Modellierung Des Sulfattransportes in Der Spree Mit

G.E.O.S. Modellierung des Sulfattransportes Ingenieurgesellschaft mbH in der Spree 09633 Halsbrücke Gewerbepark „Schwarze Kiefern“ 09581 Freiberg, Postfach 1162 Telefon: +49(0)3731 369-0

Telefax: +49(0)3731 369-200 Berichtsversion für das E-Mail: [email protected] Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Ver- www.geosfreiberg.de braucherschutz Brandenburg

Projekt-Nr. 301 000 51

Geschäftsführer: Jan Richter Titelfoto: Spree unterhalb Neundorfer See (Alt Schadow) Beiratsvorsitzender: Auftraggeber: Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Ver- Dr. Horst Richter braucherschutz Brandenburg HRB 1035 Amtsgericht Von-Schön-Str. 7 Registergericht Chemnitz 03050 Cottbus

Sparkasse Mittelsachsen Konto 3115019148 BLZ 870 520 00

Deutsche Bank AG Freiberg Halsbrücke, den 30.11.2010 Konto 2201069 BLZ 870 700 00

USt.-IdNr. DE811132746

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Auftraggeber: Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Ver- braucherschutz Brandenburg Von-Schön-Str. 7 03050 Cottbus

Projekt-Nr. G.E.O.S.: 301 000 51 Bearbeitungszeitraum: 01.04.2010 bis 09.11.2010 Bearbeiter: Dr. Eberhard Janneck (Projektleiter) Dipl.-Chem. Mirko Martin, Dipl.-Geoinf. Susan Renker, Dr. Renè Kahnt

Seitenanzahl Text: 74 Anzahl der Anlagen: 3 Dateiversion 2011-01-21_Bericht-BB-EV4.doc

EV4.doc -

BB Halsbrücke, den 30.11.2010 -

21 Bericht -

01 - 2011 \

Berlin i. A. für Jan Richter Dr. Eberhard Janneck Geschäftsführer FBL Verfahrensentwicklung/

011 Nacharbeit Biotechnologie \

01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 2/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

1 Zusammenfassung ...... 8

2 Einleitung...... 11

3 Aufgabenstellung...... 13 3.1 Arbeitspaket Berlin ...... 13 3.2 Arbeitspaket Brandenburg...... 14

4 Wasserwirtschaftliche Maßnahmen im sächsischen Einzugsgebiet zur Minderung der Sulfatfrachten in der Spree ...... 16

5 Darstellung von methodischen und inhaltlichen Aspekten der Modellierung des Sulfattransportes ...... 21 5.1 Generelle Herangehensweise und notwendige Abstraktionen...... 21 5.2 Prüfung der Möglichkeiten zur Berücksichtigung von Klimaänderungen ...... 24 5.3 Begründung und Erläuterung der modellierten Szenarien ...... 27

6 Modellierungsergebnisse...... 30 EV4.doc - BB

- 6.1 Hinweise zur Ergebnisdarstellung ...... 30 6.2 Modellierungsergebnisse an ausgewählten Bilanzprofilen...... 31 21 Bericht -

01 6.3 Ergebnisse zur Modellierung des Sulfataustrages aus den Restseen ...... 37 - 2011 \ 6.4 Darstellung und Zusammenfassung der Sulfatquellen...... 39 Berlin für 7 Wirkung der Sulfatausträge aus dem Spreewald auf die Berliner Gewässer ...... 41 7.1 Datengrundlage ...... 41 011 Nacharbeit \ 7.2 Fließwege von Spree und Dahme ...... 41 01 Texte

\ 7.2.1 Übersicht...... 41

Berlin 7.2.1.1 Spree ...... 44 7.2.1.2 Dahme ...... 45 7.3 Sulfatbelastung in den Berliner Gewässern – kurzer Überblick ...... 46 Senatsverwaltung - 7.4 Wirkungsweise des Spreewaldes auf den Sulfattransport ...... 49 7.4.1 Zusammenfassung bisheriger Ergebnisse ...... 49 30100060 \ 7.4.2 Einfluss der Verdunstung im Spreewald...... 51 Lw O von 7.4.2.1 Grundlagen und Modelle ...... 51 7.4.2.2 Verdunstung im Spreewald ...... 54 Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 3/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

7.4.2.3 Verdunstung und Verhalten des Sulfats im Spreewald...... 56 7.5 Auswertung von (sommerlichen) Hochwasserereignissen...... 62 7.5.1 Grundlagen und Datenlage...... 62 7.5.2 Zusammenhang sommerliches Hochwasser - Sulfattransport...... 64 7.6 Schlussfolgerungen zum Sulfataustrag aus dem Spreewald und zu den Auswirkungen in der Unteren Spree...... 70

8 Literatur und Quellennachweis...... 72

TABELLENVERZEICHNIS Seite

Tabelle 1: Geplante Maßnahmen zur Verminderung der Sulfatfrachten in der Spree.....18

Tabelle 2: Variantenmatrix zur Steuerung der Sulfatkonzentration in der Spree...... 28

Tabelle 3: Erreichbare Minderung der Sulfatkonzentration bei den Varianten A-1, B-1 und C-1 gegenüber Referenzvariante A-0 (durchschnittlicher Verminderungsbetrag im Zeitraum 2015 bis 2020)...... 35 EV4.doc - BB - Tabelle 4: Wichtige hydrografische Elemente im Flusslauf der Spree und der Dahme...... 41 21 Bericht - 01

- Tabelle 5: Statistische Auswertung der Sulfatkonzentration der Gewässer des

2011 Spreegebietes im Raum Berlin (Zeitraum 2000 – 2009)...... 47 \

Berlin Tabelle 6: Mittlere Sulfatfrachten von Fließgewässern im Raum Berlin ...... 48 für

Tabelle 7: Mittlere Werte (MW) des Niederschlags, der potenziellen Verdunstung (Grasreferenzverdunstung) und der resultierenden klimatischen 011 Nacharbeit \ Wasserbilanz der realen Klimareihe (real) und des Klimawandelszenarios (KW) für Sommer- und Winterhalbjahr sowie das 01 Texte \ Gesamtjahr (aus [25]) ...... 54 Berlin Tabelle 8: Übersicht der in die Berechnung einbezogenen Zu- und Abflüsse des Spreewaldes ...... 56

Tabelle 9: Über Sommer- und Winterhalbjahr kumulierte Differenzen der Senatsverwaltung - Durchflüsse und Sulfatfrachten (jeweils Gesamtabfluss – Gesamtzufluss) für den Spreewald im Zeitraum 2000 - 2007...... 58 30100060 \

Lw O Tabelle 10: Gewässerkundliche Hauptzahlen für den Abfluss (aus [22]) ...... 63 von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 4/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

ABBILDUNGSVERZEICHNIS Seite

Abbildung 1: Wasserwirtschaftliche Situation im Umfeld des Tagebaus Nochten mit den geplanten Maßnahmen zur Minderung der Sulfatfracht in der Spree ...... 17

Abbildung 2: Spreeabschnitt zwischen Sprey und Neustadt mit Bereich der Folienabdichtung und den Altarmen der Spree...... 20

Abbildung 3: Grundsätzliche Struktur des entwickelten Flussgebietsmodelles zur Simulation von Sulfatkonzentrationen und Frachten sowie Zusammenwirken mit externen Modellkomponenten...... 24

Abbildung 4: Menü Steuerparameter1 aus dem Playerfile zur Auswahl der Varianten und zur Auswahl der WBalMo-Datenbasis...... 29

Abbildung 5: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Spremberg Wilhelmsthal für die Varianten A-0 und A-1 im gesamten Simulationszeitraum 2003 bis 2053 ...... 33

Abbildung 6: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Spremberg Wilhelmsthal für die Varianten A-0 und A-1 im Zeitraum 2015 bis 2025...... 34

Abbildung 7: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Große Tränke für die Varianten A-0, A-1 und B-1 im gesamten Simulationszeitraum 2003 bis 2053 ...... 34 EV4.doc - Abbildung 8: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Große Tränke für die BB - Varianten A-0, A-1 und B-1 im Zeitraum 2015 bis 2025 ...... 35

21 Bericht Abbildung 9: Schwankungsbreite der der Modellierungsergebnisse infolge

- 01 - Parameterunsicherheiten am Beispiel des Bilanzprofiles Spremberg 2011

\ Wilhelmsthal (Minimal- und Maximalwerte bei der Berechnung von 10 Realisierungen, Variante A-0, WBalMo-Datenbasis: MW)...... 36 Berlin für Abbildung 10: Schwankungsbreite der Modellierungsergebnisse infolge Parameterunsicherheiten am Beispiel des Bilanzprofiles Große Tränke (Minimal- und Maximalwerte bei der Berechnung von 10 Realisierungen, 011 Nacharbeit \ Variante A-0, WBalMo-Datenbasis: MW)...... 37 01 Texte \ Abbildung 11: Sulfateintrag in die Vorfluter aus den Schlabendorfer und Seeser

Berlin Feldern...... 38

Abbildung 12: Zusammenfassende Darstellung der bergbaulichen Sulfatquellen in Sachsen und in Brandenburg...... 40 Senatsverwaltung - Abbildung 13: Wasserverteilung zwischen Spree und Dahme-Umflut-Kanal in Leibsch ...... 45 30100060 \ Abbildung 14: Klimatische Wasserbilanz der realen Klimareihe und des Lw O Klimawandelszenarios (KW) für Sommer- und Winterhalbjahr (aus [25])...... 55 von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 5/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Abbildung 15: Frachtbilanzen für den Spreewald (Abflussfracht – Zuflussfracht) auf Basis der täglichen Frachten (aus [19]) ...... 57

Abbildung 16: Kumulierte Sulfatfrachtdifferenz in Abhängigkeit von der Durchflussdifferenz für die Sommerhalbjahre 2000 – 2007 ...... 59

Abbildung 17: Kumulierte Sulfatfrachtdifferenz in Abhängigkeit von der Durchflussdifferenz für die Winterhalbjahre 2000 – 2007 ...... 59

Abbildung 18: Korrelation der kumulierten Sulfatfrachtdifferenzen der Sommerhalbjahre mit der des jeweils folgenden Winterhalbjahres...... 60

Abbildung 20: Sulfatkonzentration und –fracht am Pegel Leibsch...... 67

Abbildung 21: Korrelation zwischen Gesamtdurchfluss (Summe aus Hauptspree, Dahme-Umflut-Kanal und Pretschener Spree) und Sulfatgehalt am Pegel Leibsch 1995 – 2007...... 68

Abbildung 22: Korrelation zwischen Gesamtabfluss (Hauptspree, Dahme-Umflut-Kanal, Pretschener Spree) und Sulfatgehalt am Pegel Leibsch der Sommerhalbjahre (Mai – Oktober) 1995 – 2007...... 69

ANLAGENVERZEICHNIS EV4.doc - BB - Anlage 1: Struktur des GoldSim-Modells 21 Bericht - Anlage 2: Modellbeschreibung 01 - 2011 \ Anlage 3: Diagramme zu den Simulationsergebnissen Berlin für

011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 6/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Verwendete Symbole und Abkürzungen

ArcView® ArcView ist eine GIS-Software der Firma ESRI, mit der sich Geodaten erzeugen, bearbeiten, analysieren und darstellen lassen. Im Text wird die Bezeichnung ArcView verwendet.

DUK Dahme-Umflut-Kanal

GD gleitender Durchschnitt

GoldSim GoldSim is dynamic, probabilistic simulation software developed by GoldSim Technology Group

GWRA Grubenwasserreinigungsanlage

KW Klimawandel

KWO Klarwasserableiter Ost (im Tgb. Nochten geplanter Wasserableiter von der GWRA Tzschelln zu den Ökowassereinleitstellen am Nord-, Rothwasser- und Floßgraben)

LUGV Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Brandenburg

MW Mittelwert

NA natural attenuation EV4.doc - BB - oh oberhalb 21 Bericht - Perz Perzentil 01 - 2011 \ uh unterhalb Berlin für ÜW Überschreitungswahrscheinlichkeit

WBalMo® WBalMo® ist ein eingetragenes Warenzeichen der DHI-WASY GmbH. Im Text wird die Bezeichnung WBalMo verwendet. 011 Nacharbeit \

01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 7/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

1 Zusammenfassung

In dieser Studie wurde das Modell für die Simulation von Sulfatkonzentrationen und Frachten in der Spree auf die südöstlichen Zuflüsse nach Berlin erweitert. Für den diffusen Eintrag von Sul- fat aus den Kippen der stillgelegten Tagebaue in Brandenburg wurde ein separater Modellbau- stein „diffuser Sulfateintrag Brandenburg“ entwickelt und gleichzeitig das Modell für die Auslei- tungen aus den Tagebaurestseen der Schlabendorfer und Seeser Felder mit neuen Daten aus den Gütegutachten der BTU Cottbus aktualisiert.

Mit dem aktualisierten GoldSim-Modell kann die Simulation der Sulfatkonzentrationen und Frachten in der Spree für folgende Bewirtschaftungsvarianten (Wasserüberleitungen und frachtmindernde Maßnahmen in Sachsen) und deren Kombinationen durchgeführt werden:

• Variante A: Referenzvariante (keine gezielten Maßnahmen zur Beeinflussung der Sulfatkonzentration).

• Variante B: Oder-Überleitung (Überleitung von Oderwasser über den Spree-Oder- Kanal in die Berliner Gewässer).

• Variante C: Erhöhte Überleitung von Spreewasser in die Dahme über den Dahme- Umflut-Kanal.

Maßnahmen in Sachsen: EV4.doc - BB - (0) Referenzvariante: keine der o.g. drei Maßnahmen wird durchgeführt 21 Bericht - (1) Alle drei Maßnahmen werden durchgeführt (Maßnahmebeginn entsprechend Tabelle 01 - 2011

\ 1, S. 18) Berlin

für (2) Nur Maßnahme 1. (Flutung Hermannsdorfer See)

(3) Nur Maßnahme 2. (Revitalisierung Altarme Spree) 011 Nacharbeit \ (4) Nur Maßnahme 3. (Überleitung KWO und Speisung Floß- und Rothwassergraben)

01 Texte \

Berlin Bei der Referenzvariante A-0 werden keine Maßnahmen zur Sulfatfrachtsteuerung ergriffen. Die Immissionszielwerte hier sind periodisch bei allen ausgewählten Bilanzprofilen (außer Dahme oh. Mündung in die Spree) überschritten. Durch die Maßnahmen zur Sulfatfrachtminderung in Senatsverwaltung - Sachsen (Variante A-1) gelingt es in der unteren Spree und in der Dahme weitgehend den Im- 30100060 \ missionszielwert von 250 mg/L einzuhalten. Am Profil große Tränke wird der Immissionszielwert

Lw O allerdings nur knapp unterschritten. Die Sulfatkonzentrationen liegen hier im Zeitraum von 2010 von bis 2030 periodisch im Bereich zwischen 200 und 250 mg/l und reichen somit immer wieder bis Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 8/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

dicht an den Zielwert heran. Bei der Variante B1 (Kombination der frachtmindernden Maßnah- men in Sachsen mit einer Oderwasserüberleitung von 1m³/s) wird die Sicherheit zur Einhaltung des Immissionszielwertes für die südöstlichen Zuflüsse nach Berlin erhöht.

Folgende Quellen der Sulfatbelastung im Flusssystem der Spree wurden in dem Modell berück- sichtigt:

• Punktförmige Einleitungen aus Grubenwasserreinigungsanlagen des aktiven und des Sanierungsbergbaus. Diese Daten wurden als Zeitreihen mit Sulfatkonzentration und prognostizierten Einleitungsmengen im Wesentlichen von den Anlagenbetreibern zur Verfügung gestellt.

• Ausleitungen aus gefluteten Bergbauseen und Speichern. Hierfür wurden Mengendaten aus WBalMo genutzt sowie Prognosen der Wasserqualität für die Seen.

• Diffuse Einträge aus Kippenbereichen stillgelegter Tagebaue. Für den Sulfateintrag aus diesen Quellen wurden separate Teilmodelle entwickelt und in das Prognosemodell für die Spree integriert.

• Vom Braunkohlenbergbau in der Lausitz unbeeinflusste Sulfatquellen (z. B. Spreezu- flüsse im Berliner Raum) wurden auf Basis des WBalMo-Mengengerüstes und der seit dem Jahre 2000 gemessenen Sulfatkonzentrationen mit bestimmter Schwankungsbreite EV4.doc - (Normalverteilung) berücksichtigt. BB - Die Sulfatemissionen aus den Grubenwasserreinigungsanlagen haben in den Jahren 2010 bis 21 Bericht -

01 2018 einen Höchststand, sinken dann bis zum Jahre 2025 allmählich ab und bleiben dann bis - 2011 \ zum Ende des Prognosezeitraumes auf einem Niveau zwischen 150.000 t/a bis 130.000 t/a mit

Berlin geringfügig sinkender Tendenz. für

Der Sulfataustrag, der aus der Mobilisierung von Verwitterungsprodukten aus dem gesamten Grundwasserabsenkungstrichter außerhalb der ehemaligen Tagebaugebiete resultiert, konnte 011 Nacharbeit \ nicht berücksichtigt werden, weil bisher hierzu keine ausreichende Datenbasis weder zur Ab- 01 Texte \ grenzung kritischer Bereiche noch zu Grundwasserqualitäten noch zum vorhandenen Sulfatbil- Berlin dungspotenzial vorhanden ist.

Die hohe Verdunstung in den Sommermonaten im Spreewald ist ein treibender Faktor für die Senatsverwaltung - saisonale Speicherung von Sulfat im Spreewald. Dafür ist der kapillare Aufstieg von sulfathaltigem Grundwasser in die oberen Bodenschichten verantwortlich. Höhere Niederschlags- und 30100060 \ Abflussmengen behindern die Anreicherung von Sulfat nach diesem Mechanismus. Bei som- Lw O von merlichen Hochwasserereignissen, die selten auftreten, nimmt die Sulfatkonzentration in der

Projekte Spree ab, weil die Auswaschung des gespeicherten Sulfates im Vergleich zu dem abfließenden \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 9/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Hochwasser langsam erfolgt. Die begrenzte Wasserleitfähigkeit der Böden stellt demnach einen Widerstand gegen den Sulfataustrag dar, der den Wiedereintrag des Sulfats in das Wasser der Spree verzögert.

An den Spreewaldabflüssen lässt sich eine gegenläufige Tendenz von Abfluss und Sulfatkon- zentration feststellen. Infolge des Abflussrückganges im Sommer steigt die Sulfatkonzentration an, verbunden jedoch mit einem Rückgang der Sulfatfracht. Mit Einsetzen stärkerer Abflüsse, meist ab Oktober, kommt es nach kurzzeitigem Anstieg zu einem Rückgang der Konzentration verbunden mit einer Frachtzunahme. Dies wird durch den Austrag von im Sommer festgelegtem Sulfat aus dem Spreewald verursacht. Die verdünnende Wirkung des stärkeren Abflusses „ü- berkompensiert“ jedoch die erhöhten Austräge und bewirkt einen Rückgang der Konzentration.

Leider gibt es aber im Moment keine Möglichkeit, den Einfluss des Klimawandels bzw. des damit vermutlich verbundenen Dargebotsrückganges auf die Stärke der Sulfatquellen zu beschreiben, da die Quellstärke z. B. der diffusen Quellen mit Hilfe externer Modelle ermittelt wurden, die diese Möglichkeit nicht vorsehen. Dies ist das Hauptproblem bei der angestrebten Mo- dellierung der Klimaveränderungen auf den Sulfattransport. Aus diesen Gründen musste die Möglichkeit der Berücksichtigung von Szenarien mit Klimawandel innerhalb dieser Studie aufgegeben werden.

EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 10/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

2 Einleitung

Die Wasserqualität der Spree im mittleren bis unteren Einzugsgebiet ist durch anthropogene Einflüsse im Zusammenhang mit dem Braunkohlebergbau (aktiver Tagebaubetrieb, Sanie- rungsbergbau) geprägt. Dabei steht unter Nutzungsaspekten insbesondere das Sulfat als Krite- rium der Wasserbeschaffenheit im Zentrum des Interesses.

