basis des Kluftgrundwasserleiters 13 4.2.5 Altbergbau und Hohlraumverdachtsflächen 13

4.3 Untergrundparameter 15

4.3.1 Untergrunddurchlässigkeit im Bereich der Sperrstelle 15 4.3.2 Untergrunddurchlässigkeiten im Bilanzgebiet 20 4.3.3 Porosität / Kluftvolumen 22

4.4 Sickerwasserrate 22

4.5 Randbedingungen 25

4.5.1 Fließgewässer 25 4.5.2 Stillgewässer 29 4.5.3 Entnahmen / Infiltrationen 30

4.6 Grundwasserströmung 30

4.6.1 Bilanzgebiet 30 4.6.2 Nahbereich der Sperrstelle 33

4.7 Bauliche Eingriffe in den Untergrund mit hydraulischer Relevanz 34

4.8 Grundwasserbilanz 38

5 Vorgaben Grundwassermodell 38

5.1 Modellaufbau 38

5.2 Kalibrierung 41

5.3 Rechenläufe 42

5.3.1 Stationäre Modellierung 42 5.3.2 Instationäre Modellierung 42

- II -

Anlagen

1 Übersichtslageplan

2 Bilanzgebiet mit Gewässern

3 Geologische Karte GK 25 (LAGB)

4 Lageplan der Bohrungen und Schnitte

5 Geologische Schnitte

5.1 Geologischer Schnitt A-A‘, Tallängsschnitt Güntersberge – Sperrstelle (Selketal)

NW - SO

5.2 Geologischer Schnitt B-B‘, Schnitt durch das Selketal Sperrstelle SW - NO

5.3 Geologischer Schnitt C-C‘, Schnitt durch das Selketal Sperrstelle SW – NO,

Nahbereich

5.4 Geologischer Schnitt D-D‘, Schnitt durch den Südhang Güntersberge SW - NO

5.5 Geologischer Schnitt E-E‘, Tallängsschnitt Güntersberge (Selketal) NW - SO

6 Mittlerer Niederschlag 1961-1990 (TBK50, LAGB)

7 Mittlere Evapotranspiration 1961-1990 (TBK50, LAGB)

8 Mittlere Sickerwasserrate 1961-1990 (TBK50, LAGB)

9 Ganglinien gemessener Grundwasserstand

10 Pegel Silberhütte Wasserstand / Abfluss 2005 – 2015

11 Grundwasserströmung im Bilanzgebiet (Mittlerer Zustand)

12 Grundwasserströmung im Nahbereich der Sperrstelle (Mittlerer Zustand)

13 Digitales Geländemodell DGM10

14 Mächtigkeit der quartären Talfüllung

Anhang (nur digital)

Bohrprofile

- III -

Verwendete Unterlagen

[1] Björnsen Beratende Ingenieure Erfurt GmbH

Hochwasserrückhaltebecken Straßberg/Selke, Entwurfs- und Genehmigungsplanung,

September 2013

(Auftraggeber: Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt)



Heft 4.1, Geotechnisches Gutachten, Erläuterungsbericht

September 2013




Heft 2, Wasserwirtschaftliche Untersuchungen und Hydraulische Berechnungen, Erläu-

terungsbericht

September 2013




Heft 4.2, Gutachten zur Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Bahntrasse, Er-

läuterungsbericht

September 2013




Heft 4.3, Gutachten zur Standsicherheit des Dammes am Elbingstalteich, Erläuterungs-

bericht

September 2013



Hochwasserrückhaltebecken Straßberg, Geotechnik,

Heft 6.1, Geologisches und Bodenmechanisches Vorgutachten, Erläuterungsbericht

September 2006



Hochwasserrückhaltebecken Straßberg, Geotechnik,

Heft 1, Beschreibung des Vorhabens, Erläuterungsbericht

September 2006


- IV -

[8] Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt (LAGB)

- Digitale Bodenkundliche Themenkarten im Maßstab 1:50.000 (TBK50), 2015

- Altbergbau, Bergbauobjekte und Hohlraumverdachtsflächen im Bilanzgebiet

- Digitale Bohrprofile von 81 Bohrungen (SEP)

- Digitales DGM10, erstellt aus dem DGM1 der Laserscanbefliegung des LHW 2009

(Das DGM1 wurde vom LAGB auf DGM10 umgesetzt)

- Digitale Geologische Karte GK25 1:25.000

vom LAGB zur Verfügung gestellt im Mai /Juni 2016

[9] Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (LHW)

Pegel Silberhütte, Tageswerte Wasserstand / Abflüsse 2005 – 2015

Jahres-, Winter-, Sommerhochwasser 1949 bis 2014

Stationierung Selke

Juni 2016

[10] Fachsektion Hydrogeologie in der Deutschen Geologischen Gesellschaft (FH-DGG):

Hydrogeologische Modelle; Ein Leitfaden mit Fallbeispielen

Hannover, 2002

[11] Fachsektion Hydrogeologie in der Deutschen Geologischen Gesellschaft (FH-DGG):

Hydrogeologische Modelle; Bedeutung des hydrogeologischen a-priori-Wissens

Hannover, 2010

[12] Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft

Hochwasseraktionsplan Selke,

Sachsen-Anhalt 12/2002

[13] Deutsche Eisenbahn-Consulting GmbH

Machbarkeitsstudie „Trassenführung der Selketalbahn im Bereich des zukünftigen

Hochwasserrückhaltebeckens Straßberg“,

2003

(Auftraggeber: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-

Anhalt)

[14] Deutsche Eisenbahn-Consulting GmbH

Bohr- und Sondierprofile (Anlage 1 und 2) der Strecke Straßberg-Güntersberge

M 1 : 100,

2003

(Auftraggeber: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-

Anhalt)


Programm für die Baugrunderkundung, Heft 2


[16] Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt

Grundwassermessstellenprotokoll Grundwasserstände 2006-2016

Mai 2016

- V -

[17] Geologische Karte Harz

Maßstab 1:100.000, herausgegeben vom Geologischen Landesamt Sachsen-Anhalt in

Zusammenarbeit mit dem Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung,

Halle 1998

[18] Kruseman/de Ridder

Untersuchung und Anwendung von Pumpversuchsdaten, Verlagsgesellschaft Rudolf

Müller, ISBN 3-481-14811-9

1973

[19] Prinz, H.

Abriss der Ingenieurgeologie, Enke Verlag, ISBN 3-432-92332 5

1991

[20] Busch, K.F., Luckner, L, Tiemer, K.

Geohydraulik, Band 3, ISBN 3 443 01004 0

1993

[21] Mohr, K.

Geologie und Minerallagerstätten des Harzes, 2. Auflage, E. Schweizerbart’sche Ver-

lagsbuchhandlung, Stuttgart, ISBN 3 510 65154 5

1993

[22] Hölting, B.

Hydrogeologie, Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie, 4. Auf-

lage, Enke

1992

[23] Prof. Dr. Kobus

Grundwasserhydraulik, Arbeitsunterlagen zur Vorlesung

Lehrstuhl für Hydraulik und Grundwasser, Institut für Wasserbau

Universität Stuttgart

[24] Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR)

Wasserbilanz von Deutschland 1961 – 1990 (nach BfG 2008)

http://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Wasser/Bilder/Was_wasser_startseite_wasserkreis

_g.html

[25] Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (LHW)

Gewässereinzugsgebiete

Daten Pegel Silberhütte

http://www.hochwasservorhersage.sachsen-an-

halt.de/wiskiwebpublic/stat_1024007547.htm

[26] Deutscher Wetterdienst (DWD)

Frei verfügbare Daten der Niederschlagsstation Güntersberge

ftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/CDC/observations_germany/climate/daily/more_precip/recent/

[27] Matheß / Ubell

Allgemeine Hydrogeologie, Grundwasserhaushalt, Gebrüder Bornträger

1983

http://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Wasser/Bilder/Was_wasser_startseite_wasserkreis_g.htmlhttp://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Wasser/Bilder/Was_wasser_startseite_wasserkreis_g.htmlhttp://www.hochwasservorhersage.sachsen-anhalt.de/wiskiwebpublic/stat_1024007547.htmhttp://www.hochwasservorhersage.sachsen-anhalt.de/wiskiwebpublic/stat_1024007547.htmftp://ftp-cdc.dwd.de/pub/CDC/observations_germany/climate/daily/more_precip/recent/

- VI -

[28] Landesamt für Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt (LAGB)

Digitales Hydrogeologisches Kartenwerk von Sachsen-Anhalt 1:50.000, HK50, Blatt

1103-1/2 Ellrich Nordhausen, Blatt1104-1/2 Harzgerode Mansfeld, 1984

Hydrogeologische Grundkarte (K1)

Karte der Grundwassergefährdung (K4)

Karte der hydrogeologischen Kennwerte (K21)

Karte der Hydroisohypsen (K22)

Vom LAGB zur Verfügung gestellt im Juli 2016

Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt AöR

Hydrogeologisches Modell 1

\\bce01.de\nas\P\0521920\doc\ber\GP_201704\Heft 1\A_Anlagen\A-1-5\20170411_Bericht_HydrogeolModell_rev01.docx Björnsen Beratende Ingenieure GmbH

1 Veranlassung

Für die Planung des Hochwasserrückhaltebeckens (HRB) Straßberg/Selke sollen mögliche

Auswirkungen der Baumaßnahme auf die Grundwasserstände mit Hilfe eines numerischen

Grundwasserströmungsmodells berechnet werden (Anlage 1). Eine mögliche Auswirkung der

Baumaßnahme auf die Grundwasserstände ist durch den Materialabbau im Westen des ge-

planten Damms gegeben. Wenn hier der Grundwasserhorizont angeschnitten wird, ist damit

zu rechnen, dass Grundwasser austritt und sich ggf. Veränderungen der Grundwasserstände

ergeben. Ebenso können sich durch geplante Untergrundabdichtungen des Dammes Ände-

rungen der Grundwasserfließverhältnisse einstellen. Bei einem Einstau des geplanten HRB ist

damit zu rechnen, dass sich die Grundwasserstände oberhalb des Absperrbauwerks erhöhen.

Diese Auswirkungen sollen untersucht werden, ggf. sind Gegenmaßnahmen in Form von

Strömungsfenstern im Untergrund zu entwickeln.

Mit dem Schreiben vom 21.01.2016 ist die Björnsen Beratende Ingenieure GmbH beauftragt,

modellgestützte Untersuchungen im Rahmen der Planung des Hochwasserrückhaltebeckens

durchzuführen.

2 Vorgehensweise

Im Vorfeld der eigentlichen numerischen Modellierung wird zunächst ein Hydrogeologisches

Modell (HGM) erstellt, in dem alle hydrogeologisch relevanten Daten für den Bilanzraum zu-

sammengestellt werden. Ein wesentlicher Punkt bei der Erstellung des Hydrogeologischen

Modells ist die Ableitung einer Grundwasserbilanz sowie die Erstellung eines Grundwasser-

höhengleichenplans aus vorliegenden Daten für ein zu wählendes Bilanzgebiet. Die Vorge-

hensweise basiert auf den Leitfäden der FH-DGG [10][11]. Dieses Bilanzgebiet entspricht dem

Gebiet der Datenerfassung. Das Bilanzgebiet kann durchaus größer sein als das spätere Mo-

dellgebiet des numerischen Grundwassermodells. Aus diesen Vorarbeiten werden dann ein

Modellgebiet für das numerische Grundwassermodell und dazu gehörige Randbedingungen

und sonstige Vorgaben abgeleitet.

