DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Beratende Geologen, Hydrogeologen und Ingenieure

Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund

Grundwassermodell Deponie Paradiesgrund

Auftraggeber: LANDKREIS GOSLAR FACHBEREICH BAUEN UND UMWELT KLUBGARTENSTRAßE 6 38640 GOSLAR

Auftragnehmer: GEOBÜRO GIFHORN IM WALDE 5 38559 WAGENHOFF (PROJEKT NR. 190102)

Bearbeitung: Dipl.-Geol. Hieu Nguyen Dipl.-Geol. Thomas Hacke

Projekt Nr. 219109

Harsum, 14.08.2019

DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Beratende Geologen, Hydrogeologen und Ingenieure Büro Hessisch Oldendorf Am Katzenbach 2 Pfingstanger 4 31177 Harsum 31840 Hessisch Oldendorf Tel.: 05127 / 90207-0 web: www.koehler-pommerening.de Tel: 05152 / 962 737 Fax: 05127 / 90207-29 email: [email protected] Fax: 05152 / 962 738 LANDKREIS GOSLAR Seite 2 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Inhaltsverzeichnis Seite

1 Einführung ...... 4

2 Numerisches Grundwasserströmungsmodell ...... 5 2.1 Konzept und Ziel der Modellierung ...... 5 2.2 Abgrenzung des Modellgebietes ...... 5 2.3 Modellaufbau "Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund" ...... 6 2.3.1 Diskretisierung horizontal - Netzgitter ...... 6 2.3.2 Diskretisierung vertikal - Schichtaufbau ...... 7 2.3.3 Randbedingungen - Modellrand...... 7 2.3.4 Grundwasserneubildung ...... 9 2.3.5 kf-Wert Verteilung ...... 10 2.3.6 Stationäre Modell-Kalibrierung ...... 13 2.3.7 Wasserbilanz Modellgebiet ...... 15 2.4 Grundwasserströmungsfeld ...... 15 2.4.1 Zusammenfassende Bewertung des Grundwassermodells ...... 17

3 Szenarienanalyse - Ausbreitungspfade ...... 18 3.1 Tracerpfade bei Eingabe in der Grundwassermessstelle...... 18 3.2 Ausbreitungspfade über die potentielle Störungszone ...... 20 3.3 Potentielle Verteilung der Arsenkonzentration ...... 22

4 Fazit und Handlungsempfehlung...... 24 4.1 Tracer-Einsatz in G-01-00351 ...... 24 4.2 Emissionspfade über Störungszone...... 24 4.3 Potentielle Verteilung der Arsenkonzentration ...... 24

5 Literaturverzeichnis ...... 26 LANDKREIS GOSLAR Seite 3 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abbildungsverzeichnis Seite

Abb. 2-1: Abgrenzung des Modellgebietes Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund mit Aussagegebiet...... 6

Abb. 2-2: Grundwassermessstellen, Grundwasserfließrichtung, Vorfluter und Grundwasserneubildung ...... 9

Abb. 2-3: Räumliche Kf-Wertverteilung an der Oberfläche (Layer 1) ...... 12

Abb. 2-4: Räumliche Kf-Wertverteilung an der Modellbasis (Layer 9) ...... 12

Abb. 2-5: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 72 Grundwassermessstellen ...... 13

Abb. 2-6: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 22 Grundwassermessstellen des Monitoringprogramms ...... 14

Abb. 2-7: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 5 Grundwassermessstellen im Festgestein...... 14

Abb. 2-8: Grundwassergleichenplan ...... 16

Abb. 3-1: Tracerausbreitungspfade bei Eingabe in G-01-00351 (vertikal) ...... 19

Abb. 3-2: Tracerausbreitungspfade bei Eingabe in G-01-00351 (horizontal) ...... 20

Abb. 3-3: Lage der Störungszone ...... 21

Abb. 3-4: Bildtafel der kf-Werte der Störungszone bis Durchbruch ...... 22

Abb. 3-5: Arsenmigration nach 25 Jahre Simulationszeit im Profilschnitt ...... 23

Tabellenverzeichnis Seite

Tab. 2-1: Vertikale Diskretisierung des Modells ...... 8

Tab. 2-2: Modellberechnete Grundwasserbilanz bei der Kalibrierung ...... 15 LANDKREIS GOSLAR Seite 4 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