Das durch die Verwitterung von Sulfiden in den Braunkohlenkippen gebildete Sulfat ist sehr gut wasserlöslich und reaktionsträge. Es wird deshalb in den Kippen kaum zurückgehalten und gelangt über den natürlichen Wasserkreislauf sowie durch Direkteinleitungen infolge der Tage- bauentwässerung und Ausleitungen aus gefluteten Tagebaurestseen in die Vorfluter. Einmal in den Vorflutern angelangt, wird es vergleichsweise schnell stromabwärts transportiert und kann bei Überschreitung bestimmter Immissionswerte vorhandene Nutzungen nachteilig beeinflussen oder gefährden.

Der aktive Bergbau leitet über die Grubenwasserreinigungsanlagen seine Sümpfungswasser- mengen in die Spree ein und leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Aufrechterhaltung der ökologischen Mindestabflüsse im Mittel- und Unterlauf der Spree. Gleichzeitig gelangen über diesen Weg erhebliche Sulfatmengen in die Spree, die unter Nutzungsaspekten zu kritischen

EV4.doc Konzentrationen führen. Mit dem Fortschreiten des Grundwasserwiederanstieges in der Lausitz - BB - steigen seit einiger Zeit auch die diffusen Stoffeinträge in die Stand- und Fließgewässer und erhöhen damit ebenfalls die Sulfatbelastung. In diesem Spannungsfeld zwischen Wasserbedarf 21 Bericht - 01 - und Qualitätssicherung werden Instrumentarien zur Einschätzung der prognostischen Entwick- 2011 \ lung der Sulfatbelastung sowie zur Planung und Bewertung von möglichen gegensteuernden Berlin für Maßnahmen benötigt.

Seit Juni 2009 liegt die von G.E.O.S. im Auftrag des Landesumweltamtes erarbeitete „Sulfat- 011 Nacharbeit \ studie Brandenburg“ vor [3]. In der Studie wurden die diffusen und die Punkteinträge von Sulfat 01 Texte \ in die Spree ermittelt, sowie die Funktion des Spreewaldes hinsichtlich seines Einflusses auf Berlin den Sulfattransport untersucht. Auf der Basis der recherchierten Daten und der Untersuchungs- ergebnisse zum Spreewald erfolgte eine Modellierung des Sulfattransportes in der Spree mit

Senatsverwaltung dem Ziel, Möglichkeiten der Bewirtschaftung zur Minimierung der Sulfatgehalte in der unteren - Spree zu untersuchen und zu bewerten. Hierbei wurden 4 Varianten (0-Variante und 3 Bewirt- 30100060 \ schaftungsvarianten) geprüft. Die Ergebnisse der Studie lassen befürchten, dass die kritische Lw O

von Schwelle der Sulfatkonzentration im Zulauf nach Berlin in wenigen Jahren zumindest zeitweilig überschritten werden könnte. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 11/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Die Aussagen der Studie sind aber in Teilen für strategische und technische Entscheidungen noch nicht ausreichend belastbar. Deshalb müssen einige Aspekte im Gutachten für eine Ver- besserung der Prognosen präzisiert, erweitert und aktualisiert werden. In Abstimmung zwischen dem Land Brandenburg und Berlin soll deshalb eine Erweiterung der o. g. Studie erfolgen. Da- zu sind jeweils entsprechend der spezifischen Interessenslage der Länder zwei Arbeitspakete vereinbart worden, die inhaltlich und methodisch ineinander greifen. Der vorliegende Bericht umfasst die Ergebnisse beider Arbeitspakete (Berlin und Brandenburg).

Die Ergebnisse der durchgeführten Modellergänzungen, der Nachtragsmodellierung und der zusätzlichen Betrachtungen zum Transportverhalten des Sulfates in der Unteren Spree sollen die Aussagen in der Sulfatstudie Brandenburg ergänzen und mit ihr gemeinsam eine umfas- sendere Grundlage für Entscheidungen zur künftigen Bewirtschaftung der Spree bilden. Im Fo- cus steht dabei die Prüfung der Möglichkeiten zur Minimierung der Sulfatgehalte zur Gewähr- leistung von Nutzungszielen insbesondere in der Unteren Spree. EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 12/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

3 Aufgabenstellung

3.1 Arbeitspaket Berlin

• Erweiterung der Prognoserechnung bis Berlin

Das Bearbeitungsgebiet der Sulfatstudie Brandenburg [3] von 2009 endet am Pegel Gro- ße Tränke und beschränkt sich hinsichtlich der Zulauffrachten nach Berlin auf die Spree. Die Prognoserechnungen sollen nunmehr bis zum Pegel Rahnsdorf erweitert werden. Ins- gesamt soll eine Modellierung der Sulfatgehalte in den südöstlichen Zuflüssen nach Berlin erfolgen. Dies betrifft die maßgeblichen Zulaufpegel nach Berlin Große Tränke, Wernsdorf und Neue Mühle. Für ausgewählte Bewirtschaftungsszenarien soll die Sulfat- Zulaufqualität nach Berlin dargestellt werden.

• Weiterführende Diskussion der Sulfatausträge des Spreewaldes einschließlich der Wirkungen auf Berlin In der Sulfatstudie Brandenburg wurde der Einfluss des Spreewaldes auf den Sulfattrans- port untersucht. Dabei zeigte sich, dass das Transportverhalten des Sulfates stark durch jahreszeitliche Einflüsse und durch die saisonale Stauhaltung im Spreewald bestimmt EV4.doc - wird. Während der Vegetationsperiode von Frühjahr bis Herbst überwiegen die sulfat- BB - verbrauchenden Prozesse, so dass der Spreewald in dieser Zeit als Senke fungiert. Über- 21 Bericht - lagert wird dies durch eine hohe Verdunstung im Sommer, so dass zusätzlich ein Spei- 01 - 2011

\ chereffekt auftritt. Nach Beginn des Wintereinstaus schlägt die Situation aber um und es

Berlin finden Prozesse der Sulfatfreisetzung statt, die dazu führen, dass der Spreewald sich sai- für sonal in eine Sulfatquelle verwandelt.

011 Nacharbeit \ Diese Eigenschaften des Spreewaldes beeinflussen die Sulfatkonzentrationen in der

01 Texte Spree unterhalb des Spreewaldes bis Berlin erheblich. Es ist deshalb eine vertiefte Analy- \

Berlin se des Transportverhaltens von Sulfat in der Unteren Spree durchzuführen, wobei schwerpunktmäßig folgende Aufgaben zu bearbeiten sind:

o Herausarbeiten der Bedeutung von Starkniederschlägen im Sommer oder eines som- Senatsverwaltung - merlichen Hochwassers auf die Sulfatausträge des Spreewaldes durch Interpretation 30100060 \ von historischen Ereignissen Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 13/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

o Diskussion des Einflusses der Verdunstung im Spreewald und des Abflussrückganges auf die Konzentrations- und Frachtentwicklung anhand historischer Ereignisse (Tro- ckenjahre)

3.2 Arbeitspaket Brandenburg

Im Arbeitspaket „Brandenburg“ sollen die folgenden Punkte bearbeitet werden.

• Weiterentwicklung methodischer Aspekte der Sulfatmodellierung

o Erläuterung und Dokumentation des von WBalMo zur Verfügung gestellten Mengenge- rüstes

o Diskussion möglicher Schwankungsbreiten und Modellunsicherheiten

o Präzisierung des Sulfateintrages über den Pfad Kippengrundwasser → Tagebaurest- see → Vorfluter

• Differenzierung der Sulfateinträge aus den Speicherbecken Bärwalde und dem Speichersystem Lohsa II EV4.doc - Auf der Basis der zur Verfügung gestellten WBalMo-Daten, den prognostizierten Seewas- BB - serqualitäten und den diffusen Einträgen über den Pfad Kippengrundwasser → Restsee 21 Bericht - sollen die resultierenden Sulfatausleitungen aus den Speichern Bärwalde und Lohsa diffe- 01 -

2011 renziert dargestellt werden. \ Berlin

für

• Aktualisierung der Randbedingungen für die Modellierung 011 Nacharbeit \ Es erfolgt eine Recherche der notwendigen Details der von VEM vorgeschlagenen Maß- nahmen zur Sulfatfrachtreduzierung unter Berücksichtigung des Zeitpunktes des Wirk- 01 Texte \

Berlin samwerdens der Maßnahmen.

Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 14/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

• Einbeziehung der von Vattenfall geplanten Maßnahmen zur Sulfatfrachtminderung

Die von Vattenfall geplanten Maßnahmen zur Sulfatfrachtreduzierung werden in das Mo- dell als Bewirtschaftungsvariante integriert. Dazu gehören folgende Maßnahmen:

o Revitalisierung alter Spreearme,

o Einleiten von sulfatreichem Wasser aus der GWRA Tzschelln in den Rothwasser- und Floßgraben,

o schnellstmögliches Einleiten von Wasser aus der GWRA Tzschelln in den geplanten Hermannsdorfer See.

Dazu ist eine Anpassung der Modellstruktur erforderlich. Die Durchführung der Modellrechnung erfolgt dann unter Berücksichtigung folgender Randbedingungen:

• Realisierung aller von Vattenfall vorgeschlagenen Maßnahmen zum schnellstmöglichen Zeitpunkt.

• Die Sinnfälligkeit einer Variante „Realisierung aller von VEM geplanten Maßnahmen unter ungünstigen zeitlichen Voraussetzungen“ ist zu prüfen.

EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 15/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

4 Wasserwirtschaftliche Maßnahmen im sächsischen Einzugsgebiet zur Minderung der Sulfatfrachten in der Spree

Die Sulfatstudie für Brandenburg aus dem Jahr 2009 [3] kam zu dem Ergebnis, dass die prognostischen Sulfatkonzentrationen im Unterlauf der Spree (Pegel Große Tränke) bis nahe an den Immissionszielwert von 250 mg/l heranreichen und besonders im Zeitraum von 2010 bis 2020 diesen auch zeitweilig überschreiten werden. Die in [3] untersuchten wasserwirtschaftlichen Maßnahmen

• Überleitung zusätzlicher Wassermengen zur Dahme (Variante 1) und

• Oderwasserüberleitung (3 m³/s) (Variante 2)

brachten keine grundsätzliche Verbesserung der Situation. Obwohl bei der Variante 2 (Oder- wasserüberleitung) eine bessere Wirksamkeit hinsichtlich der Senkung der Sulfatgehalte zu verzeichnen war, reichte die erzielte Wirksamkeit nicht aus, um am Pegel Große Tränke sicher den Immissionszielwert zu unterschreiten. Erst die Kombination beider Maßnahmen brachte am Pegel Große Tränke eine dauerhafte und sichere Unterschreitung des Immissionszielwertes von 250 mg/L.

Mit diesem Ergebnis war aber noch nicht sichergestellt, dass auch für Berlin der Immissions- EV4.doc - zielwert für den südöstlichen Zulauf über die Dahme (Schleuse Neue Mühle) unterschritten BB - werden kann, weil bei Variante 1 nur eine Umleitung der Sulfatfracht über die Dahme erfolgt 21 Bericht - und somit lediglich eine Verschiebung von Sulfatfracht von der Schleuse Wernsdorf zur Schleu- 01 - 2011

\ se Neue Mühle erfolgt. Auf die Sulfatbelastung im Langen See bis zur Mündung der Dahme in

Berlin die Spree hat die Variante 1 (außer geringfügigen zeitlichen Verschiebungen) keinen positiven für Einfluss. Das Gebiet zwischen Langem See und Müggelsee ist aber auf Grund der dort vorhandenen Förderbrunnen für die Trinkwassergewinnung relevant. 011 Nacharbeit \

01 Texte Bezüglich der Oderwasserüberleitung konnte in der Sulfatstudie von 2009 keine endgültige \

Berlin Empfehlung gegeben werden, weil zu den Auswirkungen der Überleitung auf die Wasserbe- schaffenheit der Berliner Gewässer keine aktuelle Bewertung vorlag. In einer neuen, aber noch nicht abschließenden Untersuchung [12] der Bundesanstalt für Gewässerkunde zu Möglichkei- Senatsverwaltung - ten und Grenzen einer Oderwasserüberleitung werden verschiedene Mischungsverhältnisse

30100060 von Spreewasser zu Oderwasser auf der Grundlage der aktuellen Beschaffenheitssituation und \

Lw O der Rechtslage diskutiert. Eine abschließende Bewertung konnte bis dato noch nicht vorge- von nommen werden. Als maßgebliche Restriktion hat sich die derzeit technisch sowie dargebots- Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 16/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

seitig begrenzte Überleitungsmöglichkeit über den Oder-Spree-Kanal herausgestellt. Es konnte daher lediglich eine mögliche mittlere Überleitungsmenge von etwa 1 m³/s im Gutachten be- rücksichtigt werden. Deshalb wurde diese Wassermenge in Szenario B (Oderwasserüberlei- tung) angesetzt (siehe Kapitel 5.3 Szenarienauswahl).

Aus diesen Gründen hatten die Aussagen der Sulfatstudie von 2009 [3] einen in bestimmten Teilen vorläufigen Charakter, weil nicht alle möglichen Maßnahmen und Auswirkungen bis zum Ende hin verfolgt werden konnten. Außerdem wurden nach Fertigstellung der Sulfatstudie Maß- nahmen aus dem sächsischen Einzugsgebiet bekannt, die zu einer merklichen Reduzierung der Sulfatfrachten führen würden. Diese Gründe führten dazu, dass einerseits eine Modellerweite- rung bis zu den südöstlichen Zulaufpegeln von Berlin (Rahnsdorf sowie Schleusen Wernsdorf und Neue Mühle) erfolgen sollte und andererseits die Auswirkungen der geplanten Maßnahmen in Sachsen zur Minderung der Sulfatfrachten untersucht werden sollten.

Restsee + 1 28 m NHN EV4.doc

- e BB - c + 1 28,5 m NHN Klarwasserableiter 21 Bericht

- Ost (KWO) 01 - d

Bereich Altarme 2011 \ Spree Berlin für 011 Nacharbeit \

Flutung Hermannsdorfer See c über KWO 01 Texte \ d Revitalisierung der Altarme der Spree Tagebaurestgewässer (geplant) Speisung Floßgraben Berlin e

Abbildung 1: Wasserwirtschaftliche Situation im Umfeld des Tagebaus Nochten mit den geplanten Maßnahmen zur Minderung der Sulfatfracht in der Spree Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 17/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Tabelle 1: Geplante Maßnahmen zur Verminderung der Sulfatfrachten in der Spree

Nr. Maßnahme Beginn der Wassermenge Wirksamkeit Frühester geplanter 10 m³/min c Flutung Hermannsdorfer See Flutungsbeginn: 2013 d Revitalisierung Altarme Spree 1.Quartal 2012 5 m³/min Überleitung zum Floßgraben / 1. Quartal 2012 5 m³/min e Rothwassergraben

Die von Vattenfall vorgeschlagenen wasserwirtschaftlichen Maßnahmen beinhalten die Ver- wendung von sulfatreichem Wasser der GWRA Tzschelln für Flutungs- und Ökowassereinspei- sungen außerhalb des Einzugsgebietes der Spree. Die GWRA in Tzschelln wurde von Vatten- fall ausgewählt, weil hier hohe Sulfatkonzentrationen im gereinigten Grubenwasser vorliegen und daher durch diese Maßnahmen eine vergleichsweise hohe Reduzierung der Frachten mög- lich ist.

Im Einzelnen sind folgende Maßnahmen vorgesehen (siehe auch Tabelle 1):

1. Verwendung von gereinigtem Sümpfungswasser des Tagebaus Nochten für die Flutung des Hermannsdorfer Sees. EV4.doc - BB - 2. Revitalisierung der Altarme der Spree mit Versickerung von gereinigtem Sümpfungs- wasser der GWRA Tzschelln in den Altarmen. 21 Bericht - 01 - 3. Überleitung von gereinigtem Sümpfungswasser der GWRA Tzschelln zur Speisung von 2011 \ Floß- und Rothwassergraben nahe Weißwasser. Berlin für Die wasserwirtschaftliche Situation im Umfeld des Tagebaus Nochten mit diesen genannten Maßnahmen ist in Abbildung 1 dargestellt. 011 Nacharbeit \

01 Texte \ Gegenwärtig erfolgt bei Vattenfall die Schaffung der rechtlichen und technischen Vorausset-

Berlin zungen für die Realisierung der Maßnahmen. Dazu gehören die Planung und das Genehmi- gungsverfahren eines Überleiters von der GWRA Tzschelln zu den Ökowassereinleitungsstellen am Nord-, Rothwasser- und Floßgraben (Klarwasserableiter Ost, KWO). Mit dem Bau dieses Senatsverwaltung - Ableiters sind die Errichtung einer Pumpstation und der Bau eines Klarwasserzwischenspei- 30100060 \ chers verbunden. Lw O

von Das Genehmigungsverfahren für die Revitalisierung der Spree-Altarme mit Versickerung von gereinigtem Sümpfungswasser aus der GWRA Tzschelln ist ebenfalls eingeleitet. Gegenwärtig Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 18/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

werden von Vattenfall der aktuelle Stand des Grundwasserwiederanstieges im Bereich der Spree-Altarme überprüft und die Ergebnisse der aktualisierten Grundwassermodellierung ausgewertet. Für die Machbarkeit der Versickerungsvariante sind ein ausreichender Abstand des Grundwasserspiegels zum Wasserstand in der Spree und die Funktionsfähigkeit der Sohldich- tung der Spree ausschlaggebend. Diese Sohldichtung wurde bei der Umverlegung der Spree an den Rand des Tagebaus Nochten als Schutz gegen Versickerungsverluste angelegt. Sie erstreckt sich unterhalb der Ortslage Sprey auf einer Länge von 3,2 km (siehe Abbildung 2) und schließt den Bereich der Spreealtarme mit ein. Im Zuge des Grundwasserwiederanstieges ist ein teilweiser oder gänzlicher Rückbau der Foliendichtung erforderlich, weil diese sonst durch das aufsteigende Grundwasser angehoben werden könnte, was zu geotechnischen Instabilitä- ten in den Uferböschungen führen würde.