Zur Aufstellung einer möglichst abgesicherten Grundwasserbilanz werden die Grenzen des

Bilanzgebietes so gewählt, dass dort möglichst eindeutige Zustrom-Verhältnisse vorliegen.

Hierzu bieten sich insbesondere Einzugsgebiete an. Natürlich sind die Anforderungen an die

Datendichte und -genauigkeit mit zunehmender Entfernung zu der zu untersuchenden Maß-

nahme geringer.

Im Rahmen der numerischen Modellierung soll u.a. erfasst werden, wie groß der Bereich von

signifikanten Änderungen der Grundwasserverhältnisse ist. Hierzu muss das Modellgebiet

ausreichend groß sein. Dies bedeutet, dass die Modellränder so gewählt werden, dass dort




keine Auswirkungen mehr auftreten. Da dieser Einflussbereich a priori nicht bekannt ist, wird

das Modellgebiet eher großzügig gewählt. Insbesondere bei Einsatz eines Finite-Elemente-

Verfahrens (unter dem Einsatz von flexiblen Berechnungsnetzen) ist der hieraus resultierende

numerische Mehraufwand gering.

3 Vorarbeiten

3.1 Datenerhebung

Für das Bilanzgebiet wird zunächst die räumliche Begrenzung zur Datenerfassung in einem

Bereich um das geplante HRB definiert. Das Erfassungsgebiet in Abbildung 1 (gelb gestri-

chelt) wurde anhand der Gewässereinzugsgebiete (rote Linien) der Selke und Zuflüsse sowie

anhand der Gewässerverläufe (blau) vorgenommen. Innerhalb dieser Fläche werden verfüg-

bare Daten zur Erstellung eines hydrogeologischen Konzeptes für das numerische Modell

ausgewertet.

Abbildung 1: Datenerfassungsgebiet (gelb gestrichelt), Gewässereinzugsgebiete LHW

(rote Linien)

Folgende Daten wurden durch den Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt beim Landesamt für

Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt (LAGB) und beim Landesbetrieb für Hochwasser-




schutz und Wasserwirtschaft Sachsen Anhalt (LHW) erhoben und für die Weiterverarbeitung

zur Verfügung gestellt:

TK10 (bereits im Rahmen der Entwurfs- und Genehmigungsplanung im Haus verfüg-

bar)

Bohraufschlüsse als GeODin-Datenbank 81 Bohrungen, kein Ausbau (LAGB) [8]

Digitale Geologische Karte 1:25.000 GK25, Landesamt für Geologie und Bergwesen

Sachsen-Anhalt (LAGB) [8]

Thematische Bodenkarten 1:50.000 TBK50 mit Legende / Erläuterungen (LAGB), u. a.

mit: Niederschlag, Verdunstung, Sickerwasserrate (1961-1990), Durchlässigkeit der

Bodenschicht (1 m Tiefe) [8]

Hydrogeologische Karte HK50 [28]: Hydrogeologische Grundkarte (K1), Karte der

Grundwassergefährdung (K4), Karte der hydrogeologischen Kennwerte (K21), Karte

der Hydroisohypsen (K22)

Digitales Geländemodell 10 x 10 m, vom LAGB erstellt aus dem DGM1 der La-

serscanbefliegung des Landesbetriebs für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft

Sachsen-Anhalt (LHW), 2009 [8]

Auflistung der Bergbauobjekte und eine Karte mit der dazu gehörigen Nummerierung

einschließlich der Shapes der Bergbaufelder im Untersuchungsgebiet (LAGB) [8]

Im Bereich der Sperrstelle: Monatliche Grundwasserstandsmessungen für den Zeit-

raum Januar 2007 - April 2016 an den Messstellen BK1F, BK1T, BK5, BK12, BK15F,

BK15T, BK16F, BK16T (Talsperrenbetrieb Sachsen Anhalt) [16]

Pegel Silberhütte: Tageswerte Wasserstand / Abfluss 2005-2015 (LHW) [9]

Pegel Silberhütte: Jahres-, Winter-, Sommerhochwasser 1949 bis 2014 (LHW) [9]

Stationierung Selke (LHW) [9]

Als Lagebezug gilt Krassowski GK4 Pulkovo 1942 und als Höhenbezug DHHN 92.

3.2 Bewertung der Datenlage

Die Datenlage für das Bilanzgebiet ist insbesondere hinsichtlich der Grundwasserstandsmes-

sungen spärlich, was nicht untypisch für Gebiete im Festgestein ist. Eine flächendeckende

Überwachung bzw. ein Monitoring der Grundwasserstände im Bilanzgebiet liegt nicht vor. Der

gewässerkundliche Landesdienst (LHW) betreibt weder Grundwassermessstellen noch Quel-

len im Bilanzgebiet. Belastbare Grundwasserstandsdaten liegen nur an der geplanten Sperr-

stelle vor. Sehr wertvoll sind die flächendifferenziert vorliegenden Daten der geologischen

Karte GK25 sowie der thematischen Bodenkarte TBK50, wie Niederschlag, Verdunstung und

Sickerwasserrate. Die Pegeldaten für den Pegel Silberhütte außerhalb des Bilanzgebietes

ergänzen den Kenntnisstand hinsichtlich des Fließgewässers. Die hydrogeologische Karte

HK50 liefert für den Bereich Straßberg – Güntersberge leider wenig bis keine detaillierten Da-

ten und auch keinen Plan der Grundwasserhöhengleichen.




Eine Kalibrierung im engeren Sinne basierend auf verlässlichen, mehrjährigen Messwerten im

ganzen Untersuchungsraum wird nicht möglich sein. Über eine Sensitivitätsanalyse wird daher

ein Parametersatz ermittelt, mit dem zusätzlich ungünstige Verhältnisse gerechnet werden.

Daraus ergibt sich dann ein zusätzliches Bewertungskriterium.

4 Hydrogeologisches Modell

4.1 Horizontale Abgrenzung Bilanzgebiet

Die horizontale Abgrenzung des Bilanzgebietes wird - wie bereits beschrieben - auf Basis der

Gewässereinzugsgebiete der Selke und Nebenflüsse [28] vorgenommen. Abgrenzungen, wie

sie für Grundwasserkörper im Rahmen der Wasserrahmenrichtlinien auf Basis der Hydrogeo-

logischen Übersichtskarte (HÜK 200) vorgenommen werden, sind für vorliegende Betrachtung

zu grob. Die oberirdischen Einzugsgebiete fallen in der Regel mit den unterirdischen Einzugs-

gebieten zusammen. Voraussetzung für das Gleichsetzen von unterirdischen/oberirdischem

Einzugsgebiet ist, dass für die GW-Strömung ein homogener und isotroper Untergrund vor-

liegt. Dies ist nicht unbedingt der Fall, kann aber in erster Näherung im Rahmen dieser groß-

räumigen Skala für diesen klüftigen Grundwasserleiter angenommen werden, was sicherlich

für kleinräumige Betrachtungen zu ungenau wird. Ideal wäre ein Grundwassergleichenplan,

der auf Grundlage einer ausreichenden Anzahl von Grundwasserstandsmessungen unter Be-

rücksichtigung der Gewässer, Quellen usf. angefertigt wurde. Dieser liegt wegen fehlender

Messwerte nicht vor. Das gewählte Vorgehen ist in Anbetracht der Datenlage daher als eine

geeignete Alternative und ausreichend genau anzusehen. Auf diese Weise gelingt es eine

möglichst belastbare Bilanz für den Grundwasserzu- und -abstrom innerhalb des Gebietes

abzuschätzen. Die zur Verfügung gestellten Daten machen die in Anlage 2 dargestellte Ab-

grenzung für das Bilanzgebiet möglich. Das Bilanzgebiet hat eine Fläche von 36,3 km².

Das Bilanzgebiet liegt in einem Landschaftsschutzgebiet und ist Bestandteil des Naturparks

Sachsen-Anhalt. Weitere Schutzgebiete im Bilanzgebiet sind:

Naturschutzgebiete im Selketal und Nebentäler

FFH-Gebiete im Selketal und Nebentäler

Wasserschutzgebiete existieren nicht.

4.2 Geologie / Schichtaufbau

4.2.1 Geologie / Tektonik im Bilanzgebiet

Das Bilanzgebiet befindet sich im Bereich der Harzgeroder Zone im Unterharz (Abbildung 2).

Während und nach der Ablagerung der heute dort aufgeschlossenen paläozoischen Gesteine




kam es zu submarinen Rutsch- und Gleitvorgängen. Derartige Olisthostrom-Massen treten im

Ostharz als tonreiche Decken, Schollen und Bruchstücke großflächig auf und wurden durch

tektonische Bewegungen (Überschiebungen, Verschuppung, Faltung) bevorzugt in nördliche

Richtung verlagert. Typische Gesteine sind Tonschiefer, Grauwacken, Quarzite; die Gesteine

haben silurisches bis karbonisches Alter. Nördlich schließt sich die Tanner Zone an (verfaltete

Tonschiefer, Plattenschiefer und Grauwacken des Unterkarbons). Die geologische Grenze

zwischen Tanner und der Harzgeroder Zone ist mit dem Lindenberger Gangzug (Abbildung 3)

identisch, so dass das HRB Straßberg wie die geplanten Materialentnahme der Harzgeroder

Faltenzone zuzuordnen sind. Die regionale Geologie ist auf Grundlage der Geologischen Kar-

te GK 25 (LAGB) in Anlage 3 dargestellt. Die Lagerungsverhältnisse sind kompliziert und er-

schweren die stratigraphische und strukturelle Einordnung.

Abbildung 2: Übersicht Geologie des Harzes nach Dr. Klaus Stedingk, Landesamt für

Geologie und Bergwesen Sachsen-Anhalt

Folgende große oberflächennahe Einheiten sind der geologischen Karte in Anlage 3 zu ent-

nehmen:

Tonschiefer mit Grauwacken im Harzgerode Olisthostrom (Unterkarbon) sind im zent-

ralen, südlichen und nördlichen Teil des Bilanzgebietes vorherrschend. Auch die

Sperrstelle befindet sich in dieser Zone.

Hauptquarzit: Die devonischen Quarzitschiefer mit Quarziteinschaltungen sind westlich

des Selketals verbreitet. Der Hang westlich der Sperrstelle setzt sich aus diesen hoch-

verfestigten Sandsteinen zusammen.

http://www.lagb.sachsen-anhalt.de/http://www.lagb.sachsen-anhalt.de/




Tonschiefer der Tanner Zone (Unterkarbon): Nordöstlich des Selketals bzw. nördlich

des Lindenberger Gangzuges stehen verbreitet die Plattenschiefer (Tonschiefer) der

Tanner Zone an.

Im Südosten des Bilanzgebietes tritt die Tanner Grauwacke oberflächennah in einem

schmalen Streifen in Erscheinung. Typisch ist die Grauwacke mit untergeordnetem

Anteil an Tonschiefern in diesem Gesteinskomplex des Unterdevons.

Auelehm und Auesand sind in den Taleinschnitten zu finden.