1 Einführung

Das Gelände der ehemaligen Deponie Paradiesgrund liegt östlich des Goslarer Stadtgebietes, zwischen den Ortsteilen Oker und der Kernstadt Goslar. Angelegt in einer ehemaligen Sandgrube wurde ab Mitte der 1950er Jahre begonnen diese als Deponie für Hausmüll der Stadt Goslar zu nutzen. Parallel erfolgten bis 1974 eine ungeordnete Einlagerung von Schlämmen der Erzaufbereitung, Zelluloseschlämme und stark arsenhaltige Glasgemenge und Flugstäube. Nach der Übergabe an den Landkreis Goslar wurde von 1975 bis 1988 der Hausmüll aus dem gesamten Landkreis eingelagert, wobei die Verfüllung weit über die Grenzen des ehemaligen Steinbruchs hinausging und die heutigen Ausmaße an der Oberfläche von 13,45 ha einnimmt. Über die gesamte Fläche liegt keine Basisabdichtung vor. Die Deponie ist mit einer etwa 1 m mächtigen Rekultivierungsschicht abgedeckt. Die Deponie befindet sich seit 1978 in der bis heute andauernden Stilllegungsphase. Auf Grundlage erhöhter Arsenbefunde in den Betriebsbrunnen nördlich des Deponiegeländes und in den Abstrombrunnen auf der Deponie Paradiesgrund [1] [2] werden seit 2012 mögliche Sickerwasser-Emissionspfade zwischen der Deponie und den Fundstellen geprüft. Es wurde postuliert, dass anfallendes Deponiesickerwasser die vorhandenen Abfangdrainagen unterströmt und folglich einen Arsenaustrag über den quartären Grundwasserleiter nach Norden bewirkt. Nachfolgende Untersuchungen im Jahre 2014 [3] und eine Verdichtung des Messstellennetzes im Norden bis 2018 [4] [5] [6] belegen, dass eine Absickerung von Deponiesickerwasser in den Festgesteinsaquifer dominiert und eine zumindest lokale Beeinflussung des Grundwassers im quartären Aquifer am nördlichen Deponiefuß auftritt. Mit dem Ziel die Grundwassersituation aufzuklären, wurde ein numerisches Grundwassermodell als stationäres, dreidimensionales Strömungsmodell erstellt. Das regionale Modell soll dem Kenntnisstand entsprechend das Grundwasserströmungsfeld abbilden und als Prinzipienmodell für weiterführende Untersuchungen dienen.

Mit diesem Gutachten werden die Ergebnisse präsentiert. LANDKREIS GOSLAR Seite 5 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

2 Numerisches Grundwasserströmungsmodell

2.1 Konzept und Ziel der Modellierung

Für die Erstellung eines Prinzipienmodells im regionalen Maßstab wurde ein stationäres Grundwasserströmungsmodell erstellt. Das Grundwassermodell „Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund “ bildet das Grundwasserströmungsfeld im Bereich der Deponie Paradiesgrund ab. Es berechnet zudem möglichen Grundwasserfließverhältnisse im Falle eines Tracereinsatz ab. Der Aufbau des numerischen Modells und die Kalibrierung werden im Folgenden zusammengefasst beschrieben. Grundlage bildet das geologische Modell, wie es in vorausgegangenen Gutachten beschrieben ist [2, 4, 5]. Bei dem verwendeten numerischen Grundwassermodell handelt es sich um eine Simulation der Grundwasserströmung unter Verwendung des Programms FEFLOW, einem dreidimensionalen Finite Differenzen Grundwasser-Strömungsmodell (FEFLOW 7.1, DHI WASY GmbH 2017, Berlin). Ziel der Modellierung ist es die Grundwassersituation aufzuklären. Als Prinzipienmodell soll es dem Kenntnisstand entsprechenden Grundwasserströmungsfeld abbilden und Szenarien orientierte Berechnung von Ausbreitungsvorgängen im Grundwasser bei Tracer-Eingabe an ausgewählten Eingabestellen quantifizieren und visualisieren.

2.2 Abgrenzung des Modellgebietes

Die Abgrenzung des Modellgebietes ist in Abb. 2-1 dargestellt. Das Modellgebiet umfasst eine Fläche von 3,44 km². Die Erstreckung in West-Ost Richtung beträgt 2,3 km bis 3,0 km und in Nord-Süd Richtung 1,0 km bis 1,5 km. Das Modellgebiet grenzt im Osten an die Oker (Gewässerkennzahl: 482), die sowohl für die grundwasserführenden Lockergesteine als auch für das Grundwasser aus den Festgesteinen des Jura und der Kreide den Vorfluter bildet. Im Westen und Norden grenzt das Modellgebiet an die Abzucht (Gewässerkennzahl: 48214), welche als Vorfluter der Lockergesteinsgrundwasserleiter westlich und nördlich des Deponiegeländes wirksam ist. Die Südgrenze des Modellgebietes verläuft parallel zum Streichen der geologischen Grenze zwischen dem Keuper und dem Lias. Das Aussagegebiet innerhalb des Modellgebietes umfasst den Bereich der ehemaligen LANDKREIS GOSLAR Seite 6 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Deponie Paradiesgrund und den umgebenden, abstromig liegenden Bereich, nach Nordosten bis hin zur Abzucht und in Richtung Osten bis zur letzten relevanten Grundwassermessstelle. Das Aussagegebiet ist ebenfalls auf Abb. 2-1 markiert. Es ist mit einer Fläche von etwa 1,4 km² entsprechend kleiner als das Modellgebiet, so dass mögliche Randeffekte im Modell nicht die Aussagekraft für das „Aussagegebiet“ beeinträchtigen.