Von Seiten der LMBV wird deshalb geprüft, in welchen Bereichen der Spree die Entfernung der Dichtungsfolie erforderlich ist. Dies hängt wiederum vom Flutungsfortschritt im Speicher Loh- sa II ab und von der endgültigen maximalen Einstauhöhe. Gegenwärtig liegen zu diesem gesamten Maßnahmenkomplex keine aktuellen belastbaren Aussagen, Planungen oder Auswer- tungen von Grundwassermodellierungen vor. Die Klärung dieser Situation ist jedoch eine wichtige Voraussetzung, um die Maßnahme zur Versickerung von gereinigtem Wasser aus der GWRA Tzschelln in den Altarmen der Spree realisieren zu können. EV4.doc - BB - Nach dem Stand der reinen technischen Vorbereitung des Vorhabens zur Versickerung in den 21 Bericht

- Altarmen, könnte die Maßnahme im ersten Quartal 2012 beginnen. Dies setzt jedoch voraus, 01 - dass die genannten offenen Probleme im Zusammenhang mit dem Grundwasserwiederanstieg 2011 \ in Abstimmung zwischen Vattenfall, der LMBV und den Genehmigungsbehörden bis dahin ge- Berlin für klärt werden können. Ein Scheitern der Maßnahme auf Grund sich einstellender Grundwasser- spiegellagen kann beim gegenwärtigen Kenntnisstand nicht ausgeschlossen werden. Für die 011 Nacharbeit \ Modellierung der Sulfatkonzentration in der Spree wurde deshalb im erstellten Playerfile (siehe Anlage 2) im Menü „Steuerparameter 1“ eine Auswahlmöglichkeit der realisierbaren Maßnah- 01 Texte \ men vorgesehen. Damit kann die Maßnahme „Versickerung Altarme Spree“ ein- bzw. ausge- Berlin schaltet werden. Darüber hinaus lässt sich im Menüpunkt „Steuerparameter 2“ der Zeitpunkt der Wirksamkeit einstellen. Mit diesen Auswahlmöglichkeiten wurde im Modell die notwendige Fle- Senatsverwaltung - xibilität geschaffen, um auf die aktuelle Situation reagieren zu können. 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 19/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Altarme Spree EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für

Spreeabschnitt mit Foliendichtung 011 Nacharbeit \ Abbildung 2: Spreeabschnitt zwischen Sprey und Neustadt mit Bereich der Folienabdichtung und den Altarmen der Spree 01 Texte \ (Kartengrundlage: Studie Hochwasserschutzkonzeption Spree, Staatliches Um-

Berlin weltfachamt Bautzen, 2004)

Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 20/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

5 Darstellung von methodischen und inhaltlichen Aspekten der Mo- dellierung des Sulfattransportes

Bei dem für die Prognose der Sulfatkonzentration verwendeten Modellkonzept handelt es sich um ein sogenanntes Systemmodell. Das bedeutet, dass eine Reihe von Prozessen nicht innerhalb des Modells selbst berechnet werden, sondern auf Ergebnisse detaillierter komplexer Mo- dellierungen zurückgegriffen wird, indem diese in geeigneter Weise einbezogen werden. Bei- spiele dafür sind die Verwendung eines in WBalMo erzeugten Mengengerüstes und die Ver- wendung der Ergebnisse komplexer Grundwassermodellierungen. In Abbildung 3 ist dies schematisch dargestellt. Um die Darstellung der fachlichen Aufgabenstellung und die Diskus- sion der Ergebnisse aus der Modellierung nicht durch Details zum Modellaufbau und zu dessen Funktionsweise zu überfrachten, wurden diese Ausführungen in den Anlagen 1 und 2 zusam- mengefasst. In Anlage 1 ist die Modellstruktur dargestellt und Anlage 2 enthält eine ausführliche Modellbeschreibung, in der wichtige Aussagen zum konzeptionellen Ansatz, zu den modelltechnische Grundlagen sowie zu den verwendeten Teilmodellen enthalten sind und in der auch zur Prognosesicherheit Stellung genommen wird.

5.1 Generelle Herangehensweise und notwendige Abstraktionen

Bei der Entwicklung des Flussgebietsmodelles für die Spree zur Prognose der Sulfatkonzentra- EV4.doc - BB - tionen und Frachten musste ein Kompromiss zwischen Aufwand zur Modellentwicklung und Prognosegenauigkeit gefunden werden. 21 Bericht - 01 - 2011 \ Dieser Kompromiss wurde dadurch erreicht, dass einerseits bereits vorhandene und ausgereifte Berlin

für Modelle benutzt wurden, um wichtige Ausgangsdaten für die Modellierung des Sulfattransportes zur generieren. Bei diesen Modellen handelt es sich einerseits um das Flussgebietsbewirtschaf- tungsmodell WBalMo sowie um hydrologische und hydrogeologische Großraummodelle der 011 Nacharbeit \ LMBV für die ehemaligen Tagebaubereiche und Kippen. 01 Texte \

Berlin Andererseits erfolgte eine Konzentration auf die wichtigsten Sulfatquellen, die sich wie folgt zu- sammensetzen: Senatsverwaltung - • Einleitungen aus Grubenwasserreinigungsanlagen. Hier wurden aus den Angaben der Bergbaubetriebe Vattenfall und LMBV Zeitreihen für Einleitungsmengen und Sulfatfrach- 30100060 \ ten aufgestellt, die sich aus den betrieblichen Prognosen der Bergbauplanung ergeben. Lw O

von Diese Zeitreihen sind bereits in den vorangegangenen Sulfatstudien für Sachsen [2] und für Brandenburg [3] enthalten. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 21/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

• Erstellung von Teilmodellen für den diffusen Eintrag von Sulfat in die Spree unter Ver- wendung der o. g. externen Modelle sowie Festlegung einzelner Abstrombereiche von den Kippen, für die die zeitliche Entwicklung der Sulfatfreisetzung und des Transportes zum Vorfluter unter Berücksichtigung der hydrogeologischen Verhältnisse ermittelt wird. Diese Teilmodelle berücksichtigen den Sulfateintrag in die Spree aus den Kippenberei- chen der stillgelegten Tagebaue. Der Sulfataustrag, der aus der Mobilisierung von Verwitterungsprodukten aus dem gesamten Grundwasserabsenkungstrichter außerhalb der ehemaligen Tagebauge- biete resultiert, konnte nicht berücksichtigt werden, weil bisher hierzu keine ausreichende Datenbasis weder zur Abgrenzung kritischer Bereiche noch zu Grundwasser- qualitäten noch zum vorhandenen Sulfatbildungspotenzial vorhanden ist. Nach Auskunft der LMBV [27] wurden kürzlich Arbeiten beauftragt, die sich mit der Quantifizierung dieser Sulfat- und Eisenquellen befassen. Mit belastbaren Ergebnissen ist nicht vor Ende 2011 zu rechnen.

• Ermittlung der Sulfatausleitungen aus den Tagebaurestseen und Speichern in Überein- stimmung mit den Flutungsprognosen der LMBV. Hierbei wurden jeweils die in den Gü- tegutachten enthaltenen Qualitätsdaten und die Angaben zur Wasserstandsentwicklung berücksichtigt. Die Prognose der Sulfatkonzentrationen und Ausleitfrachten wurde dann

EV4.doc über die Wasserbilanzdaten und den sulfatbelasteten Grundwasserzustrom zu den - BB - Restseen ermittelt. 21 Bericht - • Für sulfathaltige Fremdzuflüsse zur Spree, die in keinem Zusammenhang mit bergbauli- 01 - chen Aktivitäten stehen, wurden aus der Gewässerüberwachung der Länder Sachsen, 2011 \

Berlin Brandenburg und Berlin Monitoringdaten verwendet. Für diese Daten wurden die Moni- für toringdaten mindestens seit dem Jahre 2000 ausgewertet und der langjährige Median- wert mit der ermittelten Standardabweichung als Schwankungsbreite der Sulfatkonzent- 011 Nacharbeit \ ration für die Prognoserechnungen in Ansatz gebracht.

01 Texte \ Hinsichtlich des Transportverhaltens des Sulfates in den Kippen und dann im Flusssystem wur- Berlin den folgende Modellelemente berücksichtigt:

Senatsverwaltung - In den Teilmodellen für den diffusen Austrag von Sulfat aus den Braunkohlenkippen wurden geochemische Vorgänge in sehr vereinfachter Form berücksichtigt. Es wird das Gesamtinventar 30100060 \ des in der Kippe mobilisierbaren Sulfates einschließlich der Nachlieferung aus der ungesättig- Lw O von ten Zone sowie die Auswaschung und Verdünnung durch die Prozesse der Grundwasserneu- Projekte

\ bildung berücksichtigt. Details zu den Modellgrundlagen werden in [2] dargestellt. Prozesse der

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 22/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Stoffwandlung des Sulfates zum Beispiel durch reduktive Prozesse (Sulfidbildung) werden in dem Modell nicht berücksichtigt. NA-Prozesse mit mikrobieller Sulfatreduktion wurden in neusten Forschungsprojekten [14] zwar nachgewiesen, deren Ausmaß ist aber von der Verfügbar- keit einer geeigneten Kohlenstoffquelle abhängig. Gegenüber der Auswaschung von Sulfat sind dies jedoch extrem langsame Prozesse, so dass eine Vernachlässigung der Stoffwandlung des Sulfates in erster Näherung richtig ist und als konservative Modellannahme gerechtfertigt werden kann. Auch im Spreewald konnte keine dauerhafte Festlegung von Sulfat durch mikrobielle Sulfatreduktion nachgewiesen werden [3].

Die benötigten Abflussdaten wurden mit Hilfe des Flussgebietsbewirtschaftungsmodelles WBalMo für den Prognosezeitraum bis 2052 durch das LUGV Brandenburg generiert. Für die benötigten Bilanzknoten des Flussgebietes wurden einmal monatliche Mittelwerte des Ab- flusses zur Verfügung gestellt, sowie Abflusswerte mit 50%iger und 80%iger Überschreitungs- wahrscheinlichkeit.

Die monatlichen Mittelwerte konnten mit WBalMo getrennt für die Einzeljahre des gesamten Simulationszeitraumes (2003 bis 2052) berechnet werden. Die Abflusswerte für bestimmte Ü- berschreitungswahrscheinlichkeiten lassen sich mit Hilfe von WBalMo allerdings nur für feste 5- Jahres-Zeiträume, beginnend ab 2003 berechnen. Innerhalb dieser 5-Jahres-Perioden hat dann EV4.doc -

BB jeder Januar, Februar usw. immer den gleichen Abflusswert. Mit diesem „Mengengerüst“ erfolg- - te dann die Simulation der Sulfatkonzentrationen an den Bilanzpunkten des Flusssystems, in- 21 Bericht -

01 dem die aus den verschiedenen Quellen stammenden Sulfatfrachten in der korrekten zeitlichen - 2011 \ Abfolge von einem Bilanzknoten zum nächsten „weitergereicht“ werden. Bei den großen Spei-

Berlin chern und Seen innerhalb des Flusssystems kommen noch unter Beachtung der mittleren Ver- für weilzeit Mischungseffekte hinzu, die zur Abflachung von Konzentrationsschwankungen führen.

011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 23/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Zuflussfrachten Sulfat WBalMo aus GRWR und anderen Mengengerüst Punkteinleitern - monatliche Mittelw erte (Zeitreihen mit jährlicher - Überschreitungs- Diskretisierung) w ahrscheinlichkeiten

GoldSim-Modell

Teilmodell diffuser Boxmodell mit Modulation täglicher Sulfataustrag Sachsen unterschiedlichen WK Abflussdaten - gemessene Abflussverteilung - Festlegung separater Abstrom- - Netzw erk von Bilanzknoten und Numerische bereiche Kippe → Vorfluter Wasserkörpern mit unterschiedlicher Großraummodelle - Kippenflächen Struktur Modulation der LMBV - Ausw aschungsfaktor - Flussabschnitte Sulfatkonzentration - mittlere Sulfatkonz. im GW - Tagebaurestseen - Strömungsquerschnitte - Speicherbecken - Zeitreihen der Punktquellen - Zeitp. Beginn Abstrom - GWRA - Mittelw erte der nicht-bergbaulichen Einträge - Berücksichtigung der Unschärfe durch Normalverteilung Teilmodell diffuser Sulfataustrag Brandeburg

- Festlegung separater Abstrom- N-A-Modelle der Simulation & Ergebnisse bereiche Kippe → Vorfluter DHI-Wasy GmbH - Kippenflächen - Monte-Carlo-Simulation Schlabendorf/Seese & - Ausw aschungsfaktor - Zuf allsparameter Gutachten BTU - mittlere Sulfatkonz. im GW - Realisierungen - Strömungsquerschnitte - Diagramme, Wahrscheinlichkeits- - Zeitp. Beginn Abstrom verteilungen

Modellstruktur und Daten

GoldSim-Player

- Hauptmenü - einstellbare Parameter - Simulation durchführen EV4.doc - - graphische und tabellarische BB

- Auswertung - Modell browsen 21 Bericht - Abbildung 3: Grundsätzliche Struktur des entwickelten Flussgebietsmodelles zur Simulation 01 - von Sulfatkonzentrationen und Frachten sowie Zusammenwirken mit externen 2011 \ Modellkomponenten Berlin

für

Die Ergebnisausgabe und –visualisierung erfolgt mit Hilfe des GoldSim-Modells. Aufbau und 011 Nacharbeit

\ Funktion des GoldSim-Modelles sind in Anlage 2 beschrieben. Im dem AG zur Verfügung gestellten Playerfile lassen sich bestimmte Ausgangsparameter variieren und an Hand einer Mat- 01 Texte \ rix die zu berechnende Variante auswählen. Damit ist die Berechnung aller Modellvarianten Berlin möglich, deren Ergebnisse nicht komplett in diesem Bericht dargestellt und diskutiert werden können. Senatsverwaltung - 5.2 Prüfung der Möglichkeiten zur Berücksichtigung von Klimaänderungen 30100060 \

Lw O Im Rahmen der Überarbeitung des GoldSim-Modells zur Simulation der Sulfatkonzentrationen von in der Spree sollte geprüft werden, ob zusätzlich zu den bereits vorgestellten Änderungen ein Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 24/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Szenario „Klimawandel“ eingeführt werden kann, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wassermengen und damit einhergehend auf die Sulfatfrachten und -konzentrationen abbilden zu können.

Derzeit läuft bis Ende des Jahres 2010 das Forschungsprojekt GLOWA-Elbe, dessen Ziel es ist, „den globalen Wandel und seine Wirkungen auf den Wasserkreislauf für ausgewählte Flussge- biete zu analysieren und geeignete Strategien zur Verhinderung bzw. Minderung schädlicher Auswirkungen und zur Sicherung einer nachhaltigen Entwicklung zu identifizieren“ [7]. Für diesen Zweck wurde im Projekt GLOWA-Elbe ein Modellverbund für das gesamte Einzugsgebiet der Elbe entwickelt mit dessen Hilfe die Eingangsdaten für die Modellierung der Langfristbewirt- schaftung bereitstellt werden sollen. Ein wesentlicher Punkt des Projektes GLOWA-Elbe ist es, die klimabedingte Verminderung des Wasserdargebotes in die Modellierung der Langfristbe- wirtschaftung einzubeziehen.

Die Simulation des natürlichen Wasserdargebotes wird extern vorgenommen (d. h. außerhalb von WBalMo). Im WBalMo GLOWA-Elbe wird hierzu das öko-hydrologische Modell SWIM (Soil and Water Integrated Model) genutzt. Um den Einfluss von Klimaänderungen auf das Wasser- dargebot zu erfassen, wird im GLOWA-Elbe das Klimamodell STAR (STAtistisches Regional- modell) verwendet, um damit Klimadaten wie Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit und Nie- EV4.doc -

BB derschlag aus täglichen meteorologischen Parametern auszuwerten und daraus Zukunftssze- - narien zu bestimmen. Die mit STAR bzw. SWIM erzeugten Daten (Tageswerte) werden für das 21 Bericht -

01 Langfristbewirtschaftungsmodell zu Monatswerten aggregiert. Zwischen dem Modellen SWIM -

2011 \ und WBalMo wurde durch die DHI-WASY eine Schnittstelle erstellt, um schließlich Klimaszena-

Berlin rien in die WBalMo-Simulationen einbeziehen zu können (siehe [5] bis [7]). für Neben den genannten Klimamodellen, die sich im Wesentlichen auf die Elbe und die sie umge- benden Gebiete beziehen wird außerdem das Klimamodell WEREX entwickelt, welchen für das 011 Nacharbeit \ Bundesland Sachsen verwendet wird [8]. Dieses Modell sagt für die nächsten 50 Jahre einen 01 Texte

\ Niederschlagsrückgang in Nord- und Ostsachsen um mehr als 30% voraus, wobei sich im Win-

Berlin ter die Niederschlagsmenge nur unwesentlich ändern wird.

Die vorgestellte Modellkette (STAR→SWIM→WBalMo), wie sie derzeit für durch die DHI-WASY Senatsverwaltung - GmbH erarbeitet wird, kann in GoldSim nicht eingebunden werden, da zum einen die beiden 30100060

\ Modelle STAR und SWIM beim Auftragnehmer (G.E.O.S.) nicht vorliegen, zum anderen die

Lw O Programmierung einer Schnittstelle zwischen den Modellen für das vorliegende Projekt nicht von vorgesehen ist. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 25/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Eine andere Möglichkeit, ein sinkendes Wasserdargebot zu simulieren, ist die Verwendung von Abflussüberschreitungswahrscheinlichkeiten > 50 %, die sich bereits mit der gegenwärtigen WBalMo-Variante erzeugen lassen. Dabei entsprechen:

• 50%-Abfluss-Überschreitungswahrscheinlichkeit - normalen Verhältnissen,

• 80%-Abfluss-Überschreitungswahrscheinlichkeit - moderat trockenen Verhältnissen und

• 95%-Abfluss-Überschreitungswahrscheinlichkeit - sehr trockenen Verhältnissen.

Obwohl die zu erwartenden Klimaänderungen mit einem Rückgang der Niederschläge auch zu verringerten Abflüssen führen werden, kann durch die Verwendung von Überschreitungswahr- scheinlichkeiten > 50 % kein direkter (kausaler) Zusammenhang zu Klimaveränderungen hergestellt werden.

In Anlage 2 (Abbildungen 2 und 3) sind beispielhaft die Abflussdaten für das Bilanzprofil 200_Spremberg mit 50, 80 und 95%iger Überschreitungswahrscheinlichkeit dargestellt. Gegen- über den Monatsmittelwerten ergibt sich zum Beispiel bei 80% Überschreitungswahrscheinlich- keit ein Abflussrückgang von bis zu 40 %. Dies bedeutet, dass bei Beibehaltung der Quellstär- ken für die Sulfatquellen, die Konzentrationen um einen adäquaten Betrag ansteigen würden. Mit einem Rückgang des Wasserdargebotes ist aber auch immer eine Rückwirkung auf die Sul- EV4.doc - BB - fatquellen verbunden, weil die Sulfatfrachten sehr stark an die Abflussmengen gekoppelt sind. Daher ist es nicht plausibel, die Simulation der Sulfatkonzentrationen in der Spree mit stark 21 Bericht - 01 - vermindertem Wasserdargebot bei Beibehaltung der Quellstärken (diffuse Quellen und Punkt- 2011 \ einleitungen) durchzuführen. Leider gibt es aber im Moment keine Möglichkeit, den Einfluss des Berlin für Dargebotsrückganges auf die Stärke der Sulfatquellen zu beschreiben, da die Quellstärke z. B. der diffusen Quellen mit Hilfe externer Modelle ermittelt wurden, die diese Möglichkeit nicht vorsehen. Dies ist das Hauptproblem bei der angestrebten Modellierung der Klimaveränderungen 011 Nacharbeit \ auf den Sulfattransport. Aus diesen Gründen musste die Möglichkeit der Berücksichtigung von 01 Texte \ Szenarien mit Klimawandel innerhalb dieser Studie aufgegeben werden. Eine modellgestützte Berlin Prognose der Sulfatkonzentrationen unter Berücksichtigung von Klimaänderungen kann erst erfolgen, wenn die entsprechenden WBalMo-Daten zur Verfügung stehen und wenn der Ein- fluss des Dargebotsrückganges auf die Sulfatquellen beschrieben werden kann. Da es sich Senatsverwaltung - hierbei aber um eine Stofftransportmodellierung handelt, ist diese vergleichsweise schwieriger 30100060 \ als die Modellierung der reinen Wassermengen. Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 26/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

5.3 Begründung und Erläuterung der modellierten Szenarien In der Sulfatstudie Brandenburg [3] wurden drei Szenarien für die Untersuchung von möglichen wasserwirtschaftlichen Steuerungsmaßnahmen zur Beeinflussung der Sulfatkonzentration untersucht. Diese (Grund-)Szenarien bleiben weiterhin bestehen und werden zur Verwendung in dieser Studie wie folgt bezeichnet:

• Variante A: Referenzvariante (keine gezielten Maßnahmen zur Beeinflussung der Sulfatkonzentration).

• Variante B: Oder-Überleitung (Überleitung von Oderwasser über den Spree-Oder- Kanal in die Berliner Gewässer).

• Variante C: Erhöhte Überleitung von Spreewasser in die Dahme über den Dahme- Umflut-Kanal.

Die Referenzvariante A dient zum Vergleich mit den anderen Varianten, d. h. zur Ermittlung der Effekte (Minderung der Sulfatkonzentration), welche durch die Varianten B und C erreichbar sind. Bei der Variante B wurden neuere Erkenntnisse zur Oderwasserüberleitung berücksich- tigt[12] (siehe Kapitel 4). An der Variante C wurden gegenüber der Sulfatstudie 2009 [3] keine Veränderungen vorgenommen.