Der tektonische Großbau wird durch die Einflüsse der oberkarbonischen variszischen Defor-

mation bestimmt. Kennzeichnend ist ein von Nordosten nach Südwesten (ca. 40 - 50°) strei-

chender, sog. erzgebirgischer Aufschiebungs- und Schuppenbau, in dessen Richtung auch

die Dammachse zu liegen kommt. Neben den streichenden Störungen finden sich lang aus-

haltende, von Nordwest nach Südost (ca. 130 - 140°) streichende, lineamentartige Gangzüge

und Störungen. Diese weisen teils eine abbauwürdige Erzmineralisation auf. In Abbildung 3

sind die Gangzüge, Stollen und Schächte im Umfeld von Straßberg abgebildet.

Abbildung 3: Übersicht Störungs-/Gangsystem aus Geologische Karte, Nr. 4332, Preußi-

sche Geologische Landesanstalt, 1929




Im Bilanzgebiet befinden sich der nördlich des Selketals verlaufende Lindenberger Gangzug

und der südlich des Tals verlaufende Straßberg-Neudorfer-Gangzug. Außerdem sind in Abbil-

dung 4 und Anlage 3 kleinere Störungen zu erkennen, die eine Streichrichtung zwischen

überwiegend Nordwest-Südost bis Nord-Süd aufweisen. Die Wasserwegsamkeiten in Störun-

gen und Klüften (insbesondere in Tallängsrichtung verlaufend) sind für die Grundwasserströ-

mung von größerer Bedeutung.

Abbildung 4: Störungssystem (durchgezogene schwarze Linien) im Bereich Straßberg

aus HK50 [28]

Innerhalb der unterschiedlichen Einheiten ist die Tektonik durch eine Schieferung charakteri-

siert, die der Schichtung parallel verläuft und eine Hauptablösefläche bildet. Die Raumlage der

Schieferung/Schichtung ist in der geologischen Fachliteratur mit einem erzgebirgischen Strei-

chen (ca. 40 - 50°) und einem mittleren Einfallen von rd. 30 - 60° angegeben. In Verbindung

mit der tektonischen Beanspruchung entstanden Klüfte im Gestein, die in mehreren Systemen

in unterschiedlichen Richtungen streichen und einfallen.




4.2.2 Schichtaufbau

Die anhand der 127 verwertbaren Bohrprofile im Bilanzgebiet (siehe Anhang) erstellten geolo-

gischen Schnitte sind in Anlage 5 zusammengestellt. Die Lage der Bohrungen und Schnitte

findet sich in der Übersicht in der Anlage 4. Es zeigen sich folgende Charakteristika:

Der Schnitt längs zum Selketal (NW-SO) in Anlage 5.1 zeigt nahe der Sperrstelle san-

dig, kiesige Lockersedimente auf Tonschiefer-Festgestein, die durch Schluff überdeckt

sind. Talaufwärts in Richtung NW nehmen im Schnitt die sandig kiesigen Sedimente

eine untergeordnete Rolle ein und schluffige Ablagerungen treten in den Vordergrund.

Der Profilschnitt befindet sich dort entlang der Bahnstrecke am Talrand in einem Be-

reich, in dem sich die sandig kiesigen Schichten mit den unsortierten Hangschuttmas-

sen verzahnen.

Im Schnitt senkrecht zum Selketal (SW-NO) in Anlage 5.2 und 5.3 für den Nahbereich

der Sperrstelle ist zu erkennen, dass die sandig-kiesige Schicht zur Talmitte hin an

Mächtigkeit zunimmt und an den Rändern auskeilt. Die Festgesteinsobergrenze liegt

im Tal bis rd. 4 m unter GOK. Die Deckschichtlehme weisen eine Mächtigkeit von rd. 1

- 2 m, maximal 2,8 m auf.

Der Schnitt in Anlage 5.5 im nördlichen Selketal bei Güntersberge zeigt ebenfalls eine

bis 4 m mächtige Talfüllung über dem Festgestein mit sandig-kiesigen und schluffigen

Schichten. Teilweise fehlt die Deckschicht.

Die tiefen Bohrprofile in Anlage 5.2 zeigen teils einen Wechsel im Festgestein von

Tonschiefer und Grauwacke mit Mächtigkeiten zwischen Metern und Zehnermetern.

In den Schnitten in Anlage 5.2 (Schnitt an der Sperrstelle) und 5.4 (Schnitt im Talhang

bei Güntersberge) ist eine Überdeckung des Festgesteins außerhalb der Täler von 0 –

3 m mit meist schluffigen oder lehmigen Verwitterungsprodukten zu erkennen. In der

HK50 [28] ist in der Karte zur Grundwassergefährdung eine Deckschichtmächtigkeit

von ≤ 2 m außerhalb der Täler angegeben.

Der Schnitt in Anlage 5.3 für den Nahbereich der Sperrstelle zeigt, dass das Festge-

stein (Tonschiefer, Grauwacke) in den Talhängen nahe der Oberfläche ansteht. Die

Mächtigkeit der Überdeckung beträgt wenige Dezimeter.

In den Tälern liegen auf dem Festgestein und dessen oberflächennaher Verwitterungszone

die durch Verwitterung und fluviatile Sedimentation entstandenen quartären Schichten aus

sandigen, kiesigen und schluffig/tonigen Lockergestein sowie Hangschuttmassen.

Der Aufbau des Untergrundes im Selketal, die die Bohrungen, insbesondere BK1-16 in Anlage

5.3, die Refraktionstomographie sowie die Rammkernsondierungen in [2] erschließen, stellt

sich wie folgt dar:

Quartär: Feinkörnige Sedimente, vorwiegend aus Schluff und Ton (Auensedimente)

Dezimeter bis rd. 2,6 m mächtig.




Quartär: Darunter liegt eine wenige Dezimeter bis 3 m mächtige Sedimentschicht mit

grobkörnigen Hauptgemengteilen: Kiese, Sande, umgelagerter Festgesteinsbruch,

Hangschutt mit unterschiedlichen schluffigen Anteilen

Devon: Verwitterungszone des Festgesteins (Tonschiefer), die nach der Refraktionsto-

mographie aus [2] im Bereich der Sperrstelle überwiegend eine Mächtigkeit von 3-4,5

Metern aufweist.

Devon: Darunter Festgestein Tonschiefer / Grauwacke

In der Talmitte ab 3,8 m unter Gelände erhöhen sich die Schlagzahlen nach den Rammson-

dierungen in [2] deutlich (über N10>50 bei verwittertem Tonschiefer). Die quartäre Talfüllung

zeigt im Bereich der Sperrstelle danach ebenfalls Mächtigkeiten von bis zu 3 - 4 m über dem

Festgestein. Am Talrand und in den Hangbereichen reduziert sich die Lockergesteinsmächtig-

keit auf Dezimeter bis Meter, so dass die Verwitterungszone des Festgesteins nur durch eine

Dezimeter bis Meter mächtige Bodenschicht bedeckt ist. In der Auswertung der Schürfe aus

dem Übergangsbereiche vom Selketal zu den Talhängen in [2] ist folgende Struktur festge-

stellt worden: 0,2 - 0,8 m lehmiger Oberboden, darunter bis 3,5 m unter GOK zersetzter Ton-

schiefer.

Anhand der Bohrprofile ist die Mächtigkeit der quartären Talfüllung (Lockergesteinsfüllung)

über dem Festgestein für das Selketal in Anlage 14 interpoliert und in Bereichen ohne Bohrun-

gen abgeschätzt. Wenn das Festgestein in den Bohrungen nicht erreicht wurde, ist in den

tieferen Bohrungen die Bohrtiefe als Mindestmächtigkeit weiterverarbeitet worden. Im Bereich

der Sperrstelle ergeben sich daraus Mächtigkeiten über 4 m. Nördlich der Sperrstelle werden

Mächtigkeiten von 3 – 4 m in der Talmitte angesetzt. Am Talrand ist die Mächtigkeit geringer

und wird auf 2 m abgeschätzt.

4.2.3 Störungen / Klüftung im Bereich der Sperrstelle

In [2] werden aus den Erkundungen zu den Gefügedaten im Bereich der Sperrstelle folgende

Schlüsse gezogen:

Anhand der Refraktionstomographie und Bohrlochscans in [2] wurden Hinweise auf talparal-

lele Störungen im Bereich der Sperrstelle vergleichbar mit den benachbarten und erzminerali-

sierten Großstörungen identifiziert, die eine erhöhte Wasserwegsamkeit aufweisen dürften.

Außerdem ist eine Störung in der oberen Hälfte der nordöstlichen Grabenschulter zu vermu-

ten, da die Gefügedaten, die aus BK11 gewonnen wurden stark von denen der anderen Boh-

rungen abweichen. Die Störungen sind durch die geophysikalischen Vermessungen bestätigt

[2] und in Abbildung 5 dargestellt.

Die optischen Bohrlochscans in den 15 – 20 m tiefen Bohrungen im Selketal in [2] zeigen,

dass Klüfte mit Öffnungsweiten im Millimeterbereich im Abstand von Zentimeter-Dezimeter-




Bereich vorkommen. In Tiefen über 15 m treten verstärkt Anzeichen auf, die auf eine Verhei-

lung der Klüfte hinweisen (Quarz, Eisenoxidablagerungen).

Abbildung 5: Vermutete Störungen im Bereich der Sperrstelle aus [2]

Die Klüftung ist wasserwegsam und bildet ein Netz von quer und parallel zum Talverlauf strei-

chenden Störungszonen mit starkem, teils bivergentem Einfallen (Abbildung 7). In Abbildung 6

sind die wesentlichen Gefügedaten aus den Bohrlochscans an der Sperrstelle dargestellt. Für

beide Talböschungen sind entsprechend der Gefügescans Klüftungen mit Einfallen der Kluft-

flächen im Talgefälle vorauszusetzen.

Die Kluftflächen am Standort für das Bauwerk fallen mittelsteil (40° - 50°) in nordöstliche und

südwestliche Richtung ein. Sie besitzen eine straffe Regelung und sind in der generalisierten

Darstellung (Abbildung 7) als Hauptablösungsflächen ausgebildet. Vorherrschende Kluftscha-

ren sind das Kluftsystem K1 und K2. In Abbildung 6 und Abbildung 7 ist das Kluftsystem K1

(Streichrichtung etwa parallel zum Selketal) und K2 (Streichen etwa quer zum Selketal) dar-

gestellt. Mit einzelnen Auflockerungsbereichen ist zu rechnen. Weitere Details dazu finden

sich im geotechnischen Gutachten in [2].




Abbildung 6: Darstellung der wesentlichen Gefügedaten im Bereich der Sperrstelle [2]

Südwestliche Dammschulter

Talboden

Nordöstliche Dammschulter




Abbildung 7: Schematische Skizze vorherrschende Trennflächen (Bohrlochscan) im

Selketal im Bereich der Sperrstelle aus [2]




4.2.4 Basis des Kluftgrundwasserleiters

Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass oberflächennah eine erhöhte Durchlässigkeit an-

zutreffen ist, die auf die Klüftung durch Entlastung des Gebirgskörpers zurückgeht. Die ent-

standenen Entlastungsklüfte reichen z. B. im Rheinischen Schiefergebirge (Angaben zur ober-

flächennahen Gebirgsauflockerung aus Untersuchungen in [19]) durchschnittlich 30 bis 40 m

in die Tiefe. Zahlen für den Harz liegen nicht vor, daher wird auf Angaben des Rheinischen

Schiefergebirges (ebenfalls variszisches Grundgebirge) zurückgegriffen. Die durch das regio-

nale tektonische Spannungsfeld hervorgerufenen Störungen und Störungszonen erzeugen

darüber hinaus Wasserwegsamkeiten im Untergrund.