Abb. 2-1: Abgrenzung des Modellgebietes Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund mit Aussagegebiet

2.3 Modellaufbau "Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund"

2.3.1 Diskretisierung horizontal - Netzgitter

FEFLOW erstellt im definierten Modellgebiet ein Finite-Elemente Netzgitter, das in der horizontalen Ebene aus Dreieckgittern besteht. Die horizontalen Netzebenen (slices) sind vertikal miteinander verbunden und bilden so die Schichten (layer). An den Modellrändern, Vorflutern, Deponiegelände und den Bereichen mit Grundwassermessstellen wurde eine gezielte Netzverdichtung vorgenommen. Zusätzlich wurde eine Verdichtung in den Felsformationen des Hilssandstein, Minimuston und Flammenmergel durchgeführt. Das horizontale Netzgitter des Modellgebietes weist folgende Kennwerte auf: · Gesamtgröße Modellgebiet : 3,44 km² LANDKREIS GOSLAR Seite 7 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

· Größe Aussagegebiet : ca. 0,5 km² · Nord-Süd Erstreckung Modellgebiet: 1,0 km bis 1,5 · West-Ost Erstreckung Modellgebiet: 2,3 km bis 3,1 km · Anzahl Knoten: 16.868 · Anzahl Elemente: 33.086 · Kantenlänge Elemente: ca. 0,15 m – 35 m

2.3.2 Diskretisierung vertikal - Schichtaufbau

Das Grundwassermodell „Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund“ ist 3- dimensional aufgebaut und in insgesamt 9 Schichten (Layer) unterteilt. Davon wirken 2 Schichten als Lockergesteinsgrundwasserleiter. Die Basis bildet die Schicht 3 mit dem Festgesteinsuntergrund des Lias, der als Grundwassergeringleiter wirkt. In der Tab. 2-1 sind die Layer und deren kf-Werte aufgeführt. Besonderes Merkmal des Modellgebietes ist die Hilssandstein-Formationen (Layer 5) mit guter Durchlässigkeit, die im hangenden wie im liegenden von gering bis nicht durchlässigen Tonsteinen begrenzt wird (Layer 4 und Layer 6). Aus dem Aussagegebiet des Modells (Untersuchungsraum) liegen Bohrungen und Grundwassermessstellen vor, die Angaben zum Schichtaufbau und zum Grundwasserstand liefern. Der Modellaufbau im übrigen Teil wurde nach einzelnen Bohrungen und den Angaben aus der Geologischen Karte 1:25.000 mit Erläuterungen (Blatt Nr. 4028 Goslar und Blatt Nr. 4128 Clausthal-Zellerfeld) erstellt. Das gesamte Netzgitter besteht entsprechend dieser vertikalen Diskretisierung aus: · Gesamtanzahl der Knoten : 168.680 · Gesamtanzahl der Elemente: 297.774

2.3.3 Randbedingungen - Modellrand

Der Modellrand im Norden und Westen wird durch die Abzucht (Gewässerkennzahl: 48214) gebildet. Dieser bildet einen Festpotentialrand aus, über den ein begrenzter Abfluss und Zufluss erfolgen kann. Angebunden sind nur die Layer 1 und 2. Als Wasserstand der Abzucht wurden Höhen des digitalen Geländemodells und einzelne Vermessungspunkte eingesetzt. LANDKREIS GOSLAR Seite 8 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Die Layer 3 bis 9 werden im Festgestein im Westen durch ein Festpotentialrand begrenzt, über den ein Abfluss und Zufluss erfolgen kann. Die Höhe des festen hydraulischen Potentials entstammt aus einer linearen Extrapolation über den mittleren hydraulischen Gradienten in den Festgesteinseinheiten. Im Festgestein ist der Modellrand im Norden inaktiv.

Der Modellrand nach Osten wird durch die Oker (Gewässerkennzahl: 482) gebildet. Dieser bildet einen Festpotentialrand aus, über den ein begrenzter Abfluss und Zufluss erfolgen kann. Angebunden sind alle Layer. Als Wasserstand der Oker wurden Höhen des digitalen Geländemodells und einzelne Vermessungspunkte eingesetzt. Untergeordnet ist die Gelmke (Gewässerkennzahl: 482148) als lokaler Grundwasservorfluter der Lockergesteine in den Layer 1 über ein hydraulisches Festpotential wirksam.

Tab. 2-1: Vertikale Diskretisierung des Modells

Effektiver Hydrogeologische Durchlässigkeit Strati-graphie Porenraum Schichtenfolge Modellmächtigkeit Einordnung [m/s] [ %] Porengrundwasserleiter 4,0 × 10 Quartär, der Lockergesteine der 15 – 25 Layer 1 5 m Holozän Terrassen und 6,6 × 10 Hangschuttbildung Porengrundwasserleiter 4,0 × 10 Quartär, der Lockergesteine der 15 - 25 Layer 2 13 m Mittelterrassen Talfüllungen 2,0 × 10 Emscher Kluftgrundwasserleiter 2 1,0 × 10 Layer 9 Unendlich Mergel der Festgesteine Grundwassernichtleiter Turon 2 der Festgesteine 2,3 × 10 Layer 8 180 m Kluftgrundwasserleiter Cenoman 2 der Festgesteine