EV4.doc - BB - Zu diesen Varianten A, B und C kommen als mögliche Maßnahmen zur Frachtminderung die im Kapitel 4 erläuterten Maßnahmen im sächsischen Einzugsgebiet hinzu: 21 Bericht - 01 - 2011 \ 1. Verwendung von gereinigtem Sümpfungswasser des Tagebaus Nochten für die Flutung

Berlin des Hermannsdorfer Sees. für

2. Revitalisierung der Altarme der Spree mit Versickerung von gereinigtem Sümpfungs- wasser der GWRA Tzschelln in den Altarmen. 011 Nacharbeit \ 3. Überleitung von gereinigtem Sümpfungswasser der GWRA Tzschelln zur Speisung von 01 Texte \ Floß- und Rothwassergraben nahe Weißwasser. Berlin

Aus diesen drei möglichen Maßnahmen zur Verminderung der Sulfatfrachten in der Spree sind theoretisch acht Kombinationen möglich, aus denen für die Modellierung folgende 5 Varianten Senatsverwaltung - ausgewählt wurden: 30100060 \ (0) Referenzvariante: keine der o. g. drei Maßnahmen wird durchgeführt Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 27/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

(1) Alle drei Maßnahmen werden durchgeführt (Maßnahmebeginn entsprechend Tabelle 1, S. 18)

(2) Nur Maßnahme 1. (Flutung Hermannsdorfer See)

(3) Nur Maßnahme 2. (Revitalisierung Altarme Spree)

(4) Nur Maßnahme 3. (Überleitung KWO und Speisung Floß- und Rothwassergraben)

Aus der Kombination der Varianten A, B und C mit den Varianten (0) bis (4) ergibt sich die in Tabelle 2 dargestellte Variantenmatrix.

Tabelle 2: Variantenmatrix zur Steuerung der Sulfatkonzentration in der Spree

Grundvarianten Maßnahmen in Sachsen (0) (1) (2) (3) (4) A (Referenzvariante) A-0 A-1 A-2 A-3 A-4 B (Oder-Überleitung: 1 m³/s) B-0 B-1 B-2 B-3 B-4 C (Überleitung zur Dahme: 3 m³/s) C-0 C-1 C-2 C-3 C-4

Theoretisch sind weitere Kombinationen denkbar (z. B. die gleichzeitige Aktivierung der Varian- ten B und C). Es macht aber keinen Sinn, alle denkbaren Kombinationen zu berechnen und im EV4.doc - Bericht darzustellen. Die wichtigsten auch im Bericht zu diskutierenden Varianten sind in der BB - Tabelle 2 grau hinterlegt. Es handelt sich um die Varianten A-0 bis C-0 und A-1 bis C-1. A-0 ist 21 Bericht - die Referenzvariante, bei der keine Maßnahmen zur Sulfatfrachtsteuerung durchgeführt werden 01 -

2011 (Minimalvariante). Und B-1 ist die Maximalvariante, bei der alle drei Maßnahmen in Sachsen \

Berlin durchgeführt werden und zusätzlich die Oderwasserüberleitung mit 1 m³/s aktiv ist. Die C- für Varianten (Überleitung von Wasser zur Dahme) sind hauptsächlich für den Spreeabschnitt unterhalb des Spreewaldes bis zum Pegel Große Tränke interessant, weil durch die Überleitung 011 Nacharbeit \ zur Dahme die Sulfatfracht in diesem Spreeabschnitt reduziert wird. Die Wirksamkeit der Vari- anten C-0 und C-1 ist in Anlage 3 beispielhaft für den Bilanzpunkt Beeskow dargestellt. Für die 01 Texte \

Berlin Berliner Bilanzprofile bringt die Untersuchung der C-Varianten keine Vorteile, weil hier ein Teil der Sulfatfracht lediglich über die Dahme umgeleitet wird aber trotzdem in die Berliner Gewäs- ser gelangt. Nur der Spreeabschnitt unterhalb Leibsch bis Rahnsdorf kann von der Variante C Senatsverwaltung - profitieren. Gleichzeitig kommt es aber zur Erhöhung der Sulfatkonzentrationen in der Dahme bis zur Mündung in die Spree. Aus diesen Gründen wurde auf eine detaillierte Darstellung der 30100060 \

Lw O C-Varianten für die Berliner Bilanzprofile verzichtet. Die Daten können aber im Playerfile einge- von sehen und auch dargestellt werden (siehe mitgelieferte CD). Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 28/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Mit Hilfe des Playerfiles (siehe Anlage 2) lassen sich alle denkbaren Kombinationen realisieren bzw. berechnen. Dazu dient das Menü „Steuerparameter1“. Außerdem lässt sich hier einstellen, ob die monatlichen Mittelwerte oder die Medianwerte für die Simulation genutzt werden sollen. EV4.doc - BB -

21 Bericht Abbildung 4: Menü Steuerparameter1 aus dem Playerfile zur Auswahl der Varianten und zur - 01 - Auswahl der WBalMo-Datenbasis 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 29/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

6 Modellierungsergebnisse

6.1 Hinweise zur Ergebnisdarstellung

Für die Darstellung der modellierten Sulfatkonzentrationen bzw. Frachten wurden folgende Bi- lanzprofile ausgewählt:

• 200_Spremberg (Spremberg Wilhelmsthal)

• 250_Leibsch

• 270_Große Tränke

• 260_Beeskow

• 310_Rahndorf (Spree, Zufluss Müggelsee)

• 327_Dahme oh. Mündung in die Spree

Für diese Bilanzprofile sind die Modellierungsergebnisse als Diagramme in Anlage 3 dargestellt.

Als Vergleichs- und Orientierungswerte wurden die folgenden in den länderübergreifenden Be- wirtschaftungsgrundsätzen [16] enthaltenen Immissionszielwerte berücksichtigt:

• Spremberg Wilhelmsthal ≤ 450 mg/L (90-Perzentil) EV4.doc - BB

- • Leibsch ≤ 275 mg/L (90-Perzentil)

Für die ausgewählten Bilanzprofile im Unterlauf der Spree (Zuflüsse nach Berlin) wurde als Im- 21 Bericht - 01 - missionszielwert der Wert von 250 mg/L Sulfat angesetzt. Dieser Wert wurde dem Wasserver- 2011 \ sorgungskonzept für Berlin [17] entnommen. In dieser Studie werden 5 Szenarien mit unter- Berlin für schiedlichen Sulfatkonzentrationen in den südöstlichen Zuflüssen untersucht, um abzuschät- zen, bis zu welcher Sulfatkonzentration in den Oberflächengewässern (insbesondere Spree und Dahme) die Trinkwasserversorgung der Stadt Berlin gesichert ist. Für die Simulation wurden bei 011 Nacharbeit \ den einzelnen Wasserwerken aus der betrieblichen Kenntnis Annahmen für die landseitige Vor- 01 Texte \ belastung im Grundwasser und die Uferfiltratanteile getroffen. Im Ergebnis dieser Untersuchun- Berlin gen wurde geschlussfolgert, dass „zur Aufrechterhaltung der Trinkwasserqualität mit maximal 240 mg SO4/L …es unumgänglich (ist), die Sulfatkonzentration der südöstlichen Zuflüsse auf

Senatsverwaltung maximal 250 mg/L zu begrenzen.“ ([17], Seite: 64). Aus diesem Untersuchungsergebnis wurde - in Abstimmung mit dem Auftraggeber für diese Studie die Berechtigung abgeleitet, als Immissi- 30100060 \ onszielwert für die südöstlichen Zuflüsse eine Sulfatkonzentration von ≤ 250 mg/L zu verwen- Lw O

von den, obwohl in der Unterlage [16] Immissionszielwerte von ≤ 220 mg/L (90-Perzentil) für Neubrück und Rahnsdorf festgelegt sind. Zu berücksichtigen ist, dass eine abschließende Be- Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 30/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

wertung der Relevanz für die Rohwassergewinnung mit der Verwendung des Immissionsziel- wertes von 250 mg/l als Prüfwert nicht möglich ist. Auf Grund der zu erwartenden Schwan- kungsbreite liegt der zu erwartende Jahres-Mittelwert deutlich niedriger. Für eine abschließende Bewertung der Vulnerabilität verschiedener Zulaufsituationen für das WW Friedrichshagen ist die Dauer von Zuständen im oberen Konzentrationsbereich ausschlaggebend. Diese Untersu- chungen sind nicht Gegenstand dieses Gutachtens.

6.2 Modellierungsergebnisse an ausgewählten Bilanzprofilen

Die wichtigsten Modellierungsergebnisse sind in Anlage 3 in Form von Diagrammen, die direkt aus dem GoldSim-Modell exportiert wurden, dargestellt. Es handelt sich dabei um folgende Mo- dellvatianten:

In Diagrammform dargestellte Modellie- Bilanzpunkte rungsergebnisse (Anlage 3) 200_Spremberg (Spremberg Wilhelmsthal) A-0 bis A-4 250_Leibsch A-0 bis A-4 270_Große Tränke A-0 bis A-4; B-0 bis B-4 260_Beeskow A-0, A-1; C-0, C-1 310_Rahndorf (Spree, Zufluss Müggelsee) A-0 bis A-4; B-0 bis B-4 327_Dahme oh. Mündung in die Spree A-0 bis A-4; B-0 bis B-4 EV4.doc - BB

- Um die Unterschiede der verwendeten WBalMo-Datenbasis (Mittelwert und Median) zu verdeut- 21 Bericht -

01 lichen sind die damit erhaltenen Simulationsergebnisse für die auf Seite 30 aufgeführten Bi- - 2011 \ lanzprofile in Anlage 3 jeweils nebeneinander gestellt. Zusätzlich wurden für die Varianten A-0

Berlin und A-1 sowie C-0 und C-1 die 90-Perzentilwerte der Sulfatkonzentration in Anlage 3 darge- für stellt.

011 Nacharbeit \ Auf der letzten Seite von Anlage 3 finden sich dann noch die Sulfatkonzentrationen und Ausleit- 01 Texte \ frachten der wichtigsten Tagebaurestgewässer und Speicher.

Berlin

Variantendiskussion Senatsverwaltung - Variante A-0: Referenzvariante (Anlage 3, Seite 1): 30100060

\ Bei dieser Variante werden keine Maßnahmen zur Sulfatfrachtsteuerung ergriffen. Die Immissi-

Lw O onszielwerte sind periodisch bei allen ausgewählten Bilanzprofilen außer bei der Dahme oh. von Mündung in die Spree (Nr. 327) überschritten. Die Überschreitung zeigt sich bei Verwendung Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 31/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

der Medianwerte deutlicher, weshalb im Sinne einer konservativen Betrachtung diese Simulati- onen für die Bewertung herangezogen werden. Die höchsten Sulfatkonzentrationen treten im Zeitraum von 2010 bis etwa 2028 auf.

Variante A-1: Maßnahmen zur Sulfatfrachtminderung in Sachsen (Anlage 3, Seite 3):

Durch die Maßnahmen zur Umverteilung von Sulfatfrachten aus der GWRA Tzschelln lässt sich in der unteren Spree und in der Dahme der Immissionszielwert von 250 mg/L einhalten. Am Profil Große Tränke wird der Immissionszielwert allerdings nur knapp unterschritten. Die Sulfat- konzentrationen liegen im Zeitraum von 2010 bis 2030 periodisch im Bereich zwischen 200 und 250 mg/l und reichen somit immer wieder bis dicht an den Zielwert heran.

Variante B-1: Maßnahmen zur Sulfatfrachtminderung in Sachsen und Oderwasserüberleitung mit 1 m³/s (Anlage 3, Seite 9): Bei dieser Variante wird der Immissionszielwert in der Unteren Spree eingehalten. Es treten aber an den Bilanzprofilen Große Tränke, Rahnsdorf und Dahme oh. Mündung über einen langen Zeitraum periodisch Sulfatkonzentrationen > 200 mg/L auf, so dass die Sicherheit zur Un- terschreitung des Immissionszieles nicht sehr hoch ist.

Variante C-1: Maßnahmen zur Sulfatfrachtminderung in Sachsen und Überleitung von Wasser zur Dahme (DUK) mit 3 m³/s (Anlage 3, Seite 14/15; Variantenvergleich für Bilanzprofil Bees- EV4.doc - kow): BB - Die Überleitung von Wasser zur Dahme ohne die Maßnahmen zur Frachtminderung in Sachsen 21 Bericht - (Variante C-0) führt im Zeitraum von 2013 bis 2025 zur wiederholten Überschreitung des Im- 01 - 2011

\ missionszielwertes von 250 mg/l am Bilanzprofil Beeskow. Erst die Kombination beider Maß-

Berlin nahmen (Variante C-1) führt dauerhaft zu Konzentration < 250 mg/L. Es treten aber über einen für langen Zeitraum periodisch Sulfatkonzentrationen > 200 mg/L auf, so dass die Sicherheit zur Unterschreitung des Immissionszieles nicht sehr hoch ist. 011 Nacharbeit \

01 Texte In den Abbildungen 5 bis 8 sind die Varianten A-0 und A-1 beispielhaft für die Bilanzprofile \

Berlin Spremberg Wilhelmsthal und Große Tränke gegenübergestellt. Beim Bilanzprofil Große Tränke wurde zusätzlich die Variante B-1 dargestellt. In den beiden Diagrammen mit gespreizter Zeit- achse ist die erreichbare Minderung der Sulfatkonzentration besser erkennbar. Senatsverwaltung -

30100060 Durch die Maßnahmen der Variante A-1 lassen sich am Bilanzprofil Spremberg Wilhelmsthal \

Lw O Minderungen der Sulfatkonzentration je nach Berechnungsmethode um 51 bis 57 mg/L erzie- von len. Wenn die Maßnahmen der Variante 1 planmäßig durchgeführt werden können, führt dies Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 32/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

dazu, dass ab 2013 der Median der Sulfatkonzentration den Immissionswert für Spremberg Wilhelmsthal nicht mehr überschritten wird.

In Tabelle 3 sind die mit den Varianten A-1 und B-1 erreichbaren Minderungen der Sulfatkon- zentration an den Bilanzprofilen Wilhelmsthal, Große Tränke, Rahnsdorf und Dahme oh. Mün- dung zusammengestellt. Die Angaben gelten für den Zeitraum 2015 bis 2020 bei planmäßiger Realisierung der in Tabelle 1 S. 18 aufgeführten Maßnahmen.

Wilhelmsthal 700

I-Wert 600 A-0 (Median) A-1 (Median) 500

400

300 Konzentration [mg/L] Konzentration 200

100

0 2003 2008 2013 2018 2023 2028 2033 2038 2043 2048 2053 EV4.doc - Jahr BB -

Abbildung 5: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Spremberg Wilhelmsthal für die 21 Bericht - 01

- Varianten A-0 und A-1 im gesamten Simulationszeitraum 2003 bis 2053 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 33/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Wilhelmsthal 700

I-Wert 600 A-0 Median) A-1 (Median) 500

400

300 Konzentration [mg/L] 200

100

0 01.01.15 01.07.15 01.01.16 01.07.16 01.01.17 01.07.17 01.01.18 01.07.18 01.01.19 01.07.19 01.01.20 01.07.20 01.01.21 01.07.21 01.01.22 01.07.22 01.01.23 01.07.23 01.01.24 01.07.24 01.01.25 Datum

Abbildung 6: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Spremberg Wilhelmsthal für die Varianten A-0 und A-1 im Zeitraum 2015 bis 2025

Große Tränke 300 EV4.doc

- 200 BB - 21 Bericht - 01 - Konzentration [mg/l] Konzentration 2011

\ 100 Berlin I-Wert für A-0 (Median) A-1 (Median) B-1 (Median) 0

011 Nacharbeit 2003 2008 2013 2018 2023 2028 2033 2038 2043 2048 2053 \ Jahr

01 Texte \

Berlin Abbildung 7: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Große Tränke für die Varianten A-0, A-1 und B-1 im gesamten Simulationszeitraum 2003 bis 2053

Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 34/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Große Tränke 300

200

Konzentration [mg/l] Konzentration 100 I-Wert A-0 Median) A-1 (Median) B-1 (Median)

0 01.01.15 01.07.15 01.01.16 01.07.16 01.01.17 01.07.17 01.01.18 01.07.18 01.01.19 01.07.19 01.01.20 01.07.20 01.01.21 01.07.21 01.01.22 01.07.22 01.01.23 01.07.23 01.01.24 01.07.24 01.01.25 Datum

Abbildung 8: Modellierte Sulfatkonzentrationen am Bilanzprofil Große Tränke für die Varianten A-0, A-1 und B-1 im Zeitraum 2015 bis 2025

Tabelle 3: Erreichbare Minderung der Sulfatkonzentration bei den Varianten A-1, B-1 und C-1 gegenüber Referenzvariante A-0 (durchschnittlicher Verminderungsbetrag im Zeitraum 2015 bis 2020) EV4.doc - Konzentrationsreduzierung BB - Szenario Dahme oh. Wilhelmsthal Beeskow Große Tränke Rahnsdorf Mündung 21 Bericht -

01 A-1 med 57 mg/l 26 mg/l 24 mg/l 20 mg/l 14 mg/l - 2011 \ B-1 med 57 mg/l 26 mg/l 36 mg/l 40 mg/l 28 mg/l

Berlin C-1 med 57 mg/l 39 mg/l 40 mg/l 34 mg/l 14 mg/l für

A-1 mw 51 mg/l 23 mg/l 22 mg/l 17 mg/l 12 mg/l 011 Nacharbeit \ B-1 mw 51 mg/l 23 mg/l 31 mg/l 32 mg/l 25 mg/l C-1 mw 51 mg/l 34 mg/l 34 mg/l 27 mg/l 10 mg/l 01 Texte \

Berlin med: Datenbasis WBalMo Medianwerte mw: Datenbasis WBalMo Mittelwerte

Senatsverwaltung - Die in Tabelle 3 aufgeführten Verminderungsbeträge sind durch Differenzbildung der simulierten Sulfatkonzentrationen zwischen der Variante A-0 auf der einen Seite und den Varianten 30100060 \ A-1, B-1 und C-1 auf der anderen Seite berechnet worden. Aus den täglichen Differenzen wur- Lw O von de dann der Mittelwert in dem o.g. Zeitraum von 2015 bis 2020 ermittelt. Diese Differenzen sind Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 35/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

auch in Abbildung 8 als Unterschied zwischen den Sulfatkonzentrationskurven zu jeweils einem bestimmten Datum ablesbar. Die Berechnung der Varianten erfolgte allerdings unter der An- nahme, dass die zugrunde liegenden Sulfatminderungsmaßnahmen dauerhaft über den gesamten Simulationszeitraum angewendet werden. Wenn zum Beispiel die die Oderwasserüberlei- tung nicht dauerhaft, sondern nur zu kritischen Zeiten erfolgt, kann natürlich auch nur in diesen Zeiten eine Minderung der Sulfatkonzentration erreicht werden.