Augenscheinlich nachgewiesen sind offene Klüfte anhand von Bohrlochscans in [2] an der

Sperrstelle bis in 15 - 20 m unter GOK. Hinweise auf verschlossene, verheilte Klüfte treten ab

15 m unter GOK auf. Die Wasserdruckversuche in Kapitel 4.3.1 zeigen zudem, dass die

Durchlässigkeiten mit der Tiefe abnehmen (siehe Abbildung 9). In Tiefen von mehr als 20 m

unter Gelände ist davon auszugehen, dass geringere Durchlässigkeiten vorliegen. Daraus

wird abgeleitet, dass in Tiefen größer 40 m unter der Talsohle Klufthohlräume überwiegend

geschlossen, verfüllt oder geheilt vorliegen und nennenswerte Mengen Grundwasser dort

nicht mehr fließen. Ein Austausch über die „Kluftgrundwasserleiterbasis“ wird ausgeschlossen.

Die Basis des effektiv durchflossenen Grundwasserleiters wird daher in einer Tiefe von mind.

40 m unter dem Talgrund angesetzt.

4.2.5 Altbergbau und Hohlraumverdachtsflächen

In Abbildung 8 sind die im Bilanzgebiet bekannten Bergbauobjekte mit Angaben zu Abbautie-

fen dargestellt. Das LAGB hat den Wissensstand wie folgt zusammengefasst: Detailliertere

Informationen über den seit dem Mittelalter betriebenen Bergbau (letzte Aktivitäten 1990) lie-

gen leider nicht für alle Bereiche vor. Abgebaut wurden Bleiglanz, Schwefelkies, Silber, Eisen-

spat, Flußspat. Es ist wohl davon auszugehen, dass der größte Teil der unterirdischen Auffah-

rung geflutet ist. Im Gelände sind entsprechende Aktivitäten durch Pingen und Halden zu er-

kennen. Teilweise existieren noch Wasserlösestollen oder Röschen (Rinnen zur Was-

serableitung, ober-/unterirdisch), die in die Selke entwässern (siehe Abbildung 8).

Grundsätzlich ist daher von erhöhten Durchlässigkeiten bzw. Drainageeffekten auszugehen.




Abbildung 8: Altbergbau und Hohlraumverdachtsflächen mit Angaben zu Abbautiefen

vom LAGB [8]

Entwäs-

serung

3 Hirschbüchenkopf, Tiefe: 183 m

1 Anna, Tiefe: 30-35 m

2 Heimberg, Tiefe oberfl.-nah

bis 400 m

4 Biwender-Revier

bzw.. Heidelberg

6 Rödelbach, Tiefe 104 m

Erkundungsschacht, kein Abbau

9 Straßberg-Neudorfer Gang,

Tiefe 30-160 m

10 Agezucht

11 Reichenberger Gangzug,

Tiefe 32-64 m

8 Kiliansteich 2 Schächte,

3 Pingen

7 Hiligenbergzug / Pfennigsturmer

Zug, Tiefe bis 40 m

5 Heidelbergstollen,

Wasserableitung




4.3 Untergrundparameter

Die Durchlässigkeit im Festgestein, das sich im Wesentlichen aus Tonschiefern, Quarziten

und Grauwacken zusammensetzt, geht auf die Wasserbewegung in Klüften bzw. Störungszo-

nen zurück. In den Tälern haben sich Lockersedimente gesammelt, die teils einen Poren-

grundwasserleiter ausgebildet haben.

4.3.1 Untergrunddurchlässigkeit im Bereich der Sperrstelle

Durchlässigkeiten im Festgestein aus Wasserdruckversuchen

In [2] wurden anhand von Wasserdruckversuchen die Gebirgsdurchlässigkeiten im Bereich

der Sperrstelle in Tiefen bis zu 20 m ermittelt (siehe Abbildung 9). Die Auswertung wurde wie

folgt zusammengefasst:

Insgesamt ist die Gebirgsdurchlässigkeit aufgrund des wechselhaften Gefüges inho-

mogen und anisotrop. Im Mittel ist eine Durchlässigkeit von kf = 10-6

m/s anzusetzen.

Die Spannweite der Durchlässigkeiten beträgt danach 5 ∙ 10-8

m/s < kf < 5 ∙ 10-4

m/s.

Typisch nach dem Häufigkeitsmuster ist der Bereich 10-7

m/s < kf < 5 ∙ 10-6

m/s.

Stellenweise sind die Durchlässigkeiten stark erhöht. Lokal sind Durchlässigkeiten kf >

5 ∙ 10-4

m/s möglich (durch starke Klüftung bzw. durch Ausspülen von verlehmten Klüf-

ten bzw. durch Aufreißen von Klüften)

Eine Tendenz zur Abnahme der Durchlässigkeit mit der Tiefe ist erkennbar. Aber auch

in tiefen Abschnitten > 10 m können hohe Durchlässigkeiten von kf ≥ 5 ∙ 10-4

m/s auf-

treten.

Durchlässigkeiten des Festgesteins aus einem Schluckversuch im Selketal

Die Auswertung eines Schluckversuches in [2] an der BK9 (bis in 15,2 m Tiefe) im Bereich

einer vermuteten Störung am nördlichen Talrand liefert einen kf-Wert von rd. 6 ∙ 10-6

m/s (nach

Cooper-Bredehoeft-Papadopulus).




Abbildung 9: Durchlässigkeitsbeiwerte, abgeschätzt aus Ergebnissen der WD-Ver-

suche aus [2]




Durchlässigkeiten im Locker-/Festgestein aus Pumpversuchen

Die in [2] dokumentierten Pumpversuche weisen im Bereich der Sperrstelle (Talboden) an den

Grundwassermessstellen die in Tabelle 1 zusammengestellten Durchlässigkeiten auf:

An den flachen Messstellen (Lockergestein): 1,4 · 10-6

bis 1,6 · 10-5

m/s

An den tiefen Messstellen (Festgestein): 1,3 · 10-6

bis 1,7 · 10-5

m/s

Die Entwicklung des Grundwasserstands während des Pumpversuchs ist in Abbildung 10 an

der BK1 und BK16 dargestellt. Während der Förderung in den tiefen Messstellen ist ein ver-

gleichsweise geringes Absinken des Grundwasserstandes in den Flachmessstellen zu erken-

nen, an der BK16 etwas deutlicher. Die entsprechenden Absenkbeträge sind in Tabelle 2 auf-

gelistet. Ein Austausch zwischen Locker- und Festgestein ist gegeben, aber deutlich ge-

dämpft. Der Übergangsbereich vom Festgestein zum Lockergestein der Talfüllung weist zu-

mindest bereichsweise eine trennende hydraulische Wirkung auf. Klüfte in der oberflächenna-

hen Verwitterungsschicht sind ggf. mit Verwitterungsprodukten aus Schluff-/Tonanteilen ver-

füllt und weniger leitfähig. Aus der Refraktionstomographie ergibt sich eine Mächtigkeit bis rd.

4,5 m für die Zone zerlegten Festgesteins (die obere Grenze zwischen Festgestein zerlegt

und Festgestein angewittert). Möglicherweise besteht über die flach verfilterten Messstellen

keine gute Anbindung an die tieferen Klüfte. Die Reaktion in der BK16F ist deutlicher bzw. es

besteht eine bessere Anbindung an tiefere Klüfte (die Filterstrecke in der „BK16 flach“ befindet

sich größtenteils im Tonschiefer, siehe auch Bohrprofile im Anhang bzw. Tabelle 12), daher ist

von einer flächendeckenden hydraulischen Trennung nicht auszugehen.

Tabelle 1: Durchlässigkeitsbeiwerte aus Pumpversuchen nach Jacob & Cooper

(Wiederanstiegsmessung)

Messstelle Bohrung Tiefe

[m]

Q

[l/s]

Ruhewas-serstand

[m u MPH]

Max. Ab-senkung

[m u MPH]

Differenz s [m]

kf-Wert

[m/s]

GWM 1 - F BK1 flach 3,2 0,007 1,88 4,3 2,4 1,6 · 10-5

GWM 1 - T BK1 tief 15,2 0,74 1,68 6,8 5,1 1,6 · 10-5

GWM 2 - F BK15 flach 3,4 0,009 1,45 4,35 2,9 1,4 · 10-6

GWM 2 - T BK15 tief 15,4 0,47 1,35 10,4 9,05 1,3 · 10-6

GWM 3 - F BK16 flach 3,4 0,107 1,38 3,55 2,17 4,6 · 10-6

GWM 3 - T BK16 tief 15,4 0,82 1,03 6,3 5,27 1,7 · 10-5




Abbildung 10: Grundwasserstände während des Pumpversuchs in der BK1 tief und

BK16 tief aus [2]




Tabelle 2: Maximale Absenkbeträge in der flachen Messstelle während des

Pumpversuchs in der tiefen Messstelle

Messstelle Bohrung Max. Absenkung

Tief [m]

Max. Absenkung

Flach [m]

GWM 1 BK1 5,1 0,15

GWM 2 BK15 9,05 0,07

GWM 3 BK16 2,17 1,30

Durchlässigkeiten der grobkörnigen Lockergesteinsüberdeckung aus der Korngrößenvertei-

lung

Für den Bereich des Dammaufstandsbereichs wurden in [2] für die vorherrschende Bodenart

der Lockergesteinsüberdeckung Korngrößenverteilungen nach DIN 18123 ermittelt und nach

Beyer ein Durchlässigkeitsbeiwert ermittelt. Die an der Oberfläche anstehenden Schluffe /

Tone werden in der Regel von weitgestuften sandig, schluffigen Kiesen unterlagert. Nach

Beyer weisen diese Kiese folgende Durchlässigkeiten auf:

GU: 8,6 ∙ 10-4

m/s

GU*: 1,4 ∙ 10-7

- 3,5 · 10-7

m/s

Je höher der Feinkornanteil ist, desto geringer durchlässig sind folglich auch die schluffigen

Kiese.

Durchlässigkeiten der feinkörnigen Lockergesteinsüberdeckung

Aus dem Durchlässigkeitsversuch (nach DIN 18 130) mit einer schluffigen Probe aus der

Deckschicht an der BK16 wurde in [2] eine Durchlässigkeit von kf = 1,3 · 10-10

m/s ermittelt.

Fazit

Im geotechnischen Gutachten in [2] wurden auf Grundlage der Erkundungen und Laborversu-

che im Bereich der Sperrstelle die in der Tabelle 3 zusammengefassten Durchlässigkeiten für

die weitere Planung festgelegt (Festlegung der Bodenkennwerte). Die festgelegten Boden-

kennwerte dienen der Bemessung und als Grundlage für die notwendigen Berechnungen. Die

Kennwerte sind entsprechend den Anforderungen der einschlägigen Regelwerke und Normen

aus der Geotechnik „vorsichtig“ geschätzt worden. Weitere Details in [2].