Kluftgrundwasserleiter Flammenmergel 2 1,0 × 10 Layer 7 30 m – 35 m der Festgesteine Grundwassernichtleiter Minimuston 0 1,0 × 10 Layer 6 4 der Festgesteine Kluftgrundwasserleiter Hilssandstein 2 9,0 × 10 Layer 5 30 m - 45 m der Festgesteine Kluftgrundwasserleiter Malm 0 - 2 der Festgesteine 3,0 × 10 bis Layer 4 290 m Kluftgrundwasserleiter 8,6 × 10 Dogger 2 der Festgesteine

Grundwassernichtleiter Lias 2 8,0 × 10 Layer 3 unendlich der Festgesteine LANDKREIS GOSLAR Seite 9 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Als Wasserstand der Gelmke wurden Höhen des digitalen Geländemodells und einzelne Vermessungspunkte eingesetzt. Der Modellrand im Süden ist inaktiv. Auf der Fläche zwischen dem Aussagegebiet und dem Modellrand im Süden wird durch die Grundwasserneubildung und die kf- Wert-Verteilung ein Grundwasserzustrom aus dem Süden in das Aussagegebiet erzeugt. Weiter bergauf neugebildetes Grundwasser ist auf den anströmenden Verlauf der Vorfluter Gelmke (Gewässerkennzahl: 482148) und Dörpke (Gewässerkennzahl: 482146) ausgerichtet.

2.3.4 Grundwasserneubildung

Der LBEG-NIBIS-Kartenserver gibt als Grundwasserneubildung (GwN) für die Fläche der Deponie Paradiesgrund einen Wert von GwN = 201 mm/a bis 250 mm/a an (Methode mGROWA06V2). Ihre Verteilung ist in der Abb. 2-2 dargestellt. Aufgrund der Deponieabdeckung wird zudem ein Wert von GwN = 100 mm/a für die Fläche der Deponie angesetzt [3]. Anthropogene Einflüsse wie z.B. Entnahmeraten der Wasserbewirtschaftung finden hier im Rahmen der Modellerstellung keine Berücksichtigung.

Abb. 2-2: Grundwassermessstellen, Grundwasserfließrichtung, Vorfluter und Grundwasserneubildung LANDKREIS GOSLAR Seite 10 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

2.3.5 kf-Wert Verteilung

Im Bereich der Deponie Paradiesgrund und deren Umgebung wird zwischen dem Kluftgrundwasserleiter der Festgesteine des Jura und der Kreide und den aufliegenden Porengrundwasserleitern der Lockergesteine (Terrassen, Talfüllungen und Hangschuttbildungen) unterschieden. Als zentrales Kriterium für die Parametrisierung dienen kf-Werte, die aus vereinzelten Pumpversuchen und Literaturwerten ermittelt wurden [2, 3, 5,]. Dabei wurden vorrangig die Pumpversuche und Infiltrationsversuche herangezogen [1, 4, 5]. Die räumliche Verteilung der kf-Werte wurde in Abhängigkeit der verfügbaren Informationsdichte für die jeweiligen horizontalen Schichten vorgenommen. Als Grundlage dienen die geologischen Verhältnisse [2], das hydrogeologische Modell [5] und die Bodenkarte von Niedersachsen [BÜK50]. Für die Lockergesteinsschichten erfolgt eine zonale Unterteilung in der richtungsabhängig zwischen horizontalen und vertikalen kf-Werten unterschieden wird. Dabei werden die vertikalen kf-Werte an die horizontalen gekoppelt. Es wird postuliert, dass innerhalb einer Zone die horizontalen kf-Werte isotrop und die vertikalen-kf-Werte jeweils um das Fünffache kleiner sind. Für die Festgesteinsschichten wird mit Ausnahme von Layer 4 angenommen, dass jede Festgesteinsformation isotrop und homogen ist. Layer 4 besteht aus zwei homogenen Formationen, deren hangende sehr gering bis nicht durchlässig ist. Im Modell ergibt sich nach der Kalibrierung vereinfacht folgende in Tab. 2-1 aufgeführt kf-Wert Verteilung der hydrogeologischen Schichten. Für den Layer 1 (oberster Grundwasserleiter) ist die Verteilung der kf-Werte auf Abb. 2-3 dargestellt. Für den Layer 9 (unterster Grundwasserleiter) ist die Verteilung der kf- Werte Werte der Festgesteine in der Abb. 2-4 dargestellt. Die Lockergesteine stellen durchweg gute Grundwasserleiter mit einer guten bis sehr guten Durchlässigkeit dar. An der Basis im Kontakt der Verwitterungszone zu den Festgesteinen sowie stark tonige Schichten in der Sedimentationsabfolge in den Talhängen und Talgrund weisen eine geringe bis sehr geringe Durchlässigkeit auf. Im Lockergestein, das dem Festgestein überlagert, kann sich ein einheitlicher Grundwasserspiegel ausbilden. Die Grundwasserfließrichtung ergibt sich aus der Lage der Vorflut. Lokal begrenzt treten schwebe Grundwasserstockwerke auf. LANDKREIS GOSLAR Seite 11 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Für das Modell wurde der Lockergesteinskörper in zwei horizontale Schichten (Layer 1 und Layer 2 aufgeteilt. Die an der Oberfläche liegende kf-Werteverteilung (Layer 1) korrespondieren mit der lithologischen Verteilung und sind größtenteils mit den unterliegenden Layer 2 identisch. Unterschiede liegen im Deponiebereich wo lokale Grundwasserstockwerke im Lockergestein nachgewiesen sind. Der Deponiekörper selbst wird aus den Auffüllversuchen mit einen kf = 4 * 10-5 m/s gesetzt und ist im Gegenzug zu den anderen Lockergesteinseinheiten hier isotrop und homogen. LANDKREIS GOSLAR Seite 12 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 2-3: Räumliche Kf-Wertverteilung an der Oberfläche (Layer 1)