Unsicherheiten Wilhelmstal 600

Min 500 Median Max

400

300

200 Konzentration Sulfat [mg/l] Sulfat Konzentration

100

0 01.01.2015 01.07.2015 01.01.2016 01.07.2016 01.01.2017 01.07.2017 01.01.2018 01.07.2018 01.01.2019 01.07.2019 01.01.2020 Datum EV4.doc

- BB - Abbildung 9: Schwankungsbreite der der Modellierungsergebnisse infolge Parameterunsi- cherheiten am Beispiel des Bilanzprofiles Spremberg Wilhelmsthal (Minimal- und 21 Bericht - 01

- Maximalwerte bei der Berechnung von 10 Realisierungen, Variante A-0, WBal- Mo-Datenbasis: MW) 2011 \

Berlin für In Abbildung 9 und in Abbildung 10 ist die Schwankungsbreite der Modellierungsergebnisse in Folge von Parameterunsicherheiten für die Bilanzprofile Wilhelmsthal und Große Tränke darge- 011 Nacharbeit \ stellt. Es wurden 10 Realisierungen berechnet. Die Schwankungsbreite ist in Wilhelmsthal viel größer als an den Bilanzprofilen in der Unteren Spree, weil hier auch größere Abflussschwan- 01 Texte \ kungen auftreten. Flussabwärts werden die Schwankungen geringer durch die ausgleichende Berlin Wirkung der TS Spremberg, des Spreewaldes und der Seen unterhalb des Spreewaldes. Da- durch werden sowohl Abfluss- als auch Konzentrationsspitzen abgeflacht. Bei der Berechnung Senatsverwaltung - von 100 Realisierungen lässt sich für die simulierten Sulfatkonzentrationen auch das 90- Perzentil angeben (siehe Anlage 3). 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 36/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Unsicherheiten Rahnsdorf 300

250

200

150

100

Konzentration Sulfat [mg/l] Sulfat Konzentration Min 50 Median Max

0 01.01.2015 01.07.2015 01.01.2016 01.07.2016 01.01.2017 01.07.2017 01.01.2018 01.07.2018 01.01.2019 01.07.2019 01.01.2020

Datum

Abbildung 10: Schwankungsbreite der Modellierungsergebnisse infolge Parameterunsicherhei- ten am Beispiel des Bilanzprofiles Große Tränke (Minimal- und Maximalwerte bei der Berechnung von 10 Realisierungen, Variante A-0, WBalMo-Datenbasis: MW)

6.3 Ergebnisse zur Modellierung des Sulfataustrages aus den Restseen

EV4.doc Laut Aufgabenstellung war vorgesehen, die Sulfateinträge aus den Speicherbecken Bärwalde - BB - und Lohsa II (bzw. Burghammer) differenziert darzustellen. Da das Modellkonzept für den diffusen Stoffeintrag aus den stillgelegten Tagebauen in Brandenburg überarbeitet wurde und sich 21 Bericht - 01 - hier Änderungen gegenüber der Sulfatstudie [3] ergeben haben, werden auch die Austräge aus 2011 \ den ehemaligen Tagebaubereichen Schlabendorf und Seese in diesem Zusammenhang mit Berlin für dargestellt und diskutiert.

011 Nacharbeit Die erhaltenen Modellierungsergebnisse sind in Anlage 3, Seite 17 in Form von Diagrammen \ dargestellt. Der Speicherkomplex Lohsa II / Burghammer zeigt nach Beginn des Speicherbe- 01 Texte \ triebes extrem hohe Ausleitfrachten, die kurzzeitig Werte von > 50.000 t/a annehmen. Berlin Im Jahresmittel liegen die Ausleitfrachten aber deutlich darunter, weil durch den Speicherbe- trieb keine kontinuierliche ganzjährliche Ausleitung erfolgt. Ähnlich sind die Verhältnisse im

Senatsverwaltung Speicher Bärwalde bei insgesamt deutlich geringeren Ausleitfrachten. Die Konzentrationen sin- - ken im Speicher Burghammer durch die Nachspeisung von Fremdwasser relativ schnell ab. Ob 30100060 \ hier allerdings ein realistisches Szenario simuliert wurde, muss bezweifelt werden, weil das Lw O

von „Einfahren“ bzw. der Probeeinstau der Speicher Lohsa II und Burghammer einen viel längeren Zeitraum einnehmen wird als ursprünglich geplant. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 37/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Die aus dem Tagebau Nochten zu erwartenden diffusen Einträge in die Spree sind in dem Prognosemodell bis 2053 nicht berücksichtigt, weil diese erst später wirksam werden. Wenn zudem die Erweiterung des Tagebaus Nochten genehmigt wird, verschiebt sich das Wirksam- werden von diffusen Frachten aus dem Tagebau Nochten für die Spree auf einen Zeitpunkt nach 2080. Auf Grund der nähe der Kippe Nochten zur Spree muss dann allerdings mit einem sehr schnellen Anstieg der Stoffausträge (hauptsächlich Sulfat und Eisen) gerechnet werden.

35.000

30.000

25.000

20.000

15.000 Sulfatfracht[t/a]

10.000

5.000 EV4.doc - BB - 0 2003 2008 2013 2018 2023 2028 2033 2038 2043 2048 2053 21 Bericht - Jahr 01 - Gesamtaustrag Ausleitungen Restseen diffuser Austrag 2011 \ Berlin

für Abbildung 11: Sulfateintrag in die Vorfluter aus den Schlabendorfer und Seeser Feldern

Im Brandenburger Revier sind die ehemaligen Tagebaubereiche Schlabendorf und Seese die 011 Nacharbeit \ Hauptquellen des diffusen Stoffeintrages und der Ausleitungen aus den Restseen, die nach 01 Texte \ 2013 nach Abschluss der Flutung wirksam werden.

Berlin Die zur Bestimmung des Sulfataustrages verwendeten Daten wurden durch die neusten Gut- achten zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der Schlabendorfer [10] und Seeser Felder [11] aktualisiert. Senatsverwaltung -

30100060 \ In Abbildung 11 ist zu erkennen, dass der gesamte Sulfateintrag in die südlichen Zuflüsse der Lw O

von Spree aus den beiden Tagebaufeldern Seese und Schlabendorf nach 2015 Sulfatfrachten von > 25.000 t/a erreichen wird und dass durch die Überlagerung von oberirdischen Ausleitungen Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 38/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

aus den Restseen und diffusen Austrägen ein Rückgang erst nach dem Jahr 2035 erfolgt. Der Sulfataustrag ist bis zum Jahre 2053 längst noch nicht abgeschlossen. Durch den sehr langsamen Rückgang der Sulfatfrachten aus diesen beiden Bereichen kommt es gegenüber der bisherigen Prognose zu einer Verzögerung des Rückganges der Sulfatkonzentrationen nach dem Jahr 2020 für die Bilanzprofile, die sich flussabwärts dieser Einträge befinden.

6.4 Darstellung und Zusammenfassung der Sulfatquellen

In Abbildung 12 sind die im Modell enthaltenen bergbaulichen Sulfatquellen sowohl aus dem sächsischen als auch aus dem brandenburgischen Einzugsbereich der Spree dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die diffusen Einträge in den nächsten Jahren stark an Bedeutung zunehmen werden. Der Sulfataustrag, der aus der Mobilisierung von Verwitterungs- produkten aus dem Grundwasserabsenkungstrichter außerhalb der ehemaligen Tagebaugebie- te resultiert, konnte nicht berücksichtigt werden, weil bisher hierzu keine ausreichende Daten- basis weder zur Abgrenzung kritischer Bereiche noch zu Grundwasserqualitäten noch zum vorhandenen Sulfatbildungspotenzial vorhanden ist. Nach Auskunft der LMBV [27] wurden kürzlich Arbeiten beauftragt, die sich mit der Quantifizierung dieser Sulfat- und Eisenquellen befassen. Mit belastbaren Ergebnissen ist nicht vor Ende 2011 zu rechnen. EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 39/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

200 200

180 180

160 160

140 140

120 120

100 100

80 80

Sulfatfracht[1.000 t/a] 60 60

40 40

20 20

0 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Jahr GWRA Kringelsdorf GWRA Tzschelln Industiekompl. Schw. Pumpe Ausl. Speicher Bärwalde, Burghammer GWRA Jänschwalde Ausl. Cottbuser Ostsee EV4.doc

- Diffuser Eintrag Brandenburg Diffuser Eintrag Sachsen BB - Summe über alles Summe diffuser Eintrag

21 Bericht - Abbildung 12: Zusammenfassende Darstellung der bergbaulichen Sulfatquellen in Sachsen und 01 - in Brandenburg 2011 \

Berlin für Die Sulfatemissionen aus den Grubenwasserreinigungsanlagen haben in den Jahren 2010 bis 2018 einen Höchststand und sinken dann bis 2025 allmählich ab und bleiben danach bis zum 011 Nacharbeit \ Ende des Prognosezeitraumes weitgehend auf gleichem Niveau. 01 Texte \ Berlin

Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 40/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

7 Wirkung der Sulfatausträge aus dem Spreewald auf die Berliner Gewässer

7.1 Datengrundlage

Als Datengrundlage für die folgenden Untersuchungen wurden durch das Landesumweltamt Brandenburg und die Senatsverwaltung Berlin für die Messstellen in der Hauptspree, den Zu- flüssen und Abflüssen tägliche Durchflussmengen sowie im Schnitt 14tägig erhobene Sulfatge- halte zur Verfügung gestellt.

Für die Betrachtungen zur Sulfatfracht (Abschnitt 7.4) wurden die berechneten täglichen Sulfat- frachten aus [19] herangezogen.

7.2 Fließwege von Spree und Dahme

Das Einzugsgebiet der Spree zwischen Quelle und Landesgrenze Brandenburg wurde hinsichtlich Geologie, Bergbau und Hydrographie ausführlich in [19] beschrieben. An dieser Stelle erfolgt die Darstellung des Fließweges der Spree bis zur Mündung in die Havel.

EV4.doc - BB - 7.2.1 Übersicht

21 Bericht Zu Veranschaulichung der Fließwege der Spree zeigt Tabelle 4 die wesentlichen hydrographi- - 01 - schen Elemente des Fließweges der Spree, insbesondere Zuflüsse, Verzweigungen und 2011 \ Standgewässer. Berlin für

Tabelle 4: Wichtige hydrografische Elemente im Flusslauf der Spree und der Dahme 011 Nacharbeit \ Örtliche Zuordnung Beschreibung 01 Texte

\ Spree

Berlin uh Klix Aufspaltung in Kleine (westlich) und Große (östlich) Spree Pegel Lieske (Große Spree) Eintritt ins Untersuchungsgebiet Senatsverwaltung

- Große Spree bis Spreewitz Einmündung Schöps (uh Bärwalde) Einmündung Struga (Neustadt) 30100060 \ Kleine Spree bis Spreewitz linksseitig kleinere Zuflüsse

Lw O Spreewitz Vereinigung von Großer und Kleiner Spree von oh Spremberg Eintritt in Lausitzer Grenzwall Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 41/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Örtliche Zuordnung Beschreibung uh Spremberg Talsperre Spremberg oh Cottbus Übergang zum Flachlandfluss Cottbus Abzweig Priorgraben (linksseitig) Abzweig Hammergraben (rechtsseitig) Döbbrick Eintritt in Baruther Urstromtal Fehrow Einmündung Hammergraben in Malxe, aus Malxe wird Großes Fließ, dann Einmündung in Nordumflu- ter Oberspreewald Aufspaltung in Vielzahl von Einzelarmen, hauptsäch- lich linksseitige Zuflüsse: - Koselmühlenfließ - Priorgraben - Greifenhainer Fließ - Vetschauer Mühlenfließ - Göritzer Mühlenfließ - Dobra - Wudritz - Berste Lübben Bündelung zu einem Wasserlauf Unterspreewald Aufspaltung in einzelne Äste uh Schlepzig Flussspaltung (rechtsseitig abzwei- gende Pretschener Spree) EV4.doc - Leibsch Vereinigung der Fließe des Unterspreewaldes BB - Abzweig Dahme-Umflutkanal

21 Bericht uh Neuendorf Passage Neuendorfer See - 01 - Neuendorfer See Einmündung von 2011 \ Pretschener Spree (rechtsseitig)

Berlin Blabbergraben (linksseitig) für Abfluss Kossenblatter Seen (linksseitig) Taucher Mühlenfließ (linksseitig) Rocher Mühlenfließ (rechtsseitig) 011 Nacharbeit \ oh Schwielochsee (künstliche) Flussspaltung: 01 Texte

\ ca. 90 % in Südteil des Glower Sees

Berlin ca. 10 % in Nordteil des Schwielochsees Glower See Passage Glower See, Zufluss aus Schwielochsee

Senatsverwaltung Leißnitzsee Passage Leissnitzsee - Beeskow Einmündung Ögelfließ (Oberlauf Oelse), rechtsseitig 30100060 \ Neuhaus über Kanalstrecke Verbindung zu Oder-Spree-Kanal

Lw O (Scheitelaufhöhung) von Kersdorfer Schleuse Abzweig des Ostflügels des Oder-Spree-Kanals Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 42/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Örtliche Zuordnung Beschreibung Schleuse Große Tränke Spreelauf kanalisiert Zuflüsse zwischen Kersdorfer Schleuse und Schleu- se Große Tränke: - Goldenes Fließ - Demnitzer Mühlenfließ - Heinersdorfer Mühlenfließ - Trebuser Graben alle Zuflüsse gering (da starke Versickerung im Ber- liner Urstromtal) Schleuse Große Tränke Abzweig des Westflügels des Oder-Spree-Kanals Neu Zittau Landesgrenze Brandenburg / Berlin Erkner Eintritt in den Dämeritzsee Zufluss Flakenfließ (Rüdersdorfer Gewässer und Löcknitz) Abzweig Gosener Kanal / Gosener Graben zur Dahme Austritt der Spree aus dem Dämeritzsee Rahnsdorf Eintritt in den Großen Müggelsee Friedrichshagen Austritt aus dem Großen Müggelsee Spree Köpenick Zufluss der Dahme Spandau Mündung in die Havel EV4.doc - BB

- Dahme Dahme Quelle 21 Bericht - Märkisch Buchholz Zufluss Dahme-Umflut-Kanal 01 - 2011

\ Prieros Zufluss Teupitzer Gewässer

Berlin Zufluss Storkower Gewässer für Durchfluss von Dolgensee, Krüpelsee, Krimnicksee Neue Mühle Zufluss aus Zeesener See

011 Nacharbeit Königs Wusterhausen Zufluss Nottekanal \ Durchfluss des Zeuthener Sees 01 Texte \ Landesgrenze Brandenburg / Berlin Berlin Wernsdorf Zufluss aus Seddinsee (Spree über Gosener Kanal, Oder-Spree-Kanal) Durchfluss Langer See Senatsverwaltung - Grünau Abzweig Teltowkanal 30100060 \ Köpenick Mündung in Spree Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 43/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

7.2.1.1 Spree Am Wehr bei der Schleuse Große Tränke wird ein Teil des Spreewassers abgezweigt und in den Westflügel des Oder-Spree-Kanals geleitet. Der an das Wehr anschließende Spreelauf, Müggelspree genannt, bildet zahlreiche Mäander und wendet sich nach NW, dann SW und wieder NW. Die Fließgeschwindigkeit liegt in diesem Bereich bei mittleren Durchflüssen bei 0,4 – 0,5 m/s [20].

Bei Neu Zittau tritt die Spree in eine von Strausberg bis Königs Wusterhausen verlaufende, teils von Seen eingenommene Geländesenke ein, wobei sie an Gefälle verliert.

Bei Erkner mündet die Spree in den Dämritzsee, der über das Flakenfließ auch die Löcknitz und die Rüdersdorfer Gewässer aufnimmt. Diese bringen der unteren Spree einen nennenswerten Zufluss von ca. 1,8 m3/s. Aus dem Dämritzsee wird über den Gosener Kanal etwa die Hälfte des Spreedurchflusses in den Seddinsee übergeleitet, in den auch der Westflügel des Oder- Spree-Kanals mündet [20].

Die Spree verlässt den Dämritzsee nach Westen und mündet bei Rahnsdorf in den Großen Müggelsee. Unterhalb des Dämritzsees weist die Spree wegen der Abzweigung des Oder- Spree-Kanals und des Gosener Kanals im langjährigen Durchschnitt nur etwa ein Drittel des bei EV4.doc - BB - Cottbus gemessenen Durchflusses auf [20].

21 Bericht - 01

- Unterhalb des Müggelsees nimmt die Spree die Dahme auf, die ihr die abgezweigten Wässer 2011 \ des Dahme-Umflutkanals (Leibsch), des Westflügels des Oder-Spree-Kanals (Wehr Große Berlin

für Tränke) und des Gosener Kanals (Dämritzsee) wieder zuführt.

Im Weiteren fließt die Spree west- bis westnordwestwärts und durchzieht das Stadtgebiet von 011 Nacharbeit \ Berlin bis zur Mündung in die Havel. Unterhalb des Müggelsees fließen noch die rechten Ne- 01 Texte \ benflüsse Fredersdorfer Mühlenfließ, Neuenhagener Mühlenfließ, Wuhle und Panke zu. Für den

Berlin Landwehrkanal, den Berlin-Spandauer Schifffahrtskanal und den Hohenzollernkanal wird Was- ser aus der Spree abgezweigt.

Senatsverwaltung - Die Seen wirken gegenüber dem vom Wasser transportierten anorganischen und organischen 30100060 \ Material als Senken und führen bei gelösten Inhaltsstoffen zu einer Vergleichmäßigung von

Lw O Konzentrationsschwankungen. von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 44/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

7.2.1.2 Dahme Das Einzugsgebiet der Dahme umfasst mit ca. 2.200 km² mehr als ein Fünftel des gesamten Spreegebietes. Der Fluss entspringt südlich des Ortes Dahme/Mark an der Grenze zwischen dem Niederen Fläming und dem Lausitzer Grenzwall. Nach Durchqueren des Baruther Urstrom- tales durchfließt er bis Prieros in relativ schmalem Flusstal ein siedlungsarmes Waldgebiet. Et- wa 15 km oberhalb Prieros wird in Märkisch Buchholz über den Dahme-Umflut-Kanal Wasser aus der Spree zugeführt.

Der Dahme-Umflut-Kanal zweigt am Pegel Leibsch aus der Spree ab. Die übergeleitete Was- sermenge richtet sich nach dem Abfluss der Spree. EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für

Abbildung 13: Wasserverteilung zwischen Spree und Dahme-Umflut-Kanal in Leibsch 011 Nacharbeit \

01 Texte \ Unterhalb Prieros Fließen der Dahme die Teupitzer (Seenkette aus Tornosee, Teupitzer See,

Berlin Zerminsee, Gr. und Kl. Moddersee, Klein Köriser See, Hölzerner See, Schmölde) und Storko- wer (u. a. Großer Storkower See, Wolziger See, Langer See) Gewässer zu und vergrößern dadurch das Einzugsgebiet. Im weiteren Verlauf durchfließt die Dahme mehrere Seen: Krüpelsee, Senatsverwaltung - Krimnicksee, Zeuthener See und Langer See. Unterhalb des Krüpelsees mündet der Nottekanal 30100060 \ in die Dahme. Oberhalb des Langen Sees fließen über den Ablauf des Seddinsees die aus der

Lw O Spree abgezweigten Wassermengen des Oder-Spree-Kanals (Westflügel) und des Gosener von Kanals (aus Dämritzsee) zu. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 45/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Unterhalb Berlin-Grünau zweigt von der Dahme der Teltowkanal zur Havel ab. In Berlin- Köpenick mündet die Dahme in die Spree und bringt ihr den bei weitem größten Zufluss. Dieser Zufluss stammt jedoch teilweise aus der Spree selbst. Die Wasserführung der Dahme wird demgemäß in hohem Maße anthropogen gesteuert.

7.3 Sulfatbelastung in den Berliner Gewässern – kurzer Überblick

Das Sulfat aus dem Spreeeinzugsgebiet gelangt nach Berlin einerseits über die Spree, von der am Verzweigungspunkt Große Tränke Wasser in den Oder-Spree-Kanal Westflügel übergeleitet wird, andererseits über die Dahme, in die über den Dahme-Umflutkanal am Pegel Leibsch Wasser übergeleitet wird. Unterhalb Schmöckwitz werden diese Ausleitungen in der Dahme vereinigt, die wiederum in Berlin-Köpenick in die Spree mündet. Weitere Zuflüsse nach Berlin sind das Flakenfließ (durch Zusammenfluss von Löcknitz und Rüdersdorfer Gewässern), das Fredersdorfer Fließ und das Neuhagener Mühlenfließ.