Tabelle 3: Festlegung der Boden- und Gebirgsdurchlässigkeit im Bereich der Sperr-

stelle nach [2] (gilt nicht für den Bereich der Materialentnahme)

Bezeichnung

kf

Untergrenze [m/s]

kf

Obergrenze [m/s]

Bodenklasse (DIN 18 300)

Quartäre Talfüllun-gen

(TM, TA, OT, UA)

2∙10-10

1∙10-8

Kl 2

Quartäre Talfüllun-gen

(SU*, GU*)

5∙10-7

1∙10-5

Kl 3, Kl 4

Bezeichnung

kf (1)

Untergrenze [m/s]

kf (1)

Obergrenze [m/s]

Bodenklasse (DIN 18 300)

Tonschiefer, VE, Zersatz

5,0∙10-6 1,60∙10-5 Kl 4 u. Kl 5

Tonschiefer, VA, VE-VA

8,0∙10-6 1,75∙10-5 Kl 6

Tonschiefer, VU, VA-VU

8,0∙10-6 1,75∙10-5 Kl 7

VE: verwittert bis entfestigt, VA: verwittert bis angewittert, VU: verwittert bis unverwittert, (1)

Kennwerte abgeleitet aus Kurzzeitpumpversuchen

4.3.2 Untergrunddurchlässigkeiten im Bilanzgebiet

Der hydrogeologischen Grundkarte sowie der Karte mit hydrogeologischen Kennwerten der

HK50 [28] sind folgende Untergrunddurchlässigkeiten (vermutlich des Festgesteins) an Einzel-

aufschlüssen im weiteren Umfeld des Bilanzgebietes zu entnehmen:

0,1∙10-5

m/s Tonschiefer bei Friedrichshöhe, 5 km westlich des Bilanzgebietes

6,4∙10-5

m/s Tonschiefer bei Breitenbach, 8 km südöstlich des Bilanzgebietes

2,2∙10-5

m/s Grauwacke bei Wippra, 14 km östlich des Bilanzgebietes

Diese Daten befinden sich außerhalb des Bilanzgebietes, zeigen aber, dass die aus der

Sperrstelle ermittelte Bandbreite der Durchlässigkeiten auch im weiteren Umfeld des Ton-

schiefer-/Grauwacke-Kluftgrundwasserleiters angetroffen wird.

Für das Bilanzgebiet können auf Basis der geologischen Gesteinskomplexe unterschiedliche

Zonen der Durchlässigkeit abgeleitet werden. Flächig verbreitet sind:

Auelehm, Auesand und Verwitterungszonen in den Taleinschnitten

Tonschiefer mit Grauwacken im Harzgeroder Olisthostrom

Tonschiefer der Tanner Zone (Unterkarbon) nördlich des Lindenberger Gangzuges

Hauptquarzit westlich des Selketals




Das Selketal ist charakterisiert durch ein ausgeprägtes Kluft- bzw. Störungssystem, das das

Festgestein durchlässiger werden lässt. Die Selke hat sich aufgrund dieser Schwächezone tief

in den Untergrund eingraben können. Das Festgestein ist im übrigen Bilanzgebiet ggf. nicht so

stark klüftig wie im Selketal, daher sind in diesem Bereich geringere Durchlässigkeiten als im

Bereich des Selketal wahrscheinlich. Die Zone mit verbreitetem Hauptquarzit wiederum weist

aufgrund des geringeren Feinkornanteils des Quarzitschiefers und daher häufiger auftretender

offener Klüfte ggf. höhere Durchlässigkeiten auf als der Tonschiefer.

Für die genannten Bereiche werden basierend auf den Ergebnissen der Pumpversuche und

Wasserdruckversuche sowie der Festlegung der Durchlässigkeiten aus dem Gutachten [2] die

in Tabelle 4 aufgeführten Grenzen aufgestellt. In Tiefen über 20 m unter Gelände werden für

das Festgestein einheitliche Durchlässigkeiten angesetzt. Eine Anistropie mit bevorzugter

Wegsamkeit parallel zum Selketal, aber auch quer (Kluftsystem K1 und K2), ist wahrschein-

lich. Im Rahmen der Kalibrierung des Grundwassermodells werden die Untergrundkennwerte

im Kontext der gesamten Parametrisierung plausibilisiert.

Tabelle 4: Spannbreiten der Durchlässigkeit im Bilanzgebiet

Bezeichnung

kf

Untergrenze [m/s]

kf

Obergrenze [m/s]

Bemerkung

Quartäre Talfüllungen (Auelehm, Deckschicht)

1∙10-8

5∙10-5

Teils keine Deckschicht vor-

handen

Quartäre Talfüllungen (Sand, Verwitterungsprodukte, Zersatz) 5∙10

-7 5∙10

-5

Pumpversuche flache Mess-stellen: 1,4 · 10

-6 bis

1,6 · 10-5

m/s und Faktor 2-3

Tonschiefer (Harzgeroder Olist-hostrom) bis 20 m u. GOK 5∙10

-7 5∙10

-5

Pumpversuche tiefe Mess-stellen: 1,3 · 10

-6 bis

1,7 · 10-5

m/s und Faktor 2-3

Tonschiefer (Tanner Zone) im Nordosten bis 20 m u. GOK

5∙10-7

5∙10-5

Übernommen vom Ton-schiefer des Harzgeroder

Olisthostroms

Hauptquarzit westlich des Selke-

tals bis 20 m u. GOK 1∙10

-6 1∙10

-4

Faktor 2 durchlässiger als Tonschiefer

Festgestein > 20 m u. GOK 5∙10-8

5∙10-6

Wasserdruckversuche in

größeren Tiefen

Altbergbau und Hohlraumverdachtsflächen

Offene oder teils eingebrochene Hohlräume der Bergbaufelder in Abbildung 8 erhöhen die

Gebirgsdurchlässigkeit. Ggf. ist bereichsweise auch mit geringeren Durchlässigkeiten zu

rechnen, wenn Hohlräume mit feinkörnigem Material verfüllt sind. Insgesamt muss eher mit

einer erhöhten Durchlässigkeit gerechnet werden, da neben den Hohlräumen für den Abbau

eine entsprechende Entwässerung hergestellt wurde. Die Eigenschaften der ehemaligen




Bergbaufelder hinsichtlich des Hohlraumgefüges bzw. hydraulischen Widerstands ist im Ein-

zelnen aber unbekannt.

4.3.3 Porosität / Kluftvolumen

Im Bereich der Sperrstelle wurde ein Schluckversuch im Festgestein an der BK9 in [2] durch-

geführt, da dort nach der Geophysik eine Kluft vermutet wird (siehe Abbildung 5). Dort wurde

ein Speicherkoeffizient S = 6,4 ∙ 10-2

und ein kf-Wert von rd. 6 ∙ 10-6

m/s (nach Cooper-

Bredehoeft-Papadopulus) ermittelt.

Im Bereich von Störungen im Festgestein können nach [27] nutzbare Kluftvolumen von bis zu

10 % möglich werden. In der folgenden Tabelle werden die Spannbreiten der nutzbaren Poro-

sitäten bzw. Klufthohlräume anhand von Literaturwerten abgeschätzt:

Tabelle 5: Spannbreiten der effektiven Porosität bzw. des effektiven Klufthohlraums im

Bilanzgebiet aufgrund von Literaturwerten abgeschätzt [22][27]

Bezeichnung

Porosität

[%]

Untergrenze

Porosität

[%]

Obergrenze

Bemerkung

Quartäre Talfüllungen (Auelehm, Deckschicht)

1 5

Quartäre Talfüllungen (Sand, Verwitterungsprodukte, Zersatz)

5 15

Tonschiefer (Harzgeroder Olist-hostrom) bis 20 m u. GOK

0,5 5 Ggf. 10 % Kluftvolumen in

Störungszonen

Tonschiefer (Tanner Zone) im Nordosten bis 20 m u. GOK

0,5 5 Ggf. 10 % Kluftvolumen in

Störungszonen

Hauptquarzit westlich des Sel-

ketals bis 20 m u. GOK 1 5

Ggf. 10 % Kluftvolumen in Störungszonen

Festgestein > 20 m u. GOK 0,1 5 Ggf. 10 % Kluftvolumen in

Störungszonen

4.4 Sickerwasserrate

Mit den bodenkundlichen Themenkarten des LAGB [8] liegt die räumliche Verteilung

des mittleren Niederschlags in Anlage 6,

der mittleren Evapotranspiration in Anlage 7,

der mittleren Sickerwasserrate in Anlage 8

für den Zeitraum 1961-1990 (hydrologisch mittlere Bedingungen) vor. Die gebietsspezifischen

Mengen Niederschlag, Verdunstung und Neubildung lassen sich aus der flächigen Verteilung

für das Bilanzgebiet berechnen und sind in Tabelle 6 zusammengestellt. Die hohen Nieder-




schlagsmengen des Westharzes von über 1000 mm/a werden im Unterharz generell nicht

erreicht. Im Bilanzgebiet beträgt der Jahresniederschlag im Mittel 797 mm (917 l/s) und die

Jahresverdunstung 495 mm (569 l/s).

Für die Ermittlung der Grundwasserneubildung wird auf die Sickerwasserrate aus dem Daten-

satz der bodenkundlichen Themenkarten zurückgegriffen. Das Sickerwasser definiert das

Wasser, das unterhalb der Bodenzone in den Untergrund versickert. Der Zwischenabfluss, der

wieder den Gewässern zuströmt (schnelle Komponente), ist darin eingeschlossen. Die

Grundwasserneubildung ist das aus der Bodenzone versickernde Wasser, das die Grundwas-

seroberfläche erreicht, und ergibt sich aus der Sickerwasserrate abzüglich des Zwischenab-

flusses. Die Grundlage für die Berechnungen der Sickerwasserrate sind die Klimadaten des

Zeitraums 1961 – 1990. Der Oberflächenabfluss wurde bei der Herleitung berücksichtigt. Die

Sickerwasserrate gibt langjährig mittlere hydrologische Verhältnisse wieder. Im folgenden

Auszug aus den Erläuterungen [8] wird das Verfahren kurz beschrieben:

Die Sickerwasserrate ist nach dem TUB-BGR-Verfahren berechnet. Die Verknüpfungsregel

besteht aus Regressionsgleichungen, die den Zusammenhang von korrigiertem mittleren Nie-

derschlag (Gesamtjahr und Sommerhalbjahr), mittlerer jährlicher potenzieller Evapotranspira-

tion als FAO-Grasreferenzverdunstung, nutzbarer Feldkapazität im effektiven Wurzelraum,

mittlerem kapillaren Aufstieg von Grundwasser und der Nutzungsart (Acker, Grünland, Laub-

wald, Nadelwald) mit der Sickerwasserrate beschreiben. Für Mischwaldnutzung wurden die

Gleichungen für „FN“ (Nadelwald) benutzt. Um die Gleichungen auch auf Standorte mit mehr

als 3,5% Hangneigung anwenden zu können, wurde der separat ermittelte jährliche Oberflä-

chenabfluss ROj in allen Datensätzen (auch bei Hangneigungen ≤ 3,5%) vom Jahresnieder-

schlag Njkorr abgezogen. Der verwendete Oberflächenabfluss RO basiert auf einer Modellie-

rung der Abflussbildungsprozesse im Rahmen eines durch den Landesbetrieb für Hochwas-

serschutz und Wasserwirtschaft beauftragten Projektes (LHW/BAH, 2007). Zur Anwendung

kam hierbei das Modellsystem ArcEGMO. Verwendet wurden die mittleren Jahreswerte für

den Bilanzzeitraum 2000 bis 2003. Sie wurden mit Bezug zu den räumlichen Bezugseinheiten

des Datenmodells (Polygone) statistisch ausgewertet. Jedem Polygon wurde der Medianwert

des mittleren jährlichen Oberflächenabflusses des Bilanzzeitraumes 2000 - 2003 zugewiesen.