Im Festgestein geben in den wasserführenden Schichten, zueinander stark wechselnde Grundwasserspiegel einen Hinweis auf eine geringe hydraulische Verbindung untereinander auf. Es liegt eine Abfolge getrennter, steilstehende Grundwasserleiter vor. Die Grundwasserfließrichtung ist für alle wasserführenden Schichten auf den Vorfluter im Osten ausgerichtet. Die Kf-Werte in den jeweiligen Festgesteinsformationen sind isotrop und homogen.

Abb. 2-4: Räumliche Kf-Wertverteilung an der Modellbasis (Layer 9) LANDKREIS GOSLAR Seite 13 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

2.3.6 Stationäre Modell-Kalibrierung

Für das Grundwassermodell „Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund“ erfolgt die Kalibrierung auf der Grundlage arithmetisch gemittelter Grundwasserstände von etwa 72 Grundwassermessstellen, die auf dem Deponiegelände und der Umgebung verteilt liegen und das Aussagegebiet ausreichend repräsentieren (vgl. Abb. 2-2). Die Datenreihen sind lückenhaft oder auf enge Zeiträume begrenzt und wurden zwischen 1984 und 2018 gemessen. Es wurden nur Datenreihen berücksichtigt, deren Umfang mehr als 6 Messungen je Messstelle beinhalten. Aus dem übrigen Modellgebiet liegen keine Grundwasserstandshöhen vor, da dort keine Grundwassermessstellen bestehen. Das Grundwassermodell „Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund“ beinhaltet eine gestufte Modellanpassung, die im Gesamtmodell, Monitoringbereich und Festgestein gegliedert wird.

Die Abb. 2-5 zeigt ein Streudiagramm der gemessenen und berechneten Grundwasserstandswerte für alle 72 verwendeten Grundwassermessstellen. Die Datenpunkte liegen auf oder nahe der idealen Referenzlinie des Erwartungswertes. Die mittlere Abweichung zwischen gemessenen und berechneten Grundwasserständen liegt bei etwa 2,2 m. Bei einem hydraulischen Gefälle von etwa 88 m im Modellgebiet entspricht das einem Fehler von etwa 3 %. Die Modellanpassung ist für ein regionales Modell gut.

Abb. 2-5: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 72 Grundwassermessstellen

Die Grundwassermessstellen im Monitoringprogramm sind in Abb. 2-6 als Streudiagramm der gemessenen und berechneten Grundwasserstandswerte für 22 verwendeten Grundwassermessstellen dargestellt. Die Datenpunkte liegen auf oder nahe der idealen Referenzlinie des Erwartungswertes. Die mittlere Abweichung LANDKREIS GOSLAR Seite 14 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019 zwischen gemessenen und berechneten Grundwasserständen liegt bei etwa 2,0 m. Bei einem hydraulischen Gefälle von etwa 78 m im Monitoringbereich entspricht das einem Fehler von etwa 2 %. Die Modellanpassung ist gut, im lokalen Bereich befriedigend.

Abb. 2-6: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 22 Grundwassermessstellen des Monitoringprogramms

Die Grundwassermessstellen im Festgestein sind in Abb. 2-7 als Streudiagramm der gemessenen und berechneten Grundwasserstandswerte für 5 verwendete Grundwassermessstellen dargestellt. Die Datenpunkte liegen auf oder nahe der idealen Referenzlinie des Erwartungswertes. Die mittlere Abweichung zwischen gemessenen und berechneten Grundwasserständen liegt bei etwa 0,9 m. Bei einem hydraulischen Gefälle von etwa 31 m im Modellgebiet entspricht das einem Fehler von etwa 3 %. Die Modellanpassung ist gut, im lokalen Bereich befriedigend.

Abb. 2-7: Streudiagramm für alle im Kalibriervorgang verwendeten 5 Grundwassermessstellen im Festgestein LANDKREIS GOSLAR Seite 15 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

2.3.7 Wasserbilanz Modellgebiet

Nach Abschluss der Kalibrierung wurde für die Grundwasserströmungssituation eine Grundwasserbilanz in der folgenden Tab. 2-2 aufgestellt.