Die wichtigsten Zuflüsse sind demnach

• Müggelspree

• Oder-Spree-Kanal (Herkunft des Wassers aus der Spree) EV4.doc - • Dahme mit den Zuflüssen Nottekanal und Dahme-Umflut-Kanal BB - • Flakenfließ (Zuflüsse Rüdersdorfer Gewässer und Löcknitz) 21 Bericht - 01 - • Fredersdorfer Fließ 2011 \

Berlin • Neuhagener Mühlenfließ für

Zur Gewinnung eines Überblicks über die Quellen der Sulfatbelastung der Spree in Berlin wurden für wichtige Fließgewässer die Sulfatgehalte statistisch ausgewertet und in Tabelle 5 dar- 011 Nacharbeit \ gestellt. 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 46/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Tabelle 5: Statistische Auswertung der Sulfatkonzentration der Gewässer des Spreegebie- tes im Raum Berlin (Zeitraum 2000 – 2009)

Mess- Minimum Maximum Mittelwert Median 90-Perzentil stelle [mg/L] [mg/L] [mg/L] [mg/L] [mg/L] Hauptspree Neuzittau 115 236 174 174 206 Müggelsee 115 130 227 166 165 186 Rahnsdorf 110 136 252 171 169 196 Köpenick 125 109 231 159 160 180 Zuflüsse Spree Flakenfließ 91 266 211 219 246 Löcknitz* keine Angaben Rüdersdorfer 72 506 333 358 437 Gewässer* Neuenhagener 710 103 228 150 150 169 Mühlenfließ** Fredersdorfer 705 33 100 62 59 84 Fließ** Dahme Köpenick (Mün- 230 100 207 150 148 174 dung) EV4.doc - Zuflüsse Dahme BB - Seddinsee*** 220 122 216 169 172 191 Nottekanal 86 285 143 141 175 21 Bericht - 01 - * Zufluss zu Flakenfließ **Zeitraum 2000-2006 ***vor Zufluss Oder-Spree-Kanal 2011 \

Berlin Bei Durchsicht der Ergebnisse wird deutlich, dass die Fließgewässer, die Spreewasser erhalten für (Dahme, Seddinsee) erhöhte Sulfatgehalte aufweisen. Die Fließgewässer ohne Spreewasser- einfluss (Neuhagener Mühlenfließ, Fredersdorfer Fließ, Nottekanal) führen deutlich geringere 011 Nacharbeit \ Sulfatkonzentrationen.

01 Texte \

Berlin Obwohl von der Spree unbeeinflusst, weist das Flakenfließ erhöhte Sulfatgehalte auf. Diese rühren von den Rüdersdorfer Gewässern her, die zusammen mit der Löcknitz das Flakenfließ konstituieren. Die Rüdersdorfer Gewässer weisen dabei häufig deutlich höhere Sulfatkonzentra- Senatsverwaltung - tionen als die Spree auf (Median 358 mg/L), Maximum 506 mg/L). Die Rüdersdorfer Gewässer

30100060 kommen aus dem Gebiet des Rüdersdorfer Kalkes mit seinem aktiven Kalkbergbau. Der \

Lw O Kalkstein ist in der Germanischen Mittleren Triaszeit, dem Muschelkalk entstanden. Die Schich- von tenfolge reicht vom Wellenkalk über den Schaumkalk bis hin zum Hauptmuschelkalk. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 47/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Unterhalb von Rüdersdorf befindet sich ein Salzkissen, das durch Halokinese eine Aufwölbung der darüberliegenden (hangenden) Schichten bewirkt. Durch diese "Struktur Rüdersdorf" wurden die jüngeren Gesteine wegerodiert bzw. gar nicht erst abgelagert und es treten hier die Schichten der Trias zutage [21]. Die erhöhten Sulfatgehalte lassen sich mit großer Wahrschein- lichkeit aus dem Einfluss dieser Gesteine und des Bergbaus ableiten.

Zur Einschätzung der Bedeutung der einzelnen Fließgewässer für die Sulfatfracht der Spree in Berlin wurden mit den verfügbaren Daten für möglichst vergleichbare Zeiträume aus den mittleren Durchflüssen und den mittleren Sulfatgehalten die entsprechenden mittleren Sulfatfrachten berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt.

Tabelle 6: Mittlere Sulfatfrachten von Fließgewässern im Raum Berlin

mittlere mittlerer mittlere Messstelle Zeitraum Sulfat- Abfluss Sulfatfracht konzentration m3/s mg/L kg/s Spree Neuzittau 2002-2007 11,2 174 1,95 Spree Rahnsdorf (Zufluss Müggelsee) 2002-2009 4,9 171 0,84 Spree Köpenick EV4.doc - (oberhalb Einmündung der BB - Dahme) 2002-2009 3,7 159 0,59 Rüdersdorfer Gewässer 21 Bericht - (Abfluss aus Flakensee – Löck- 2002-2009 1,1 333 0,37 01 - nitz) 2011 \ Flakenfließ 2002-2009 1,7 211 0,35 Berlin für Gosener Kanal (Ablauf Dämeritzsee) 2002-2009 8,0 169 1,35 Nottekanal 011 Nacharbeit

\ (Zufluss zur Dahme) 2002-2007 1,9 143 0,27 Dahme Köpenick 01 Texte \ (vor Mündung in die Spree) 2002-2009 23,0 150 3,45 Berlin

Vergleicht man die Ergebnisse, so fällt zunächst auf, dass die Hauptmenge an Sulfat über die Dahme nach Berlin geführt wird (Müggelspree in Neuzittau 1,95 kg/s, Dahme an der Mündung Senatsverwaltung - 3,45 kg/s). Dies begründet sich wahrscheinlich, neben Unsicherheiten bei den Durchfluss- und 30100060 \ Gütedaten durch die hohen Wasserüberleitungen in den Dahme-Umflut-Kanal und den West- Lw O flügel des Oder-Spree-Kanals. Eine große Sulfatfracht wird auch aus der Spree über den Go- von sener Kanal und den Seddinsee in die Dahme übergeleitet. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 48/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Die Zuflüsse zu Spree und Dahme (Flakenfließ, Nottekanal) führen nur relativ geringe Sulfat- frachten. Dem Dämeritzsee führt die Spree (Messstelle Neuzittau) 1,95 kg/s und das Fla- kenfließ 0,35 kg/s zu. Die Berechnungen zeigen, dass die Sulfatfracht des Flakenfließes aus den Rüdersdorfer Gewässern herrührt.

7.4 Wirkungsweise des Spreewaldes auf den Sulfattransport

7.4.1 Zusammenfassung bisheriger Ergebnisse

In [19] wurde die Sulfatbelastung der Spree in Brandenburg umfassend dargestellt und diskutiert. Die Grundlage bildete eine detaillierte Analyse der gegenwärtigen Situation anhand vorlie- gender Monitoringergebnisse. Dazu wurden sowohl die Konzentrationen und Frachten entlang der Spree analysiert, als auch die wesentlichen Quellen charakterisiert.

Über statistische Analysen zu Konzentrations-Abfluss-Beziehungen konnte aus den beobachteten Konzentrationsverläufen auf Frachtverläufe geschlossen werden. Einen Schwerpunkt bei dieser Systemanalyse bildete der Spreewald. Eine komplette Bilanzierung der Stofffrachten für Sulfat in den Spreewaldzuflüssen und -abflüssen zeigte, dass über einen Zeitraum von mehre- ren Jahren betrachtet im Spreewald kein Rückhalt von Sulfat stattfindet. So wurden im Zeitraum EV4.doc - vom 01.01.2000 bis zum 31.10.2007 dem Spreewald 708.000 t Sulfat durch die Zuflüsse zuge- BB - führt und 716.000 t abgeführt. Der Unterschied zwischen Zu- und Abfluss beträgt ca. 1% und ist

21 Bericht damit so gering, dass er unterhalb der Fehlergrenze der durchgeführten Frachtberechnungen - 01 - liegt. Die gleichen Ergebnissen zeigten sich bei einer getrennten Betrachtung der kumulativen 2011 \ Zu- und Abflussfrachten für den Ober- und den Unterspreewald. Berlin für Sowohl aus der Analyse der Einzelprozesse als auch aus der Auswertung der empirischen 011 Nacharbeit

\ Frachtbilanzen auf Basis täglicher Frachten geht hervor, dass im Spreewald sowohl Sulfat verbrauchende Prozesse als auch eine Sulfatbildung und -freisetzung stattfinden. Die Dynamik 01 Texte \ des Sulfatverbrauchs sowie der Sulfatbildung und -freisetzung wird dabei stark durch jahreszeit- Berlin liche Einflüsse und durch die saisonale Stauhaltung im Spreewald bestimmt.

Senatsverwaltung - Zur Beschreibung dieser Vorgänge wurde ein konzeptionelles Modell entwickelt, das insbesondere diese saisonale Stauhaltung berücksichtigt. Bei Anhebung der Wasserspiegel in den Grä- 30100060 \ ben um 30 bis 50 cm in der ersten Phase des Winterstaus. erfolgt demnach eine Exfiltration von Lw O von sauerstoffhaltigem Grabenwasser in die benachbarten und vorher ungesättigten Bodenschich- ten. Dabei erfolgt eine Mobilisierung der löslichen Nährstoffe, einschließlich des Sulfates. Im Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 49/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Ergebnis dieser Prozesse stellen sich hohe Sulfatkonzentrationen im Porenwasser bzw. im o- berflächennahen Grundwasser ein.

Wenn nach der Auffüllung das Stauziel erreicht ist und die Polderflächen überflutet sind, beginnt der Abtransport der gelösten Stoffe aus den überstauten Flächen. Der Stoffaustrag wird in dieser Phase beschleunigt, weil gleichzeitig die Abflussmengen ansteigen.

In der dritten Phase des Wintereinstaus (Spätphase) kann eine Sulfatreduktion mit Festlegung des gebildeten Sulfides als Eisensulfid beginnen. Dies führt zu einer zeitweiligen Akkumulation von Sulfiden in der gesättigten Bodenzone.

Nach dem Winterstau wird im Frühjahr wieder der Sommerstau eingeleitet. Zu Beginn des Sommerstaus sinkt der Wasserstand in den Gräben und es kommt zu einer Exfiltration von an- aerobem Grundwasser bzw. Porenwasser in die Gräben. Gleichzeitig erfolgt eine Belüftung der vorher gesättigten Bodenzonen. Damit werden die Voraussetzungen geschaffen für die Oxidati- on der in der Spätphase des Wintereinstaus gebildeten Sulfide.

Im weiteren Verlauf des Sommerstaus gewinnen auch Prozesse der Torfzersetzung an Bedeu- tung. Dabei wird u. a. Sulfat gebildet, welches aber noch nicht ausgewaschen wird, weil in EV4.doc -

BB trocknen Sommerperioden die Evapotranspiration die Wasserzufuhr durch Niederschläge über- - steigt. Durch die hohe Verdunstung und die niedrigen Grundwasserstände kommt es gleichzei- 21 Bericht -

01 tig zum Kapillaraufstieg sulfathaltigen Grundwassers, wodurch sich der Oberboden mit Sulfat - 2011 \ anreichert. Eine ähnliche Sulfatanreicherung kann stattfinden, wenn im Sommer landwirtschaft-

Berlin liche Flächen künstlich mit sulfathaltigem Wasser beregnet werden. Beim nächsten Winterein- für stau wird dann das in der ungesättigten Zone gespeicherte Sulfatpotenzial wieder frei gesetzt.

011 Nacharbeit \ Nach diesem konzeptionellen Modell fungiert der Spreewald im Sommer bei niedrigen Gra- 01 Texte

\ benwasserständen als Sulfatsenke und im Winter bei teilweise überstauten Flächen als Sul-

Berlin fatquelle.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass während der Vegetationsperiode von Frühjahr bis Herbst die Sulfat verbrauchenden bzw. die Speicherprozesse für Sulfat überwiegen, so dass Senatsverwaltung - der Spreewald in dieser Zeit als Sulfatsenke fungiert. Kurze Zeit nach Beginn des Winterein- 30100060 \ staus schlägt die Situation aber um und es finden Prozesse der Sulfatfreisetzung statt, die dazu Lw O führen, dass der Spreewald sich in eine Sulfatquelle verwandelt. Dieses generelle von der von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 50/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Stauhaltung und von den Jahreszeiten geprägte Verhalten kann durch besondere Nieder- schlags- und Abflusssituationen gestört oder überprägt werden.

7.4.2 Einfluss der Verdunstung im Spreewald

Nachdem in [19] vor allem Prozesse der Sulfatfestlegung und -freisetzung infolge biologischer Vorgänge beschrieben und diskutiert wurden, soll an dieser Stelle ergänzend die Rolle der E- vapotranspiration im Spreewald beleuchtet werden.

7.4.2.1 Grundlagen und Modelle Die Verdunstung bildet einen wichtigen Bestandteil in Modellen zum Wasserhaushalt, z. B. Bo- denwasserhaushaltsmodellen, so genannten SVAT-Modellen (Soil-Vegetation-Atmosphere- Transport-Models).

Detaillierte Betrachtungen zur Verdunstung im Spreewald unter Einbeziehung der verschiedenen Bodenarten, Nutzungen und Standorte wurden in [25] angestellt. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Forschungsprojektes „Integrierte Analyse der Auswirkungen des globalen Wan- dels auf die Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet“ (GLOWA Elbe), Teilprojekt Spreewald EV4.doc - durchgeführt, welches die Modellierung und Bewertung des komplexen Zusammenwirkens zwi- BB - schen Wasserkreislauf, Klima, Boden, Landnutzung und Gesellschaft sowie die Abschätzung 21 Bericht

- der Auswirkungen des globalen Wandels in umweltrelevanter, sozioökonomischer und politi- 01 - scher Hinsicht auf die Elberegion beinhaltet. 2011 \

Berlin für Der Wasserkreislauf wird für ein Gesamtgebiet quantitativ mit der Wasserbilanzgleichung (hydrologische Grundgleichung) ausgedrückt: 011 Nacharbeit \ N = A + V 01 Texte \ N = Niederschlag Berlin V = Verdunstung A = Abfluss

Senatsverwaltung - Diese Gleichung gilt nur für längere Zeiträume, für die langjährige Mittel berechnet werden kön- 30100060 \ nen. Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 51/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Für kürzere Zeiträume, in die witterungsbedingte Schwankungen von Niederschlag, Verduns- tung und Abfluss eingehen, wird die Grundgleichung modifiziert [22]:

N = Ao + Au +V

N = Niederschlag V = Verdunstung

Ao = oberirdischer Abfluss

Au = unterirdischer Abfluss

Die Verdunstung ist im Gegensatz zu Abfluss und Niederschlag messtechnisch jedoch deutlich schlechter fassbar und wird daher meist aus Klimafaktoren berechnet.

Die Gesamtverdunstung setzt sich aus Evaporation (Bodenverdunstung, rein physikalischer Vorgang)) und Transpiration der Pflanzen zusammen und wird gewöhnlich als Evapotranspira- tion bezeichnet. Auf diese wirken sich daher neben rein physikalischen Faktoren auch vegetati- ons- und bodenbedingte Faktoren aus.

Zur Berechnung der Evapotranspiration aus Klimafaktoren ist es zweckmäßig, diese zunächst ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Wasserdargebots zu bestimmen. Somit wird die po- EV4.doc - tenzielle Evapotranspiration (maximal mögliche Verdunstungshöhe über einer Oberfläche unter BB - gegebenen meteorologischen Bedingungen, d. h. bei ausreichend wasserversorgter Oberflä- 21 Bericht

- che) berechnet. In einem zweiten Schritt wird dann der Einfluss eines zeitweise reduzierten 01 - Wasserangebots erfasst, und so die tatsächliche Verdunstungsrate, die reelle oder effektive 2011 \ Evapotranspiration ermittelt [22]. Berlin für Nach [25] erfolgt die Berechnung der potenziellen Verdunstung neben anderen Methoden ei- 011 Nacharbeit \ nerseits nach der von der FAO empfohlenen Grasreferenzverdunstung mit einem modifizierten Penman-Monteith-Ansatz und andererseits nach dem Ansatz von Haude. Mit der Grasreferenz- 01 Texte \ verdunstung liegt eine international als Standard anerkannte und bundesweit einheitliche Be- Berlin rechnung der potenziellen Verdunstung vor (BMU 2003), welche die früher in Deutschland übli- cherweise verwendete Berechnung der Verdunstung nach Haude (HAUDE 1955, ATV-DVWK Senatsverwaltung - 2002, DVWK 1996) abgelöst hat [25].

30100060 \ Das Modell der Grasreferenzverdunstung (ET0) basiert nach [23] auf dem bereits erwähnten Lw O von Penman-Monteith-Ansatz zur Berechnung der realen Verdunstung. Dieser Ansatz beschreibt

Projekte den Verdunstungsvorgang physikalisch exakt auf der Grundlage einerseits von meteorologi- \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 52/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

schen Einflussgrößen für freie Wasserflächen und gut versorgte kurze Grasdecken und andererseits von spezifischen Widerständen, mit denen Böden und Pflanzen das Wasser beim Ver- dunsten zurückhalten.

Zur Ermittlung vergleichbarer Verdunstungswerte und der Definition eines einheitlichen Vorge- hens wurde der Begriff Referenzverdunstung eingeführt, der die Verdunstung einer Referenz- vegetation für definierte Bedingungen angibt. Die Referenzvegetation ist dabei eine kurze dichte Grasdecke mit einer Wuchshöhe von 12 cm und ausreichender Wasserversorgung.

In der Modellierung im Rahmen des GLOWA-Projektes [25] wurde diese Grasreferenzverduns- tung als potenzielle Verdunstung verwendet.

Wie bereits erwähnt stellt die Grasreferenzverdunstung die potenzielle Verdunstung, d. h. die maximal mögliche Verdunstung dar. Die Ermittlung der realen Verdunstung ist deutlich kompli- zierter, da zu deren Berechnung neben Klimadaten auch die Bodenarten, die Beschaffenheit der Vegetation und die Grundwasserflurabstände berücksichtigt werden müssen. Nähere Aus- führungen dazu finden sich in [25].

Bei der Berechnung der realen Verdunstung über grundwasserbeeinflussten Böden ist die Be- EV4.doc -

BB stimmung des pflanzenverfügbaren Wassers wichtig. Dazu wird neben der nutzbaren Feldka- - pazität auch der kapillare Aufstieg Vkap benötigt. Dessen Berechnung erfolgt nach 21 Bericht - 01 - Δψ kap 2011 V = −k( −1) \ Δz Berlin für Vkap = kapillarer Aufstieg [cm/d] k = Wasserleitfähigkeit [cm/d] 011 Nacharbeit

\ ψ = Wasserspannung [hPa] z = Höhe über dem Grundwasser [cm] 01 Texte \

Berlin Der kapillare Aufstieg muss für die verschiedenen Hauptbodenarten, die k und ψ bestimmen, sowie die verschiedenen Grundwasserspiegel berechnet werden. Daher erfolgt im GLOWA- Senatsverwaltung

- Modell die Berechnung der realen Verdunstung für fünf Bodenarten, sechs Grundwasserklas- sen und fünf Nutzungen für zwei Klimaszenarien. 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 53/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

7.4.2.2 Verdunstung im Spreewald In der Literatur wird die Verdunstungsrate im Spreewald zu maximal 8 m³/s [20] bzw. für den Unterspreewald im Sommerhalbjahr zu 1,6 – 1,7 l/(s·km²) [24] angegeben. Letzterer Wert ergibt auf den Gesamtspreewald hochgerechnet (Fläche des Spreewaldes 562 km²; [26]) eine Ver- dunstungsrate von 0,96 m³/s. Letzterer Wert scheint vergleichsweise (Abschnitt 7.4.2.2) deutlich zu niedrig.

Im Rahmen des GLOWA-Projektes [25] wurde für den Spreewald die Verdunstung einerseits für die reale Klimareihe 1952-1998 berechnet und andererseits für den Zeitraum 2003-2052 modelliert. Die Modellierung erfolgte dabei für ein Klimawandelszenario mit sinkenden sommerlichen Niederschlägen und ein Referenzszenario ohne Klimawandel.

Die Mittelwerte für Niederschlag, potenzielle Verdunstung (Grasreferenzverdunstung) und Kli- matische Wasserbilanz (Niederschlag – Grasreferenzverdunstung) aus [25] sind in Tabelle 7 aufgeführt.