Polygone mit sonstiger Nutzung wie bspw. Siedlungsböden wurden ausgespart.

Im Bereich der Bebauungen ohne Daten wird 50 % des Mittels der übrigen Flächen ange-

nommen. Die mittlere Sickerwasserrate für das Bilanzgebiet beträgt 269 mm/a bzw.

8,5 l/s/km². Dem gesamten Bilanzraum mit einer Fläche von rd. 36,3 km² sickern danach

310 l/s aus der Bodenzone in den Untergrund.

Für das Bilanzgebiet ist in Tabelle 6 die klimatische Wasserbilanz aufgestellt. Es verdunsten

62 % des Niederschlags und 34 % versickern in den Untergrund. Das neugebildete Grund-

wasser (269 mm/a bzw. 310 l/s) strömt als Zwischen- und Basisabfluss den Nebengewässern




und der Selke zu. In der klimatischen Wasserbilanz (Niederschlag = Verdunstung + Oberirdi-

scher Abfluss + Unterirdischer Abfluss) ergibt sich in Tabelle 6 ein Defizit von 33 mm/a oder

38 l/s im Bilanzgebiet. Dieses Defizit ist die Niederschlagsmenge, die im Mittel den Nebenge-

wässern bzw. der Selke direkt als oberirdischer Abfluss zuströmt. Im Vergleich zu den Mittel-

werten von Deutschland [24] ist der Anteil des Untergrundzustroms im Bilanzgebiet höher und

der oberirdische Abfluss geringer. In dem oberflächennah klüftigen Grundwasserleiter kann

der Niederschlag im Mittel relativ ungehindert versickern. Eine Erklärung ist der in Mittelgebir-

gen typische oberflächennahe Abfluss, der durch Verwitterung bzw. durch die oberflächenna-

hen Entspannungsklüfte möglich wird. Dabei versickert das Niederschlagswassers und strömt

im Untergrund oberflächennah den Gewässern zu, dieser Anteil entspricht dem Zwischenab-

fluss.

Tabelle 6: Klimatische Wasserbilanz für den Zeitraum 1961-1990 im Bilanzgebiet

(36,3 km²) sowie für Deutschland nach [24]

Bilanzgebiet Deutschland nach [24]

l/s mm/a % mm/a %

Niederschlag 917 797 100 859 100

Evapotranspiration -569 -495 62 -532 62

Zustrom Untergrund -310 -269 34 -135 16

Oberirdischer Abfluss -38* -33* 4* -192 22

Summe 0 0 100 0 100 *=abgeleitet aus Oberirdischer Abfluss = Niederschlag – Verdunstung – Zustrom Untergrund

In der Karte der hydrogeologischen Kennwerte der HK50 [28] ist für den überwiegenden Teil

des Festgesteins eine unterirdische Abflussspende von 1,0 – 1,5 l/s/km² angegeben; das sind

36 - 55 l/s für das Bilanzgebiet. Ein Vergleich mit den Abflusskennzahlen am Pegel Silberhütte

zeigt eine gute Übereinstimmung mit dem mittleren Niedrigwasserabfluss MNQ (siehe Kapitel

4.5.1): Am Pegel Silberhütte mit einem Einzugsgebiet von 105 km² fließen basierend auf der

Abflussspende von 1,5 l/s/km² rd. 158 l/s ab. Der mittlere Niedrigwasserabfluss MNQ am Pe-

gel Silberhütte beträgt nach Tabelle 9 154 l/s. Der MNQ entspricht mittleren Trockenwetterver-

hältnissen, die vermutlich zur Abschätzung der unterirdischen Abflussspende (z. B. nach

Wundt) herangezogen wurden.

Die nach dem TUB-BGR-Verfahren berechnete Sickerwasserrate für hydrologisch mittlere

Verhältnisse im Bilanzgebiet beträgt 8,5 l/s/km² bzw. 310 l/s. Das Sickerwasser steht nach

Definition des Verfahrens zum einen dem Zustrom ins Grundwasser, zum anderen dem Zwi-

schenabfluss zur Verfügung. Der Oberflächenabfluss ist (nach TBK50) in der Sickerwasser-

rate berücksichtigt. Damit unterscheidet sich die Definition der Sickerwasserrate von der Me-

thode, in der der Basisabfluss aus dem o. a. Niedrigwasserabfluss (MNQ) abgeleitet wird. Der

größte Anteil an schnellen Abflusskomponenten bzw. an Zwischenabfluss ist in der Methode

nach Wundt ausgeschlossen. Über das Verfahren nach Wundt wird der mittlere Grundwas-

serabfluss in einem Einzugsgebiet ermittelt. Dieses Verfahren ist eine allgemein anerkannte,




validierte und verbreitet eingesetzte Methode zur Ermittlung der mittleren Grundwasserneubil-

dung. Für das Grundwassermodell ist insbesondere der Anteil am versickernden Wasser von

besonderer Bedeutung, der die Grundwasseroberfläche erreicht.

Daher wird für das Bilanzgebiet die räumliche Verteilung der Sickerwasserrate aus der TBK50

übernommen, aber in der Größenordnung auf den Niedrigwasserabfluss (MNQ) angepasst.

D. h. aus der Sickerwasserrate wird quasi durch Abzug des Zwischenabflusses die Grund-

wasserneubildung hergeleitet. Im Bilanzgebiet fließen demnach im Mittel 1,5 l/s/km² bzw.

55 l/s ausschließlich dem Grundwasser zu (Angaben der Karte der hydrogeologischen Kenn-

werte in der HK50 [28]).

4.5 Randbedingungen

4.5.1 Fließgewässer

Die Gewässer im Bilanzgebiet sind in Anlage 2 dargestellt. Größtes Gewässer ist die Selke,

die durch zahlreiche Nebengewässer in den Seitentälern gespeist wird. Für den Kluft- und

Talgrundwasserleiter stellen die Gewässer die Vorflut dar. Die Selke fließt im Bilanzgebiet von

Güntersberge im Nordwesten in Richtung Südosten bis sie bei Straßberg nach Osten abge-

lenkt wird. Die Selke hat im Bilanzgebiete einen 6,2 km langen Gewässerverlauf und ist rd. 3 -

5 m breit. Zuflüsse im Bilanzgebiet sind u. a.:

der Steinfurtbach mit dem Elbingstalteich, nördlich der Sperrstelle (nordöstlich der Sel-

ke)

der Zufluss zwischen Großem und Kleinem Amptenberg, nördlich der Sperrstelle (süd-

westlich der Selke)

der Westerbach südlich der Sperrstelle (südwestlich der Selke)

der Büschengraben und Rödelbach mit Talsperre Kiliansteich und Maliniusteich (süd-

westlich der Selke)

Wasserstand und Abfluss der Selke am Pegel Silberhütte

Der nächste Pegel unterstromig ist der Pegel Silberhütte (Tabelle 8), der sich außerhalb des

Bilanzgebietes, 6,4 km unterstromig der Sperrstelle am Kilometer 50,7 oberhalb der Mündung

befindet (siehe Anlage 2). In Tabelle 7 sind die statistischen Eckdaten der Abflüsse und Was-

serstände basierend auf den Tageswerten für den Zeitraum 2005 - 2015 in [9] gelistet. Die

Ganglinien am Pegel Silberhütte für diesen Zeitraum sind in Anlage 10 dargestellt (Tages-

werte): Der mittlere Wasserstand liegt bei 330,3 m NHN und die Schwankungsbreite beträgt

einen Meter. Es zeigt sich ein Jahresgang mit hohen Werten im Winter / Frühjahr und tiefen

Werten im Herbst. Besonders hohe Abflüsse (über 10 m³/s) wurden im September 2007, im

März 2010, im Januar 2011 sowie im Mai/Juni 2013 gemessen. Im Zeitraum 2005 - 2015 be-

trägt der mittlere Abfluss 0,92 m³/s und ist 16 % niedriger als der langjährige Mittelwert (MQ)




von 1,09 m³/s in Tabelle 9. Danach liegen in diesem Zeitraum geringfügig trockenere Verhält-

nisse als im langjährigen Mittel vor.

Tabelle 7: Abfluss und Wasserstand am Pegel Silberhütte im Zeitraum 2005 bis

2015 [9]

Zeitraum 2005 - 2015 Abfluss Wasserstand

m³/s m NHN

Mittelwert 0,92 330,3

Maximal 15,2 331,2

Minimal 0,07 330,2

Tabelle 8: Stammdaten Pegel Silberhütte [25]

Pegel: Silberhütte (Gewässer: Selke)

Einzugsgebiet 105 km²

Lage am Gewässer 50,7 km oberhalb Mündung

Pegelnullpunkt 329,89 m NN

Zuständigkeit LHW

Rechtswert 4437612

Hochwert 5722303

Ort/Ortsteil Harzgerode / Silberhütte

Meldewesen HW- u. tägl. Meldedienst

Alarmstufen I II III IV

120 cm 140 cm 160 cm 200 cm

Tabelle 9: Abflusskennzahlen der Selke am Pegel Silberhütte [25]

Abflussjahr - langjährig

W [cm] Q [m³/s]

NNQ 20 0,02

Datum 01.11.1948 15.12.1962

NQ 0,02

Datum 01.11.1948

MNQ 0,154

MQ 1,09

MHQ 11,6

HQ 74

Datum 13.04.1994

Reihe - 1949-2015

HHQ 330 74

Datum 13.04.1994 13.04.1994

In Abbildung 11 sind die Tagesniederschläge der Station Güntersberge (420 m NHN) im Bi-

lanzgebiet und die Tageswerte des Abflusses am Pegel Silberhütte für das vergangene Jahr

gegenübergestellt. Die Lage der DWD-Station und des Pegels findet sich in Anlage 2. Grund-




sätzlich ist zu erkennen, dass jedem Anstieg im Abfluss der Selke unmittelbar ein Nieder-

schlagsereignis vorausgeht. Die Reaktion auf ein Ereignis erfolgt innerhalb von 1 – 2 Tagen

(Tageswerte!), danach sinkt die Ganglinie meist innerhalb von 1 - 3 Wochen auf < 0,5 m³/s.

Umgekehrt zeigen nicht alle Niederschlagsereignisse einen Anstieg im Abfluss des Pegels

Silberhütte, insbesondere in der Vegetationsperiode bzw. in den Sommermonaten bis Oktober

2015, in denen die Evapotranspiration hoch ist und zunächst der Grundwasserspeicher wieder

aufgefüllt wird. Außerdem ist die unterschiedliche Niederschlagsverteilung im Einzugsgebiet

des Pegels Silberhütte (105 km²) eine Ursache.

Insgesamt ist zu erkennen, wie der Abfluss in den Wintermonaten bis März 2016 zunimmt.

Der Grundwasserspeicher ist gefüllt und der Basisabfluss erhöht, so dass auch kleinere Re-

genereignisse zu einem deutlicheren Anstieg im Abfluss beitragen. Der hohe Abfluss im Feb-

ruar 2016 (mit vergleichsweise langsamem Auslaufen) geht vermutlich auf die Schnee-

schmelze zurück. Im April / Mai 2016 ist dann wieder ein sinkender Trend in der Abflussgang-

linie zu erkennen, da durch die Verdunstung bzw. Evapotranspiration der Wasserbedarf wie-

der ansteigt.