Tab. 2-2: Modellberechnete Grundwasserbilanz bei der Kalibrierung

Grundwasser-Gesamtbilanz des Modellgebiet (Kalibrierung)

Bilanzelemente [m³/h]

Grundwasserneubildung 80

Zustrom Modellränder 11733

Porenspeicheraufnahme (intern) 108

Abstrom Modellränder 11762

Porenspeicherabgabe (intern) 210

Numerischer Bilanzfehler -23

Numerischer Bilanzfehler [%] 0,19

Die Bilanzberechnungen lassen sich für das folgendermaßen zusammenfassen: · Die Bilanzsumme für den Grundwasserzustrom und -abstrom weist eine Abweichung von 23 m³/h auf. Bezogen auf den Grundwasserumsatz im Modell beträgt der Fehler 0,19 % und ist damit vernachlässigbar. Die Bilanzberechnung ist als ausgeglichen zu bezeichnen. · Das Modell zeigt realistische Bilanzgrößen und damit insgesamt eine plausible Mengenbilanz.

2.4 Grundwasserströmungsfeld

Mit abgeschlossener Kalibrierung des Grundwassermodells zeigt die Abb. 2-8 die Visualisierung des Grundwasserströmungsfeldes im Bereich der Deponie Paradiesgrund und im Hilssandstein. Die Grundwassergleichen werden für das Lockergestein und unterliegenden Festgestein angezeigt. LANDKREIS GOSLAR Seite 16 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 2-8: Grundwassergleichenplan LANDKREIS GOSLAR Seite 17 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

2.4.1 Zusammenfassende Bewertung des Grundwassermodells

Das Grundwassermodell „Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund“ ist auf eine mittlere Grundwasserströmungssituation kalibriert worden. Die statistische und heuristische Prüfung der Modellergebnisse mit den vorhandenen Messdaten zeigen eine gute Wiedergabetreue. Das Modell zeigt als Prinzipienmodell für die hier wichtigen Fragestellungen einer Bewertung und Quantifizierung des Grundwasserströmungsfeldes insgesamt ausreichende bis gute Ergebnisse. LANDKREIS GOSLAR Seite 18 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

3 Szenarienanalyse - Ausbreitungspfade

Für die Szenarien orientierte Berechnung von Ausbreitungsvorgängen im Grundwasser bei Tracer-Eingabe werden folgende Vorgaben getroffen. Die Eingabestelle ist die Grundwassermessstelle G-01-00351 „PG-02“ und soll im grundwassergeführten Bereich von 199 mNN bis 208 mNN erfolgen. Für die Visualisierung der möglichen Ausbreitungspfade wird ein digitaler Tracer eingesetzt, der eine longitudinal Dispersität von 1 m, eine transversal Dispersität von 0,1 m und eine molekulare Diffusion von 0,0002 m²/d hat. Zusätzlich zur Partikelsimulation soll ein Szenario basierte Konzentrationsverteilung von Arsen durchgeführt werden, um eine konzeptionelle Vorstellung einer potentiellen Arsenmigration zu erstellen.

Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Schwerpunkt: · Feststellung der Ausbreitungsrichtung und Dauer bei Anwendung eines Tracers und ob die im Abstrom liegende Grundwassermessstelle G-01- 00216 „B-2“ als Beobachtungsstelle geeignet ist. · Feststellung ob Austragspfade vom Eingabeort über eine mögliche Störungszone hin zur Abzucht bestehen. · Feststellung der potentiellen Migration von Arsenkonzentration und ihre räumlich Verteilung.

Das Model und die zugrunde gelegten Daten können in digitaler Form zur Verfügung gestellt werden. Zur Visualisierung der Ergebnisse sowie zu Berechnungszwecken wird die Software FEFLOW, dreidimensionales Finite Differenzen Grundwasser-Strömungsmodell (FEFLOW 7.1, DHI WASY GmbH 2017, Berlin) notwendig. Die Erstellung sowie die Berechnungen erfolgten mit der Version 7.1.

3.1 Tracerpfade bei Eingabe in der Grundwassermessstelle

Die Entfernung zwischen der Eingabestelle G-01-00351 und dem Zielort G-01- 00216 beträgt ca. 710 m. Es wurden 1000 Durchläufe simuliert und die berechneten Ausbreitungspfade über die gesamte Formationsmächtigkeit des LANDKREIS GOSLAR Seite 19 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Hilssandstein am Zielort ausgewertet und in den Abbildungen 3-1 und 3-2 dargestellt. Bei Einsatz des digitalen Tracers wird eine mittlere Fließzeit von 412 d bis zum Zielort berechnet. Die schnellsten Verläufe wurden bei 298 d berechnet und die langsamsten dauerten 562 d bzw. 1,54 Jahre an. Daraus resultiert eine mittlere Grundwasserabstandgeschwindigkeit von 1,72 m/d. Die Simulation zeigt, dass ein potentieller Tracer in Richtung Vorfluter abtaucht und im Mittel bei 200 m NN am Zielort angetroffen werden kann. Die Variation liegt mit dem stärksten Abtauchen bei 166 m NN und einem maximalen Anstieg bei 235 mNN (vgl. Abb. 3-1). Die Grundwassermessstelle G-01-00216 ist ausgebaut bis zu einer Tiefe von 196,79 mNN und ca. 62 % der Simulationen liegen oberhalb der Endteufe der Messstelle. In einem horizontalen Umkreis von 3 m zur Messstelle liegen jedoch weniger als 1% der Tracerpfade (vgl. Abb. 3-2). Die Simulation zeigt, dass der Hauptteil der Tracerwolke an der Messstelle nördlich vorbei strömt. Sollte eine neue Grundwassermessstelle in der Nähe von G-01-00216 errichtet werden, muss diese idealerweise eine Endteufe von 185,5 m NN haben und 12 m weiter Richtung Norden liegen.