Tabelle 7: Mittlere Werte (MW) des Niederschlags, der potenziellen Verdunstung (Grasrefe- renzverdunstung) und der resultierenden klimatischen Wasserbilanz der realen Klimareihe (real) und des Klimawandelszenarios (KW) für Sommer- und Winter- halbjahr sowie das Gesamtjahr (aus [25]) EV4.doc - BB - Sommerhalbjahr Winterhalbjahr Gesamtjahr Niederschlag (mm) 21 Bericht - 01 - MW 1952-1998 (real) 355 245 600 2011 \ MW 2003-2055 (KW) 297 190 486

Berlin MW gesamt 325 217 541 für Grasreferenzverdunstung (mm) MW 1952-1998 (real) 470 120 590 011 Nacharbeit \ MW 2003-2052 (KW) 520 130 650

01 Texte MW gesamt 495 125 620 \

Berlin Klimatische Wasserbilanz (mm) MW 1952-1998 (real) -115 125 10 MW 2003-2052 (KW) -223 60 -164 Senatsverwaltung - MW gesamt -170 92 -79

30100060 \ Die Werte für die reale Klimareihe 1952 – 1998 zeigen einen mittleren Jahresniederschlag von Lw O

von 600 mm. Die jährliche potenzielle Verdunstung liegt bei 590 mm, so dass die klimatische Was- serbilanz im Mittel nur 10 mm pro Jahr beträgt. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 54/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

und des Einflusses der Vegetation ist die Verdunstung im Sommerhalbjahr deutlich höher als im Winterhalbjahr. Daraus resultiert neben einer positiven klimatischen Wasserbilanz im Winter eine negative klimatische Wasserbilanz im Sommerhalbjahr. Bemerkenswert ist der geringe Wasserüberschuss im Spreewald von 10 mm für die reale Klimareihe.

Der negative Betrag von 115 mm im Sommerhalbjahr stellt also den maximalen Betrag dar, mit dem Fremdwasser aus den Zuflüssen zum Spreewald verdunstet werden kann. Rechnet man diesen Betrag für einen Zeitraum von 182 d (1/2 Jahr) auf die Fläche des Spreewaldes von rund 562 km² um, so ergibt sich eine Fremdwasser-Verdunstungsrate von 4,11 m³/s. Für die Sulfat- problematik ist dies insofern von Bedeutung, als der größte Teil des Sulfats über die Zuflüsse in den Spreewald eingetragen wird. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass dieser Wert den maximal möglichen Betrag darstellt und in der Realität selten erreicht werden dürfte.

Abbildung 14 verdeutlicht die negative klimatische Wasserbilanz im Sommerhalbjahr. In der realen Klimareihe bis 2003 schwankt die KWB im Sommerhalbjahr gewöhnlich zwischen 0 und - 200 mm. In der modellierten Reihe (Klimawandelszenario) gehen die Werte weiter zurück. In den Winterhalbjahren zeigt sich eine positive KWB, meist zwischen 0 und +200 mm mit geringe- rem Rückgang im Klimawandelszenario.

EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \

Lw O von Abbildung 14: Klimatische Wasserbilanz der realen Klimareihe und des Klimawandelszenarios (KW) für Sommer- und Winterhalbjahr (aus [25]) Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 55/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Die maximale Gesamtverdunstung ergibt sich aus der sommerlichen potenziellen Verdunstung von 470 mm (Tabelle 7) zu 14,3 m3/s. Da dieser Wert in der Realität nicht erreicht wird und daher die reale Verdunstung deutlich niedriger liegt, ist die Angabe einer maximalen sommerlichen Verdunstung von 8 m3/s in [20] durchaus plausibel.

7.4.2.3 Verdunstung und Verhalten des Sulfats im Spreewald

Da die Modellierung der Verdunstung im Spreewald wie dargestellt sehr schwierig ist und den Rahmen dieser Studie sprengen würde, soll nachfolgend versucht werden, grundlegende Er- kenntnisse zum Einfluss der Verdunstung auf das Transportverhalten von Sulfat in und unterhalb des Spreewaldes aus den Abfluss- und Gütedaten der Spree und ihrer Zuflüsse abzulei- ten.

In [19] wurden die hydrologischen und biologischen Prozesse, die eine Festlegung des Sulfats im Spreewald bewirken können, eingehend dargestellt (Zusammenfassung siehe Abschnitt 7.4.1). Um die Sulfatfracht der Zuflüsse zum Spreewald mit der der Abflüsse (Übersicht in Tabelle 4) aus dem Spreewald korrelieren zu können, wurden zunächst aus den täglichen Ab- flusswerten und den meist alle 2 Wochen erhobenen Sulfatkonzentrationen über Abfluss- Konzentrationsbeziehungen tägliche Sulfatkonzentrationen berechnet. Aus diesen wurden dann EV4.doc - BB - mit den Abflusswerten tägliche Sulfatfrachten ermittelt.

21 Bericht - 01 - Tabelle 8: Übersicht der in die Berechnung einbezogenen Zu- und Abflüsse des Spreewaldes 2011 \ Zuflüsse zum Spreewald Abflüsse aus dem Spreewald Berlin für Bilanzpunkt: Schmogrow Bilanzpunkt: Pegel Leibsch UP Hauptspree Hauptspree Berste Dahme-Umflut-Kanal 011 Nacharbeit \ Dobra Pretschener Spree 01 Texte \ Greifenhainer Fließ Flutung Seese / Schlabendorf

Berlin Vetschauer Mühlenfließ Ottergraben/Wudritz Großes Fließ Senatsverwaltung -

30100060 \ Bildet man die Differenz der aus dem Spreewald ausgetragenen und der dem Spreewald zuge- Lw O

von führten Sulfatfracht, so erhält man tägliche Sulfatfrachtbilanzen. In Abbildung 15 sind die so errechneten täglichen Sulfatbilanzen für den Zeitraum 2000 – 2007 dargestellt. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 56/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

600 600 Spreewald (gesamt)

400 400

200 200

0 0

Frachtbilanz Sulfat in [t/d] in Sulfat Frachtbilanz -200 -200

-400 -400 01.01.2000 01.07.2000 01.01.2001 01.07.2001 01.01.2002 01.07.2002 01.01.2003 01.07.2003 01.01.2004 01.07.2004 01.01.2005 01.07.2005 01.01.2006 01.07.2006 01.01.2007 01.07.2007

Abbildung 15: Frachtbilanzen für den Spreewald (Abflussfracht – Zuflussfracht) auf Basis der täglichen Frachten (aus [19])

Danach ist die Sulfatfracht im Sommerhalbjahr meist negativ, im Winter positiv. Dies bedeutet, dass einerseits Sulfat (temporär) im Spreewald festgelegt, andererseits wieder freigesetzt wird (Abbildung 15). Über einen längeren Zeitraum (mehrere Jahre) gleichen sich die Differenzen nahezu vollständig aus [19], d. h. die Flächen oberhalb und unterhalb der Nulllinie sind in der Summe jeweils nahezu gleich groß.

Zur näheren Charakterisierung der Festlegungs- und Freisetzungsmechanismen wurden die EV4.doc - BB - errechneten Durchfluss- und Sulfatfrachtdifferenzen (Zuflüsse – Abflüsse) der Jahre 2000 - 2007 für die einzelnen Jahre getrennt nach Sommer- und Winterhalbjahr summiert. Dabei wur- 21 Bericht - 01 - de das hydrologische Jahr nach DIN 4049 (01. November – 31. Oktober) zugrunde gelegt. Da 2011 \ die Verdunstung ihre größte hydrologische Bedeutung in der Vegetationsperiode hat, wurden Berlin

für Sommer- und Winterhalbjahr auf die Zeiträume 01. Mai – 31. Oktober bzw. 01. November – 30. April gelegt. Das Ergebnis der Bilanzberechnung ist in Tabelle 9 aufgeführt.

011 Nacharbeit \ Es fällt zunächst auf, dass alle Durchflussdifferenzen, also auch die der Sommerhalbjahre posi- 01 Texte \ tiv sind, d. h. den Spreewald verlassen, zumindest über ½ Jahr betrachtet, durch die Abflüsse

Berlin größere Wassermengen, als durch die Zuflüsse zugeführt werden. Diese Überschüsse erklären sich einerseits durch Abfluss der im Winter eingestauten Wassermengen (einschließlich des angehobenen Grundwasserstandes), andererseits durch Niederschläge im Spreewald. Die Senatsverwaltung - Durchflussüberschüsse sind für die einzelnen Jahre sehr unterschiedlich. Neben dem Sommer- 30100060 \ halbjahres-Maximalwert 2002 infolge der „Flut“ fallen auch die Sommerhalbjahre 2001 und 2005

Lw O durch erhöhte Werte auf. Abgesehen von solchen erhöhten Werten liegen die Überschüsse von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 57/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

meist um 20 Mill. m3 auf (2000, 2003, 2004, 2006). Dieser Wert bedeutet einen Überschuss (Abfluss – Zufluss) von nur 1,3 m3/s.

Tabelle 9: Über Sommer- und Winterhalbjahr kumulierte Differenzen der Durchflüsse und Sulfatfrachten (jeweils Gesamtabfluss – Gesamtzufluss) für den Spreewald im Zeitraum 2000 - 2007

Sommerhalbjahr (01.05. – 31.10.) Winterhalbjahr (01.11. – 30.04.) Differenz Differenz Differenz Differenz Durchfluss (m3) Sulfatfracht (t) Durchfluss (m3) Sulfatfracht (t) 2000 25.038.374 -12.027 2000/2001 86.443.015 -94 2001 68.124.520 -4.909 2001/2002 211.580.955 9.325 2002 101.502.253 -1.335 2002/2003 305.424.799 20.899 2003 16.718.333 -13.149 2003/2004 86.628.711 5.103 2004 21.329.012 -11.024 2004/2005 150.920.992 9.806 2005 62.811.976 -52 2005/2006 188.677.228 11.044 2006 13.994.922 -13.539 2006/2007 97.077.051 6.553 2007 43.171.810 -3.444 2007/2008 - - MW 44.086.400 -7.435 160.964.679 8.948

In den folgenden Abbildungen ist die Korrelation der jeweils über das Halbjahr summierten Dif- EV4.doc - ferenzen des Durchflusses mit der der Sulfatfracht für die Sommerhalbjahre (Abbildung 16) BB - bzw. die Winterhalbjahre (Abbildung 17) dargestellt. 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 58/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

0 20406080100120 0

-2.000

-4.000

-6.000

-8.000

-10.000

-12.000 kumulierte Sulfatfrachtdifferenz (t) -14.000

-16.000

kumulierte Durchflussdifferenz (Mill. m3)

Abbildung 16: Kumulierte Sulfatfrachtdifferenz in Abhängigkeit von der Durchflussdifferenz für die Sommerhalbjahre 2000 – 2007

EV4.doc - 25000 BB - 21 Bericht - 20000 01 - 2011 \

Berlin 15000 für

10000 011 Nacharbeit \

5000 01 Texte \ Berlin

kumulierte Sulfatfrachtdifferenz (t) Sulfatfrachtdifferenz kumulierte 0 0 50 100 150 200 250 300 350 Senatsverwaltung - -5000

kumulierte Durchflussdifferenz (Mill. m3) 30100060 \

Lw O Abbildung 17: Kumulierte Sulfatfrachtdifferenz in Abhängigkeit von der Durchflussdifferenz für von die Winterhalbjahre 2000 – 2007 Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 59/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Es zeigt sich, dass die Sulfatfestlegung im Spreewald im Sommerhalbjahr mit steigender Durch- flussdifferenz stark abnimmt. Höhere Durchflussmengen behindern somit die Anreicherung von Sulfat durch die Verdunstung. Weiterhin treten diese höheren sommerlichen Durchflüsse in „feuchten“ Jahren auf, in denen gewöhnlich auch niedrigere Temperaturen vorherrschen.

Analog zeigt sich für die Winterhalbjahre, dass höhere Durchflüsse die Freisetzung und den Abtransport des Sulfats fördern.

Vergleicht man die kumulierten Sulfatfrachtdifferenzen der Sommerhalbjahre mit denen des jeweils folgenden Winterhalbjahres (Abbildung 18) so zeigt sich, dass, bei allen Unschärfen, auf ein Sommerhalbjahr mit starker Sulfatfestlegung eine starke Sulfatfreisetzung im folgenden Winterhalbjahr folgt. Dies deutet darauf hin, dass die Bindung des im Sommerhalbjahr festgelegten Sulfats nur sehr locker erfolgt.

25.000

20.000

15.000 EV4.doc - BB -

10.000 21 Bericht - 01 - 2011 \

Winterhalbjahr (t) Winterhalbjahr 5.000 Berlin für kumulierte Sulfatfrachtdifferenz 0 -16.000 -14.000 -12.000 -10.000 -8.000 -6.000 -4.000 -2.000 0 011 Nacharbeit \ -5.000

01 Texte kumulierte Sulfatfrachtdifferenz \ Sommerhalbjahr (t) Berlin

Abbildung 18: Korrelation der kumulierten Sulfatfrachtdifferenzen der Sommerhalbjahre mit der des jeweils folgenden Winterhalbjahres Senatsverwaltung -

30100060 Näheren Aufschluss gibt eine überschlägige Bilanzierung der infolge der Verdunstung festge- \

Lw O legten Sulfatmengen. Setzt man dazu für die mittlere Verdunstung im Spreewald im Sommer- von halbjahr einen Wert von 3,5 m³/s an, so entspricht dies bei einem mittleren Sulfatgehalt des Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 60/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Wassers über einen Zeitraum von ½ Jahr einer Sulfatmenge von 11.000 t. Dieser Wert liegt in dem Bereich, der sich für die Sulfatfestlegung aus der Frachtbilanzierung (Tabelle 9) ergibt. Dies bedeutet natürlich nicht, dass diese Wassermenge verdunstet wird und das Sulfat z. B. als Calciumsulfat zurückbleibt. Vielmehr bleibt das Sulfat in den Bodenlösungen gelöst, diese werden nur aufkonzentriert.

Für den Mechanismus der Sulfatfestlegung bedeutet dies, dass Prozessen, wie mikrobiologi- sche Sulfatreduktion und Ausfällung als Eisensulfid oder Assimilation in die Biomasse gegen- über der Verdunstung eine deutlich kleinere Rolle spielen.

Als Mechanismus der Sulfatfestlegung im Sommerhalbjahr kommt insbesondere der kapillare Aufstieg von Grundwasser in obere Bodenschichten infolge der Verdunstung durch höhere Temperaturen und die Vegetation in dieser Zeit in Frage. Der kapillare Aufstieg ist abhängig von der Wasserleitfähigkeit des Bodens, der Wasserspannung und der Höhe über dem Grundwas- ser (siehe Abschnitt 7.4.2.1) und steigt demnach insbesondere mit fallender Höhe über dem Grundwasser, d. h. steigendem Grundwasserstand. Im Spreewald wird der Grundwasserstand durch den Winterstau angehoben und infolge des Übergangs zum Sommerstau wieder abge- senkt [19]. Dies bedeutet, dass der kapillare Aufstieg zu Beginn des Sommerstaus am größten ist. Ab diesem Zeitpunkt treten gewöhnlich auch höhere Temperaturen auf, die Niederschläge EV4.doc -

BB gehen zurück und die biologische Aktivität der Vegetation nimmt zu. Dies hat zur Folge, dass - verstärkt Grundwasser in den Wurzelraum aufsteigt und von der Bodenoberfläche verdunstet 21 Bericht -

01 oder von der Vegetation aufgenommen wird. Das im Grundwasser gelöste Sulfat wird durch - 2011 \ diese beiden Vorgänge während der Vegetationsperiode (ca. Mai bis Oktober) im Wurzelraum

Berlin bzw. in den oberen Bodenschichten angereichert. für

Diese Festlegung des Sulfats in den oberen Bodenschichten erklärt auch den Anstieg der Sul- 011 Nacharbeit \ fatkonzentration in der Spree unterhalb des Spreewaldes in den Sommermonaten. 01 Texte

Berlin Ein Austrag des festgelegten Sulfats aus den oberen Bodenschichten kann, wie die Festlegung, nur über das Grundwasser erfolgen. Durch versickernde Niederschläge wird das Sulfat in den oberen Bodenschichten remobilisiert, gelangt so in das Grundwasser und wird durch den Senatsverwaltung - Grundwasserabstrom abtransportiert. 30100060

Lw O Für die Sulfatkonzentration in der Spree ist in diesem Zusammenhang von Bedeutung, dass die von Remobilisierungsgeschwindigkeit durch die Versickerungsgeschwindigkeit der Niederschläge Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 61/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

und die Strömungsgeschwindigkeit der Sickerwässer im Boden bestimmt wird. Die Wasserleit- fähigkeit der Böden stellt demnach einen Widerstand gegen den Sulfataustrag dar, der den Wiedereintrag des Sulfats in das Wasser der Spree verzögert.

Eine weitere Schlussfolgerung ist, dass ein oberflächlicher Abfluss, wie er infolge von Starknie- derschlägen auftritt, nur zu geringer Sulfatremobilisierung führt.

7.5 Auswertung von (sommerlichen) Hochwasserereignissen In der Sulfatstudie Brandenburg [19] wurden die Vorgänge der Sulfatfestlegung und –freisetzung im Spreeeinzugsgebiet, insbesondere im Spreewald, diskutiert. Nach dem ange- gebenen konzeptionellen Modell werden durch den Sommerstau größere Mengen Sulfat durch verschiedene Prozesse festgelegt. Bei höheren Wasserständen bzw. Überflutung infolge des Winterstaus wird das zuvor festgelegte Sulfat wieder freigesetzt und abtransportiert. Die Sulfat- konzentration steigt dabei kaum an, da die zu dieser Zeit höhere Wasserführung der Spree ver- dünnend wirkt.

Kommt es hingegen in der Phase hoher Sulfatanreicherung im Spreewald (d. h. im Sommer) zu erhöhten Niederschlägen bzw. einer Überflutung, besteht (zumindest theoretisch) die Gefahr, dass analog zu den Winterstauverhältnissen starke Sulfatausträge auftreten. Die Erkenntnis EV4.doc -

BB aus Abschnitt 7.4.2.3 (Seite 62), dass ein oberflächlicher Abfluss infolge von Starkniederschlä- - gen nur zu geringer Sulfatremobilisierung führt, spricht dieser Vermutung zwar entgegen, trotz- 21 Bericht -

01 dem sollte an Hand historischer Daten geprüft werden, ob es bei sommerlichen Hochwasserer- - 2011 \ eignissen zu einem verstärkten Sulfataustrag oder sogar zu einem „Sulfatpeak“ in Folge von

Berlin Auswaschungsprozessen kommen kann. Deshalb wurden die Abflussdaten der Spree vom Pe- für gel Cottbus bis nach Rahndorf im Zeitraum 1995 – 2009 analysiert und hinsichtlich sommerlicher Hochwassersituationen ausgewertet. Die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Abschnit- 011 Nacharbeit \ ten dargestellt. 01 Texte \ Berlin 7.5.1 Grundlagen und Datenlage

In den vorangegangenen Abschnitten wurde verdeutlicht, dass in den Sommermonaten im Senatsverwaltung - Spreewald große Mengen Sulfat (temporär) festgelegt werden. Im Rahmen dieser Studie sollte

30100060 u. a. die Frage beantwortet werden, ob bei sommerlichen Hochwasserereignissen das Risiko \

Lw O besteht, dass plötzlich (schwallförmig) große Mengen Sulfat remobilisiert werden, in die Spree von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 62/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

gelangen und unterhalb des Spreewaldes bis Berlin zu stark erhöhten Konzentrationen im Spreewasser führen können.

Zur Charakterisierung des Abflusses von Gewässern dienen die sog. gewässerkundlichen Hauptzahlen, die in Tabelle 10 aufgeführt sind.