Abbildung 11: Niederschlag der DWD-Station Güntersberge [26] und Abfluss am Pegel

Silberhütte [25]

Wasserstand und Abfluss der Selke an der Sperrstelle

Der mittlere Wasserstand an der Sperrstelle wird aus den Angaben der Topografischen Karte

TK10 abgeleitet. Aus den Wasserständen der Selke oberstromig der Sperrstelle (Gewässer-




wasserstand rd. 210 m oberstromig der Dammachse 370,2 m NHN, rd. 1500 m oberstromig

378,0 m NHN oberstromig der Dammachse) berechnet sich ein Gefälle von 0,6 % bzw. 7,8 m

Höhendifferenz auf (1500 m – 210 m =) 1290 m Fließtrecke. Damit wird der Selkewasserstand

an der Sperrstelle im Mittel auf (370,2 m NHN - 0,006 ∙ 210 m =) rd. 368,9 m NHN geschätzt.

Das Einzugsgebiet der Selke hat an der Sperrstelle eine Fläche von AE = 46,0 km². In der

Tabelle 10 ist auf Basis der Mittelwerte für Niederschlag und Verdunstungen im Bilanzgebiet

(Tabelle 6) der mittlere Abfluss MQ an der Sperrstelle berechnet, der in der Selke bezogen auf

das Einzugsgebiet von 46 km² abfließt. Anhand der klimatischen Bilanz (Abfluss = Nieder-

schlag – Verdunstung) sind das im langjährigen Mittel 1.164 l/s Niederschlag minus 722 l/s

Verdunstung gleich 442 l/s. An der Sperrstelle fließen danach im Mittel 442 l/s in der Selke ab.

Innerhalb des Bilanzgebietes beträgt der Flächenanteil am Einzugsgebiet der Sperrstelle rd.

20,2 km². An der Sperrstelle trägt das Bilanzgebiet mit einer Abflussrate von rd. 193 l/s (Si-

ckerwasserrate 172 l/s, oberirdischer Abfluss 21 l/s) am Gesamtabfluss von 442 l/s bei.

Zur Plausibilisierung werden die Abflusszahlen des Pegels Silberhütte betrachtet: Für den

Pegel Silberhütte mit einem Einzugsgebiet von 105 km² ergeben sich in Tabelle 10 nach obi-

ger Rechnung für den mittleren Abfluss 1.008 l/s. In den offiziellen Abflussdaten des Pegels

Silberhütte vom Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt

(LHW) [25] ist ein mittlerer Abfluss MQ von 1.090 l/s in Tabelle 9 angegeben; es berechnet

sich ein Abweichung von kleiner 8 %. Somit ist die Abschätzung der Abflussmenge an der

Sperrstelle mit 442 l/s für mittlere Verhältnisse als realistisch zu bewerten.

Tabelle 10: Aus Niederschlag und Verdunstung berechnete mittlere Abflüsse der

Selke (1961 – 1990) für das Einzugsgebiet an der Sperrstelle sowie für

das Einzugsgebiet am Pegel Silberhütte

Mittelwerte Bilanzgebiet

Gewässereinzugsgebiet an der Sperrstelle

AE = 46 km²

Gewässereinzugsgebiet am Pegel Silberhütte

AE = 105 km²

mm/a l/s/km² l/s l/s

Niederschlag 797 25.3 1.164 2.657

Verdunstung -495 -15.7 -722 -1.649

Abfluss -302 -9.6 -442 -1.008

Austausch der Fließgewässer mit dem Grundwasser

Nach Tabelle 6 müssen die Gewässer im Bilanzgebiet rd. 310 l/s Sickerwasser (Zwischenab-

fluss eingeschlossen) aufnehmen, denn über die Grenzen des Bilanzgebietes hinaus bzw.

über die Basis des Kluftgrundwasserleiters erfolgt kein nennenswerter Austausch. Generell

haben die Gewässer im Bilanzgebiet daher die Funktion eines Vorfluters. Möglich ist, dass die

Selke sowie die Nebengewässer bereichsweise infiltrieren, netto werden die Gewässer im

Mittel aber 310 l/s Grundwasser aufnehmen. Mehr als 442 l/s wird in der Selke an der Sperr-

http://www.lhw.sachsen-anhalt.de/http://www.lhw.sachsen-anhalt.de/




stelle nach Tabelle 10 aber nicht abfließen, da das Einzugsgebiet (46 km²) im Mittel nicht

mehr Wasser liefert.

Die Sohle der Selke sowie der Nebengewässer wird aufgrund ihrer Vorflutfunktion durchlässig

für Grundwasser eingeschätzt. Der Kluftgrundwasserleiter weist Durchlässigkeiten in der Grö-

ßenordnung von kf = 10-6

m/s (siehe Kapitel 4.3.2) auf, für die Sohle des Gewässers wird die

Durchlässigkeit um den Faktor 0,5 kleiner geschätzt.

4.5.2 Stillgewässer

Die Gewässer im Bilanzgebiet sind in Anlage 2 dargestellt. Es befinden sich im Bilanzgebiet

folgende größere Stauseen:

Stausee Elbingstalteich

Im Rahmen der Genehmigungsplanung wurde in [5] die Standsicherheit des Dammbauwerks

dieses Stausees untersucht. Folgende allgemeine Daten sind dem Gutachten [5] entnommen:

Unter dem Elbingstalteich wurden 1966-1971 bergbauliche Arbeiten in Tiefen von 50 und

130 m (Flussspatgewinnung) ausgeführt. Der Bergbau lief 1980 aus, im Anschluss konnte der

Teich voll eingestaut werden. Das Becken ist dauerhaft eingestaut und wird als Angelgewäs-

ser und zur Naherholung genutzt. Funktionen des Hochwasserschutzes übernimmt das Be-

cken derzeit nicht. Die wesentlichen Kenndaten der Sperrstelle sind nachfolgend in Tabelle 11

zusammengefasst.

Tabelle 11: Kenndaten des Dammbauwerkes aus [5]

Höhe luftseitiger Dammfuß 380,25 m

Höhe wasserseitiger Dammfuß rd. 381,4 m

Höhe Dammkrone 387,67 m

Höhe Dammbauwerk Wasserseite rd. 6,2 m

Höhe Dammbauwerk Luftseite rd. 7,4 m

Neigung wasserseitige Böschung rd. 1 : 2,3

Neigung luftseitige Böschungen 1 : 0,7 bis 1 : 2,5

Wasserspiegel Elbingstalteich (2007) 386,41

Einstauhöhe HQ50 382,08



Höhenbezug DHHN92

Stausee / Talsperre Kiliansteich (Unterharzer Teich- und Grabensystem)

Der Zufluss zum Kiliansteich (17,3 ha Fläche, Stauziel gemäß Angabe TSB Sommer: 439,37

m NHN; Stauziel Winter 438,11 m NHN) ist der Büschengraben und Abfluss aus dem Stausee




ist der Rödelbach. Die Kiliansteiche wurden ursprünglich für den Bergbau angelegt. Später

wurde der neu gebaute Stausee als Trinkwasserreserve und wird heute für den Hochwasser-

schutz sowie zur Niedrigwasseraufhöhung, Fischerei und Naherholung genutzt.

Frankenteich (Unterharzer Teich- und Grabensystem)

Die Talsperre (7,5 ha Fläche, Stauziel gemäß Angabe TSB Sommer 395,5 m NHN, Stauziel

Winter 394,5 m NHN) wurde 1716 für den Bergbau eingerichtet. Der Frankenteich wird durch

einen Seitenarm des Rödelbachs gespeist. Seit 1901 wird er für die Trinkwasserversorgung

von Straßberg genutzt. Durch einen Graben bestand eine Verbindung zum oberen Kili-

ansteich.

Maliniusteich (Unterharzer Teich- und Grabensystem)

Ursprünglich als Bergbauteich am Rödelbach, unterstromig von Frankenteich und Kiliansteich,

im Jahr 1704 erbaut, dient er heute der Fischerei. Der Wasserstand normaler Betriebszustand

(rd. 1 ha Fläche) liegt bei 399,6 m NHN (aus der TK10 entnommen).

Die Stauseen sind nach derzeitigem Kenntnisstand auf natürliche Weise (Selbstdichtung

durch Kolmation) abgedichtet, so dass ein Austausch mit dem Grundwasser gering ist.

4.5.3 Entnahmen / Infiltrationen

Entnahmen aus Brunnen oder Infiltrationen sind im Bilanzgebiet nicht bekannt.

4.6 Grundwasserströmung

4.6.1 Bilanzgebiet

Von den rd. 800 mm/a Niederschlag im langjährigen Mittel versickern nach Abzug der Ver-

dunstung und des oberflächlichen Abflusses rd. 270 mm/a bzw. 310 l/s im Bilanzgebiet (siehe

Tabelle 6) und strömen den Gewässern und dem Grundwasser zu. 55 l/s erreichen davon die

Grundwasseroberfläche. Der Anteil an oberirdischem Abfluss ist mit 33 mm/a bzw. 38 l/s ge-

ring. Im Bilanzgebiet steht weit verbreitet Tonschiefer und Grauwacke mit tendenziell eher

geringeren Gebirgsdurchlässigkeiten an. Wasserbewegung findet im Kluftsystem statt. Das

Kluftsystem kann teils durch leicht verwitternde Tonschiefer verfüllt sein, ggf. auch durch den

Wasserandrang wieder frei geräumt sein.

Grundwasserhöhengleichen für das Bilanzgebiet liegen in der hydrogeologischen Karte HK50

[28] nicht vor. In der Karte zur Grundwassergefährdung [28] sind in grober Einstufung Flurab-

stände in den Tälern von ≤ 5 m und im Übrigen ≤ 20 m angegeben. Diese Daten sind für die

vorliegende Betrachtung zu grob.




In Anlage 11 und 12 ist die mittlere Grundwasserströmung im Bilanzgebiet sowie für den Nah-

bereich um die Sperrstelle dargestellt. Die Isolinien sind im Abstand von 10 m bzw. 5 m für

den Nahbereich abgestuft. Belastbare Grundwasserstandsmessungen liegen nur an der

Sperrstelle vor. Daher wurde wie folgt vorgegangen: Grundlage des regionalen Gleichenpla-

nes ist die Höhenlage der Gewässer, die Annahme der Vorflutwirkung der Gewässer und da-

mit der hydraulischen Wechselwirkung zwischen Gewässer und Grundwasser. Es wird davon

ausgegangen, dass unter mittleren Bedingungen, insbesondere auch im Oberlauf, stets

Grundwasser in die Nebengewässer exfiltriert. Außerdem sind in einigen Bohrprofilen Grund-

wasserstände (Ruhewasserspiegel) aufgenommen worden, die zu unterschiedlichen Zeit-

punkten (1949 bis 2007) gemessen wurden. Diese liefern - trotz ihrer Unsicherheiten – nützli-

che Hinweise, um die Lage der Grundwasseroberfläche grob zu bestimmen.