Abb. 3-1: Tracerausbreitungspfade bei Eingabe in G-01-00351 (vertikal) LANDKREIS GOSLAR Seite 20 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 3-2: Tracerausbreitungspfade bei Eingabe in G-01-00351 (horizontal) 3.2 Ausbreitungspfade über die potentielle Störungszone

Ohne Kenntnisse über die exakte Lage und Materialeigenschaften der Störungszone wird unter Anwendung des Grundwassermodells eine Prinzipienprüfung durchgeführt. Ziel ist die quantitative und qualitative Beschreibung der Bedingungen, in der ein Markierungsstoff über die Störungszone nach Norden in die Abzucht ausgetragen werden könnte. Die Störungszone liegt ca. 300 m östlich des Deponiegeländes, ist 30 m bis 40 m breit und reicht vom Ausbiss der Hilssandstein-Formation bis zu den gut durchlässigen Terrassensedimenten im Tal der Abzucht (Abb. 3-3). Es wird postuliert, dass die tektonischen Vorgänge die Genese der vorhandenen Formationen überprägt haben und einen eigenständigen hydraulisch wirksamen Bereich repräsentieren. Die Störungszone ist isotrop und homogen und durch alle hydrogeologischen Einheiten präsent. Über eine Parametrisierung des kf-Wertes wird ein möglicher Umlauf im Modell getestet. LANDKREIS GOSLAR Seite 21 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 3-3: Lage der Störungszone

Angefangen bei einem Kf-Wert von kf = 1 * 10-2 m/s zeigt die Abb. 3-4 die schrittweise Verringerung des Kf-Wertes bis kein Durchbruch eines Markierungsstoffs in Richtung Abzucht bei der Simulation auftritt. Es werden jeweils 100 Durchläufe gerechnet. Bei einem Kf-Wert von kf = 2 * 10-5 m/s und geringer kommt es zu keinem Durchbruch in Richtung Abzucht. Ohne neue Kenntnisse über die tatsächlichen geohydraulischen Verhältnisse an der Störungszone ist ein potentieller Austrag eines Stoffes über diesen Pfad als möglich einzustufen. LANDKREIS GOSLAR Seite 22 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 3-4: Bildtafel der kf-Werte der Störungszone bis Durchbruch

3.3 Potentielle Verteilung der Arsenkonzentration

Auf Grundlage des Modellaufbaus "Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund“ wird eine Szenarienanalyse durchgeführt, die von folgenden Rahmenbedingungen definiert wird. Die Ausgangsituation ist ein unbelasteter Untergrund, auf der eine über die gesamte Deponiefläche homogen verteilte Arsenkonzentration vorliegt. Grundwasseranalysen aus Grundwassermessstellen im Deponiebereich dokumentieren Arsenkonzentration von über 2900 µg/l, welche im Rahmen der Simulation als Schadstoffquelle über die gesamte Simulationszeit konstant ist. Die Summe der gelösten Stoffe (TDS) zeigt eine Konzentration von rund 875 ppm, wodurch in der Simulation für das Sickerwasser eine Dichte von 1,002 g/l angenommen wird. Es wird das im Modell erstellte Grundwasserströmungsfeld verwendet (Kapitel 2.4). Der Simulationszeitraum beträgt 25 Jahre und der Sickerwasserfluss wird über eine konstante Grundwasserneubildungsrate gebildet. Außerordentliche Einflüsse wie z.B. die spätere Deponieabdeckung bzw. Errichtung der Drainageanlagen oder zusätzliche Sickerwasserflüsse durch hohe Grundwasserstände in den Deponiekörper werden für die hier simulierte Modellberechnung der Arsenmigration nicht berücksichtigt. Abbildung 3-5 zeigt im Profilschnitt die räumliche Verteilung der Arsenkonzentration nach 25 Jahren. LANDKREIS GOSLAR Seite 23 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

Abb. 3-5: Arsenmigration nach 25 Jahre Simulationszeit im Profilschnitt

Eine geringe laterale Strömung (< 1,73 m/d) und eine größere gravitative Komponente (< 3,42 m/d) führen zu einer simulierten Migration von Arsen in den tieferen Untergrund. Diese reicht bis zum Modelrand auf der untersten, undurchlässigen Ebene und folgt am Grund geometrisch dem Hilssandstein in Richtung Osten weiter. Mit Erreichen des Modellrandes wurde auf eine längere Simulationszeit verzichtet. LANDKREIS GOSLAR Seite 24 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

4 Fazit und Handlungsempfehlung

Im Ergebnis der hier durchgeführten und beschriebenen Untersuchungen werden die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen empfohlen.

4.1 Tracer-Einsatz in G-01-00351

Aus Basis der Simulationen birgt der potentielle Einsatz eines Tracers mit dem vorhandenen Grundwassermessstellennetz keine erfolgsversprechenden Ergebnisse. Erhebliche Einschränkungen zum Erfolg ergeben sich dadurch, dass:

· Das vorhandene Messstellennetz in ihrer Platzierung nicht geeignet ist, um die Tracerwolke im Abstrom der Eingabestelle ausreichend zu erfassen; · Das vorhandene Messstellennetz in seiner Endteufe Richtung Oker nicht ausreichend tief ist; · Die Dauer bis zu einem erwarteten Durchbruch für eine wirtschaftliche und praktikable Anwendung zu lang ist.

4.2 Emissionspfade über Störungszone

Bezogen auf die Fragestellung, ob es Sickerwasser-Emissionspfade von der Deponie Paradiesgrund aus der Hilssandsteinformation über eine potentielle Störungszone hin zum Vorfluter Abzucht möglich ist, zeigen die Szenarioanalysen das bei guten bis sehr guten Durchlässigkeitsbeiwerte ein Austrag in die Abzucht möglich ist.

4.3 Potentielle Verteilung der Arsenkonzentration

Im Modell liegt eine Migration von Arsen in den tiefen Untergrund vor, der bis zum Modellrand des Modells reicht. Dort reichert sich das Arsen an und breitet sich am Grund der Hilssandsteinformation in Richtung Osten weiter aus. Mit Erreichen des Modellrands kann nicht abschließend die Migration des Arsens in den Untergrund simuliert werden. Es wird empfohlen für die Fragestellung über LANDKREIS GOSLAR Seite 25 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019 den Verbleib des Sickerwassers und der mit ihr ausgetragenen Arsenfracht folgende weiterführende Untersuchungen durchzuführen: · Die geometrische Erweiterung des Modells zur Tiefe hin, welche repräsentativ die Aufrichtungszone zwischen Sudmerberg und Harz umfasst. · Die Festsetzung der hydraulischen Rahmenbedingungen auf Grundlage des vorhandenen numerischen Grundwasserströmungsmodells. · Ermittlung der Dichte des Sickerwassers durch tiefenorientierte Probennahme aus den Deponiegrundwassermessstellen G-05-00350 und G- 05-00351. LANDKREIS GOSLAR Seite 26 DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund Grundwassermodell Proj.-Nr. 219109 14.08.2019

5 Literaturverzeichnis

[1] 1996/02/27, HANNOVER - DEKRA UMWELT: GUTACHTEN ZUR GEFÄHRDUNGSABSCHÄTZUNG.

[2] 1998/06/25, VELBERT - PROF. DR. K. HOFFMANN: SANIERUNG UNTER BERÜCKSICHTIGUNG ALTERNATIVER NUTZUNGSKONZEPTE.

[3] 2012/06/21, HILDESHEIM - DR. RÖHRS & HERRMANN: GUTACHTEN ZUR BEURTEILUNG MÖGLICHER ARSENIMISSION AUS DER DEPONIE PARADIESGRUND

[4] 2014/07/31, HILDESHEIM - DR. RÖHRS & HERRMANN: GUTACHTEN ZUR BEURTEILUNG MÖGLICHER SCHADSTOFFIMISSIONEN AUS DER DEPONIE PARADIESGRUND.

[5] 2016/10/14, HILDESHEIM - DR. PELZER UND PARTNER: DURCHFÜHRUNG VON GRUNDWASSERUNTERSUCHUNGEN NÖRDLICH DES DEPONIEFUßES UND PLANUNG EINES TRACERVERSUCHS.

[6] 2018/06/12, HARSUM - DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH: BEWERTUNG ZUM ERWEITERTEN HYDROMONITORING 2017.

DR. KÖHLER & DR. POMMERENING GMBH

Beratende Geologen, Hydrogeologen und Ingenieure

Dipl.-Geol. Thomas Hacke Dipl.-Geol. Hieu Nguyen

Geobüro Gifhorn

Dipl. -Geol. Frank Heinz (SV gem. §18 BBodSchG, SG 2) 598759,5 599259,5 599759,5 600259,5 600759,5 601259,5 601759,5 602259,5 602759,5 8 9 9 2 5 7 5

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PROJEKT: Sickerwasser-Emission Deponie Paradiesgrund

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5 e NAME DATUM 7 k 5 O BEARBEITER: HN 24.06.2019 ZEICHNER: HN 24.06.2019 Lageplan der Grundwassermesstellen, Modellgrenze und Aussagegebiet FREIGABE PL-KP: TH 24.06.2019

MASSSTAB: 1:10.940 ANLAGE 1 LAGESYSTEM / HÖHENSYSTEM: ETRS 1989 UTM Zone 32 N / DHHN92

ANTRAGSTELLERIN: PLANERSTELLER: Landkreis Goslar - FB Bauen und Umwelt Dr. Köhler & Dr. Pommerening GmbH

Landkreis Goslar Fachbereich Bauen und Umwelt Dr. Köhler & Dr. Pommerening GmbH Beratende Geologen, Hydrogeologen und Ingenieure Klubgartenstraße 6 38640 Goslar Am Katzenbach 2; 31177 Harsum

DATUM: 24.06.2019 DATUM: 24.06.2019 8 9

9 Projektnr.-KP: 218336 Plannr.-KP: Anlage 1 9 4 7 5