Der Gleichenplan wurde in Ermangelung flächendeckender Messwerte anhand der folgenden

Daten konstruiert:

Grundwasserstände an der Sperrstelle (8 Mittelwerte aus Monatsmessungen 2007 –

2016: BK1F/T, BK5, BK12, BK15F/T, BK16F/T )

Grundwasserstände aus den Bohrprofilen (54 Grundwasserstände zu unterschiedli-

chen Zeitpunkten gemessen)

Gewässerwasserstände aus der TK10 (25 Werte)

Gewässerverlauf aus der TK10 und dessen Wasserstände, die aus den DGM10-Hö-

hen abgeleitet wurden

Oberirdische Gewässereinzugsgebiete

Geländehöhen aus dem DGM 10

Der Grundwasserströmungsplan in Anlage 11 bzw. 12 dient der groben Orientierung für eine

mögliche Grundwasserströmung im Bilanzgebiet. Folgende Charakteristika sind zu erkennen:

Die Grundwasserströmung ist auf den zentralen Vorfluter, die Selke, gerichtet.

Die Nebengewässer, die der Selke zuströmen, sind deutlich an der Entwässerung des

Gebirges beteiligt. Südwestlich des Selketals schneiden zahlreiche Nebengewässer in

den Quarzitschiefer und Tonschiefer ein. Auf der nordöstlichen Seite sind die Seiten-

täler nicht so ausgeprägt und zahlreich. Dort liegt die Grundwasseroberfläche tiefer

unter Gelände.

Die Lage der Grundwasseroberfläche nordöstlich des Selketals ist unsicher, da dort

wenig Stützstellen, weniger Gewässer vorkommen. Die Hohlräume und Entwässerung

des Altbergbaus senken hier vermutlich den Grundwasserstand ab (Hirschbüchenkopf,

Biwender-Revier mit Entwässerungsstollen in Abbildung 8).

Die Wirkung der Bergbaufelder auf der südwestlichen Talseite (Straßberg-Neudorfer

Gang, Agezucht) auf die Grundwasserströmung ist im Detail unklar. Vermutlich weisen

die noch bestehenden bzw. eingebrochenen bzw. verfüllten Hohlräume eine erhöhte

Durchlässigkeit auf und senken die Wasserstände ab.




Entwässerungsstollen (Heidelbergstollen, südlich Agezucht siehe Abbildung 8) beider-

seits der Selke wirken ebenfalls grundwasserabsenkend. Sie verlaufen häufig in der

Nähe von Nebengewässern und verstärken ggf. den Effekt der Exfiltration durch eine

effektive, tiefer liegende Wasserableitung.

Im Bereich des oberflächennah anstehenden Quarzitschiefer-Komplexes (Hauptquar-

zit, Anlage 3) bzw. westlich des Selketals scheint sich ein größeres Gefälle in der

Grundwasserströmung ausgebildet zu haben.

Um zu prüfen, welche mittleren Durchlässigkeiten im Kluftgrundwasserleiter vorliegen müs-

sen, um die ermittelte Grundwasserströmung bei entsprechenden Randbedingungen abzubil-

den, wird im Folgenden die Strömungsgleichung herangezogen. Aus dem Grundwassergefälle

des Grundwasserströmungsplans lässt sich basierend auf der Differentialgleichung für die

eindimensionale, stationäre, ungespannte Grundwasserströmung nach [23] überschlägig eine

Gebirgsdurchlässigkeit berechnen (Annahme: homogener, isotroper Grundwasserleiter):

Aus der Differentialgleichung

𝑑2ℎ2

𝑑𝑥2+ 2

𝑁

𝑘𝑓= 0 (𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛ä𝑟)

mit h = Wasserstand in m, N = Quellterm (Zustrom aus Versickerung) in m³/s/m², kf = Durch-

lässigkeit in m/s, ergibt sich für die eindimensionale, stationäre, ungespannte Grundwas-

serströmung die allgemeine Lösung:

ℎ(𝑥)2 = − 𝑁

𝑘𝑓𝑥2 + 𝐶1𝑥 + 𝐶2 ; 𝑞 = ℎ(𝑥) 𝑘𝑓

𝜕ℎ

𝜕𝑥=

𝑘𝑓

2(−2

𝑁𝑥

𝑘𝑓+ 𝐶1)

Die Sickerwasserrate beträgt im Mittel N = 8,5 ∙10-9

m³/s/m². Am Modellrand im Westen der

Selke liegt der Grundwasserstand bei rd. 470 m NHN und in einem Abstand von L = 2000-

2500 m an der Selke etwa bei rd. 370 m NHN. Die Basis des Kluftgrundwasserleiters liegt

etwa bei 40 m unter der Talsohle bzw. bei 330 m NHN, so dass in Abbildung 12 der Wasser-

stand am Modellrand h1 = 140 m und an der Selke h2 = 40 m beträgt. Am Modellrand liegt die

ober- und unterirische Wasserscheide, daher existiert kein nennenswerter Randzustrom, also

ergibt sich q = 0.

Abbildung 12: Randbedingungen zur Berechnung der mittleren Durchlässigkeit

W O

kf

N

h1

h2

L

Selk

e

Was

sers

che

ide

X = 0 X = L




Ohne Randzustrom (q(x=0) = 0 bzw. C1 = 0) ist:

ℎ(𝑥)2 = − 𝑁

𝑘𝑓𝑥2 + 𝐶2

Mit x = L und h(x=L) = h2 ist nach Umstellung

𝐶2 = ℎ22 +

𝑁

𝑘𝑓𝐿2

Dann berechnet sich die Piezometerhöhe:

ℎ(𝑥)2 = ℎ22 +

𝑁

𝑘𝑓𝐿2 −

𝑁

𝑘𝑓𝑥2

Aus x = 0 und h(x=0) = h1 = 140 m und h(x=L) = h2 = 40 m sowie L = 2000 – 2500 m und N = 8,5

∙10-9

m³/s/m² folgt nach Umstellung für die Durchlässigkeit:

ℎ(𝑥=0)2 = ℎ2

2 + 𝑁

𝑘𝑓𝐿2

𝑘𝑓 =𝑁 𝐿2

ℎ12 − ℎ2

2 = 1,9 − 3,0 ∙ 10−6 𝑚/𝑠

Nach dieser überschlägigen Rechnung weist der Untergrund eine mittlere Durchlässigkeit von

rd. 2-3∙10-6

m/s auf. Dies entspricht der Größenordnung, wie sie in Wasserdruckversuchen

bzw. Pumpversuchen in Kapitel 4.3.1 ermittelt wurde.

4.6.2 Nahbereich der Sperrstelle

In Anlage 9 sind die Ganglinien der monatlich an der Sperrstelle gemessenen Grundwasser-

stände und in Tabelle 12 die entsprechenden minimalen, maximalen und mittleren Grundwas-

serstände für den Zeitraum Januar 2007 – April 2016 zusammengestellt. Die gemessene mitt-

lere Schwankungsbreite an den Messstellen im Tal (BK1F/T, BK15F/T, BK16F/T) beträgt 0,8 -

0,9 m. Am Pegel Silberhütte außerhalb des Bilanzgebietes bzw. 6,4 km unterstromig der

Sperrstelle (Anlage 2) schwanken die Wasserstände in gleicher Größenordnung (bis 1 m bei

höher zeitlicher Auflösung der Messreihe). Dies gibt zumindest einen Hinweis darauf, dass an

der Sperrstelle eine gute Anbindung an die Wasserstände der Selke vorliegt. Im Hangbereich

an den Messstellen BK5 und BK12 sieht es anders aus, dort sind mit bis zu 2,7 m deutlich

größere Schwankungen aufgezeichnet worden. Dies ist auf eine weniger gute Anbindung an

den Kluftgrundwasserleiter oder geringes speicherwirksames Kluftvolumen zurückzuführen.

Aus den Wasserdruckversuchen sind an diesen Messstellen im Vergleich zu den benachbar-

ten Messstellen (rd. kf < 5∙10-7

m/s; siehe Abbildung 9) eher geringere Gebirgs-

durchlässigkeiten ermittelt worden, d. h. Sickerwasser hat weniger Klufthohlraum zur Verfü-

gung, was zu höheren Wasserstandsschwankungen führt. In den jeweils benachbarten Boh-




rungen BK10 und BK6 sind jeweils höhere Durchlässigkeiten ausgewertet worden (kf =10-6

-

10-5

m/s).

Der Wasserstand an den tiefen Messstellen im Festgestein liegt an allen drei Doppelmess-

stellen rd. 0,1 bis 0,2 m höher als in den flach verfilterten Messstellen; der Ganglinienverlauf

ist praktisch parallel verschoben; die Reaktion ist gleich. Auch in den Mittelwerten in Tabelle

12 findet sich der Druckunterschied von 0,2 m wieder. Das Grundwasser strömt aus dem

Festgestein über die Talfüllung der Selke zu, wie in Anlage 12 abgebildet. Aufgrund der fein-

körnig verwitternden Tonschiefer bzw. quartären Talfüllung kommt es im Übergangsbereich

Festgestein / Lockergestein zu leicht gespannten Verhältnissen im Kluftgrundwasserleiter. In

den Hangbereichen bildet sich ein entsprechend starkes Gefälle aus: Von rd. 379 m NHN an

der BK5 im Südwesten bzw. 381 m NHN an der BK12 im Nordosten der Selke bis zum Niveau

des Selkewasserstandes von 368,9 m NHN (siehe Kapitel 4.5.1) bzw. rd. 369,5 m NHN an der

BK15.

Tabelle 12: Mittlere, minimale und maximale Grundwasserstände im Zeitraum

01/2007 - 04/2016 [16]

Mess-stelle

Boh-rung

Filterstrecke

Gesteinsart

Grundwasserstände Diffe-renz

[m] OK

[m]

UK

[m]

Mittel

[m NHN]

Mini-mum

[m NHN]

Maxi-mum

[m NHN]

GWM 1 - F BK1F 2,2 3,2 Kies, Sand 370,2 369,8 370,8 0,9

GWM 1 - T BK1T 6,2 15,2 Tonschiefer 370,4 370,0 371,0 0,9

BK5 BK5 6,2 20,2 Tonschiefer 378,8 378,1 379,7 1,6

BK12 BK12 3,0 15,0 Tonschiefer 381,1 379,8 382,4 2,7

GWM 2 - F BK15F 2,4 3,4 Kies, Sand,

Tonschiefer 369,4 369,0 369,7

0,8


GWM 3 - F BK16F 2,0 3,0 Tonschiefer 370,0 369,6 370,4 0,8


4.7 Bauliche Eingriffe in den Untergrund mit hydraulischer Relevanz

Dammbauwerk

Die Talsperre ist als Steinschüttdamm mit bindiger Innendichtung geplant, wie in Abbildung 13

skizziert. Die Gründung des Dammes erfolgt im Talbereich auf den anstehenden Lockersedi-

menten unter Ausräumung der obersten bindigen Bodenschicht. Im Hangbereich erfolgt die

Gründung auf dem anstehenden Tonschiefer. Die Lockersedimente bis zum stark angewitter-

ten Tonschiefer sind hier auszuräumen. Die Innendichtung schließt an die Herdmauer an. Die

Herdmauer wird in einem Graben auf dem angewitterten, klüftigen Tonschiefer vorlaufend




hergestellt. Von der Herdmauer aus wird ein Erosionsschutzschleier bis in 20 m Tiefe einge-

bracht. Bei Erfordernis wird im Bereich der Innendichtung eine oberflächennahe Kontaktver-

pressung durchgeführt. Nach Abtrag

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HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN STRAßBERG/SELKE · 2018. 5. 28. · Erläuterungsbericht HOCHWASSERRÜCKHALTEBECKEN STRAßBERG/SELKE Entwurfs- und Genehmigungsplanung Heft 1, Anlage A-1-5