Tabelle 10: Gewässerkundliche Hauptzahlen für den Abfluss (aus [22])

HHQ überhaupt bekannter höchster Wert (Maximalwert), mit Angabe des Datums HQ höchster Wert in einem bestimmten, anzugebenden Zeitraum MHQ arithmetisches Mittel der Höchstwerte verschiedener Abflussjah- re, mit Zeitangabe MQ arithmetisches Mittel in einem anzugebenden Zeitraum MNQ arithmetisches Mittel der Niedrigstwerte verschiedener Abfluss- jahre, mit Zeitangabe NQ niedrigster Wert in einem bestimmten, anzugebenden Zeitraum NNQ überhaupt bekannter niedrigster Wert (minimaler Wert), mit An- gabe des Datums

Zur Bearbeitung der Problemstellung wurden durch das Landesumweltamt Brandenburgen die

EV4.doc Abflussdaten der Spree unterhalb des Spreewaldes entsprechend aufbereitet. Einbezogen wur- - BB - den dabei die Pegel: 21 Bericht - 01

- • Leibsch Spreewehr Nr. 207a UP, Märkisch Buchholz 1 Überfallwehr Nr. 211 OP im 2011 \ Dahme-Umflutkanal Berlin für • Beeskow Spreeschleuse UP

• Hohenbinde im Zeitraum 01.11.1994 bis 31.10.2009. 011 Nacharbeit \ Auf der Grundlage der ermittelten Hauptwerte für die betreffenden Pegel wurden die Zeiträume 01 Texte \ des Auftretens von Hochwasserereignissen abgeleitet: Berlin

• Jahreshöchstwert ≥ Jahres-MHQ der Zeitreihe 1995/2009 Senatsverwaltung

- • Jahreshöchstwert im Sommerhalbjahr ≥ MHQ des Sommerhalbjahres der langen Zeit- reihe 1966/2009 (seit Inbetriebnahme der Talsperre Spremberg). 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 63/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Dabei wurde festgestellt, dass sich grundsätzlich die Abflüsse der Spree seit 1990 gegenüber der langjährigen Beobachtungsreihe für alle Pegel verringert haben, so dass auch die Zeitreihe der letzten 15 Jahre (von 1995 bis 2009) niedrigere Werte für die Hauptzahlen gegenüber den Werten der langjährigen Reihe (mit Ausnahme von NQ) liefert.

Insbesondere die Sommerhochwasser sind in den letzten 15 Jahren fast nie aufgetreten. Ledig- lich im Sommerhalbjahr 1995 war für die Pegel Leibsch, Märkisch Buchholz und Beeskow eine Hochwasserperiode ab Mitte Mai - Juni registriert worden, bei der die Abflüsse zumindest über dem jeweiligen Hauptwert des Jahres-MHQ der Reihe 1995/2009 oder sogar darüber hinaus, wie bei Märkisch Buchholz, über dem Hauptwert des Jahres-MHQ der langjährigen Reihe la- gen.

Am Pegel Hohenbinde erreichten jedoch die Abflusswerte im Sommerhalbjahr 1995 auch nicht mehr den Grenzwert für das Sommer-MHQ der Reihe 1966/2009. Dafür gab es nur an diesem Pegel im Sommerhalbjahr 2002 einen Zeitraum gegen Ende Oktober mit erhöhten Abflüssen, die sogar den Hauptwert des Jahres-MHQ der Reihe 1995/2009 überschritten.

Damit wird deutlich, dass aufgrund bestimmter Steuerungsmaßnahmen im Einzugsgebiet der Spree wie z. B. mit der Abgabenregulierung an der Talsperre Spremberg und mit der gezielten Abflussverteilung von Spree/Dahme-Umflutkanal am Pegel Leibsch und von Müg- EV4.doc - gelspree/Oder-Spree-Kanal am Pegel Große Tränke auftretende Hochwasserereignisse im o- BB - beren Spreegebiet, insbesondere in den Sommermonaten auch wegen erhöhter Verdunstungs- 21 Bericht - verluste im Spreewald, zum Unterlauf hin immer mehr abflachen. 01 - 2011 \ Bei Zugrundelegung des Jahres-MHQ der langjährigen Reihe 1966/2009 reduziert sich die An- Berlin für zahl des Auftretens von Hochwasserereignissen nochmals.

Somit konnte im Rahmen dieser Studie nur das sommerliche Hochwasser 1995 herangezogen 011 Nacharbeit \ werden. Dieses trat am Pegel Leibsch im Zeitraum 14.06. – 24.06.1995 auf. 01 Texte \ Berlin 7.5.2 Zusammenhang sommerliches Hochwasser - Sulfattransport

Wie oben dargelegt, trat im Zeitraum 1995 – 2009 nur ein sommerliches Hochwasserereignis, Senatsverwaltung - vom 14.06. - 24.06. 1995, auf. Auf dieses bezieht sich die nachfolgende Auswertung.

30100060 \ In Abbildung 19 sind die Zeitreihen für Durchfluss, Sulfatgehalt und Sulfatfracht im Fließweg der Lw O von Spree für die Messstellen Cottbus, Leibsch, Beeskow Neuzittau und Rahnsdorf dargestellt. Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 64/74

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Die Durchflusswerte zeigen dabei nur ein relativ „flaches“ Hochwasser. An der Messstelle Cott- bus ist im Scheitel ein Anstieg des Durchflusses auf nur das Vierfache festzustellen.

Bis zum Pegel Leibsch pflanzt sich die Hochwasserwelle nahezu ohne Verzögerung fort. Der dazwischen liegende Spreewald zeigt nur ein geringes Retentionsvermögen. Dies wird wahrscheinlich dadurch verursacht, dass im Spreewald bereits Sommerstauverhältnisse herrschten und die Hochwasserwelle über die Hauptfließwege (Nordumfluter, Großes Fließ, Hauptspree, Südumfluter) den Spreewald ohne große zeitlich Verzögerung passiert. Dadurch ist die Wech- selwirkung mit dem in der Fläche in den oberen Bodenschichten angereichertem Sulfat gering und der Auswaschungseffekt bleibt ebenfalls gering.

Bis Beeskow pflanzt sich der Hochwasserscheitel mit einer Verzögerung von ca. 24 h weiter fort. Die Verzögerung ist auf den Einfluss der Seen zurückzuführen. EV4.doc - BB - 21 Bericht - 01 - 2011 \ Berlin für 011 Nacharbeit \ 01 Texte \ Berlin Senatsverwaltung - 30100060 \ Lw O von Projekte \

Janneck \

D: Datum: Seite: 30.11.2010 65/74

HW-Beginn Leibsch HW-Scheitel Leibsch HW-Ende Leibsch 31.05.1995 17.06.1995 13.07.1995

60 300

50 250

40 200

30 150 Pegel Cottbus Sulfat (mg/L) Sulfat 20 100 Sandower Brücke Abfluss (m³/s), (kg/s) Fracht Abfluss 10 50

0 0 Jul 95 Jul Apr 95 Okt 95 Okt Mai 95 Mai Jan 95 Jan 95 Jun Mrz 95 Feb 95 Nov 95 Dez 95 Sep 95 Sep Aug 95 Abfluss Sulfatfracht Sulfatgehalt

60 300

50 250

40 200

30 150 MHQ = 31,1 m³/s*

Sulfat (mg/L) Sulfat Pegel Leibsch UP 20 100

Abfluss (m³/s), Fracht (kg/s) 10 50 MQ = 11,3 m³/s*

0 0 *1995-2009 Jul 95 Jul Okt 95 Okt Apr 95 Mai 95 Mai Jun 95 Jan 95 95 Mrz Nov 95 Nov Feb 95 Aug 95 Sep 95 95 Dez Abfluss Sulfatfracht Sulfatgehalt

60 300

50 250

40 200 Fließrichtung der Spree 30 150

Sulfat (mg/L) Sulfat Pegel Beeskow 20 100

Abfluss (m³/s), Fracht (kg/s) 10 50

0 0 Jul 95 Jul Okt 95 Okt Apr 95 Mai 95 Mai Jan 95 95 Mrz Jun 95 Nov 95 Nov Feb 95 Aug 95 Sep 95 95 Dez Abfluss Sulfatfracht Sulfatgehalt

60 300

50 250

40 200

30 150

Sulfat (mg/L) Sulfat Pegel Neuzittau 20 100

Abfluss (m³/s), Fracht (kg/s) 10 50

0 0 Jul 95 Jul Okt 95 Okt Apr 95 Mai 95 Mai Jun 95 Jan 95 95 Mrz Nov 95 Nov Feb 95 Aug 95 Sep 95 95 Dez Abfluss Sulfatfracht Sulfatgehalt

60 300

50 250

40 200

30 150

Sulfat (mg/L) Sulfat 20 100 Abbildung 19: Sulfatkonzentration und -fracht Abfluss (m³/s), Fracht (kg/s)Abfluss 10 50 Pegel Rahnsdorf der Hauptspree an der Pegel- reihe Cottbus Sandower Brü- 0 0 cke (vor Spreewald), Leibsch (nach Spreewald), Beeskow, Jul 95 Jul Okt 95 Okt Apr 95 Mai 95 Mai Jun 95 Jun Jan 95 Jan Mrz 95 Nov 95 Nov Feb 95 Feb Aug 95 Aug 95 Sep 95 Dez Neuzittau und Rahnsdorf Abfluss (m³/s) Sulfatfracht (kg/s) Sulfatgehalt (mg/L)

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

Im weiteren Verlauf ist der Hochwasserscheitel in Neuzittau wie auch in Rahnsdorf nicht mehr festzustellen. Offenbar wurden die größeren Wassermengen an den Flussverzweigungen abgeleitet.

Am Pegel Leibsch zeigt sich infolge des Ansteigens des Durchflusses ein deutlicher Rückgang der Sulfatkonzentration von Werten etwas über 200 mg/L auf 150 mg/L. Die Sulfatfracht steigt jedoch infolge des Hochwasserereignisses deutlich an. Nach Rückgang der Durchflussmenge steigt der Sulfatgehalt in der Folge wieder an und erreicht die „sommerüblichen“ Werte bis zu 300 mg/L, während die Sulfatfracht zurückgeht.

Dies belegt, dass durch den Einfluss sommerlicher Hochwasserereignisse die Sulfatkonzentra- tion eher abnimmt. Vermutlich fließt das Hochwasser in den Spreearmen relativ schnell durch den Spreewald hindurch, ohne mit dem in der Fläche gespeicherten Sulfat direkt in Wechsel- wirkung zu treten, d. h. die Auswaschung des gespeicherten Sulfates erfolgt verglichen mit dem Hochwasserereignis langsam.

Da im Untersuchungszeitraum sommerliche Hochwasserereignisse wie dargelegt nur sehr ein- geschränkt auftraten, wurde eine allgemeine Betrachtung zur Wirkung von Durchflussanstiegen auf die Sulfatkonzentrationen und Fracht angestellt. Die entsprechende Darstellung für den Pe- gel Leibsch UP (Abfluss aus Spreewald) findet sich für den Zeitraum 2002 - 2007 in Abbildung 20.

70 350

60 300

50 250

40 200

30 150

20 100 (mg/L) Sulfatkonzentration Durchfluss (m³/s) Sulfatfracht (kg/s)

10 50

0 0 01.01.2002 01.01.2003 01.01.2004 31.12.2004 01.01.2006 01.01.2007

Abfluss Sulfatfracht Sulfatkonz.

Abbildung 20: Sulfatkonzentration und –fracht am Pegel Leibsch

Datum: Seite:

D:\Janneck\Projekte von Lw_O\30100060-Senatsverwaltung Berlin\01_Texte\011_Nacharbeit für Berlin\2011-01-21_Bericht-BB-EV4.doc Berlin\2011-01-21_Bericht-BB-EV4.doc für Berlin\01_Texte\011_Nacharbeit Lw_O\30100060-Senatsverwaltung von D:\Janneck\Projekte 30.11.2010 67/74

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

Die Abbildung zeigt eine gegenläufige Tendenz von Abfluss und Sulfatkonzentration. Infolge des Abflussrückganges im Sommer steigt die Sulfatkonzentration an, verbunden jedoch mit einem Rückgang der Sulfatfracht. Mit Einsetzen eines stärkeren Abflusses, meist ab Oktober, kommt es nach kurzzeitigem Anstieg zu einem Rückgang der Konzentration verbunden mit einer Frachtzunahme. Dies wird durch den Austrag von im Sommer festgelegtem Sulfat aus dem Spreewald verursacht. Die verdünnende Wirkung des stärkeren Abflusses „überkompensiert“ jedoch die erhöhten Austräge (sichtbar an der höheren Sulfatfracht) und bewirkt einen Rück- gang der Konzentration.

Zusätzlich zur Auswertung des sommerlichen Hochwasserereignisses liefert das Abfluss- Konzentrations-Diagramm weitere Hinweise. Dazu wurde diese Beziehung für den Gesamtab- fluss (Summe aus Hauptspree, Dahme-Umflut-Kanal und Pretschener Spree) und die Sulfat- konzentration von Pegel Leibsch UP für den Bezugspunkt Leibsch als Abbildung 21 dargestellt.

350

300

250

200

150

Sulfatgehalt [mg/L] 100

0 0 102030405060

Gesamtdurchfluss [m3/s]

Abbildung 21: Korrelation zwischen Gesamtdurchfluss (Summe aus Hauptspree, Dahme- Umflut-Kanal und Pretschener Spree) und Sulfatgehalt am Pegel Leibsch 1995 – 2007

Es zeigt sich eine deutlich negative Korrelation zwischen Abfluss und Sulfatgehalt des Wassers. Die relevanten Sulfatgehalte > 250 mg/L finden sich nur bei Gesamtabflüssen (Summe Hauptspree und Dahme-Umflut-Kanal) unter 20 m3/s. Nach der Beziehung in Abbildung 13 auf den Abfluss am Pegel Leibsch UP umgerechnet entspricht dies einem Abfluss von 17 m3/s. Für Abflussmengen über diesem Wert wurden am Pegel Leibsch UP keine Sulfatgehalte über

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

250 mg/L beobachtet. Der Wert von 17 m3/s liegt unterhalb des MHQ für die Sommerhalbjahre der Reihe 1995 - 2009 von 18,1 m3/s.

350

300

250

200

150

Sulfatgehalt [mg/L] 100

0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Gesamtdurchfluss [m3/s]

Abbildung 22: Korrelation zwischen Gesamtabfluss (Hauptspree, Dahme-Umflut-Kanal, Pret- schener Spree) und Sulfatgehalt am Pegel Leibsch der Sommerhalbjahre (Mai – Oktober) 1995 – 2007

Stellt man diese Korrelation nur für die Sommerhalbjahre auf (Abbildung 22), so wird dieser Sachverhalt noch deutlicher. Sulfatgehalte über 250 mg/L treten nur bei Gesamt-Abflusswerten unter 15 m3/s auf, was nach Abbildung 13 am Pegel Leibsch einem Abfluss von 13,5 m3/s entspricht. Dieser Wert liegt deutlich unterhalb des MHQ für die Sommerhalbjahre der Reihe 1995 - 2009 von 18,1 m3/s.

Als Fazit ergibt sich aus diesen Betrachtungen, dass in den Sommerhalbjahren bei erhöhten Abflüssen keine extremen Sulfatgehalte im Wasser der Spree zu erwarten sind.

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

7.6 Schlussfolgerungen zum Sulfataustrag aus dem Spreewald und zu den Auswirkungen in der Unteren Spree

Die Erkenntnisse aus der Sulfatstudie Brandenburg von 2009 [3] über den saisonalen Wechsel von vorübergehender Sulfatspeicherung und nachfolgender Sulfatfreisetzung im Spreewald wurden durch Auswertungen zur Rolle der Verdunstung in diesem Prozessgeschehen bestätigt. Aus verschiedenen Quellen kann eine mittlere Verdunstung im Sommerhalbjahr (Mai bis Okto- ber) von etwa 3,5 m³/s im Spreewald abgeleitet werden, wobei Spitzenwerte bis zu 8 m³/s auftreten können. Die Sulfatspeicherung im Spreewald kann mit der Verdunstungsmenge korreliert werden.

Als Mechanismus der Sulfatfestlegung im Sommerhalbjahr kommt insbesondere der kapillare Aufstieg von Grundwasser in obere Bodenschichten infolge der Verdunstung durch höhere Temperaturen und die Transpiration der Vegetation in dieser Zeit in Frage. Dies hat zur Folge, dass verstärkt Grundwasser in den Wurzelraum aufsteigt und von der Bodenoberfläche verdunstet oder von der Vegetation aufgenommen wird. Das im Grundwasser gelöste Sulfat wird durch diese beiden Vorgänge im Wurzelraum bzw. in den oberen Bodenschichten angereichert. Dabei bleibt das Sulfat in dem Porenwasser des Bodens gelöst, wird aber aufkonzentriert. Da die Verdunstung auf der gesamten Fläche stattfindet, ist sie eine Triebkraft für den Transport von sulfathaltigem Wasser aus den Spreefließen in das grabenferne Grundwasser.

Weiterhin zeigt sich, dass die Sulfatfestlegung im Spreewald im Sommerhalbjahr mit steigender Durchflussdifferenz (Abfluss-Zufluss) stark abnimmt. Höhere Abflussmengen behindern somit die Anreicherung von Sulfat durch die Verdunstung. Weiterhin treten diese höheren sommerlichen Abflüsse in „feuchten“ Jahren auf, in denen gewöhnlich auch niedrigere Temperaturen vorherrschen. Analog zeigt sich für die Winterhalbjahre, dass höhere Abflüsse die Freisetzung und den Abtransport des Sulfats fördern.

Durch sommerliche Hochwasserereignisse (die eher selten auftreten) nimmt die Sulfatkonzent- ration in der Spree ab. Vermutlich fließt das Hochwasser in den Spreearmen relativ schnell durch den Spreewald hindurch, ohne mit dem in der Fläche gespeicherten Sulfat unmittelbar in Wechselwirkung zu treten, d. h. die Auswaschung des gespeicherten Sulfates erfolgt verglichen mit dem Hochwasserereignis langsam. Die begrenzte Wasserleitfähigkeit der Böden stellt demnach einen Widerstand gegen den Sulfataustrag dar, der den Wiedereintrag des Sulfats in das Wasser der Spree verzögert.

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

An den Spreewaldabflüssen besteht eine gegenläufige Tendenz von Abfluss und Sulfatkonzent- ration. Infolge des Abflussrückganges im Sommer steigt die Sulfatkonzentration an, verbunden jedoch mit einem Rückgang der Sulfatfracht. Mit Einsetzen stärkerer Abflüsse, meist ab Okto- ber, kommt es nach kurzzeitigem Anstieg zu einem Rückgang der Konzentration verbunden mit einer Frachtzunahme. Dies wird durch den Austrag von im Sommer festgelegtem Sulfat aus dem Spreewald verursacht. Die verdünnende Wirkung des stärkeren Abflusses „überkompen- siert“ jedoch die erhöhten Austräge (sichtbar an der höheren Sulfatfracht) und bewirkt einen Rückgang der Konzentration.

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

8 Literatur und Quellennachweis

[1] U. Grünewald (2008): Wasserbewirtschaftung im Einzugsgebiet von Spree und Schwarzer Elster.- In: Wasserbewirtschaftung und Niedrigwasser, Tagungsband zum Kolloquium am 26./27. Mai 2008 in Koblenz, Reihe Veranstaltungen 6/2008, Bundesanstalt für Gewässer- kunde (Hrsg.), ISSN 1866 – 220X

[2] Ermittlung des diffusen Stoffeintrages in die Spree, G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesell- schaft mbH, Abschlussbericht vom 27.02.2007, Auftraggeber: Landesdirektion Dresden, Umweltfachbereich.

[3] Durchführung von speziellen Untersuchungen bezüglich Sulfat im brandenburgischen Ein- zugsgebiet der Spree unter den Bedingungen des Sanierungs- und des aktiven Bergbaus, G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft mbH; Abschlussbericht vom 22.06.2009, Auftrag- geber: Landesumweltamt Brandenburg.

[4] Golder Associates, GoldSim Manual, Redmond, 2006

[5] M. Kaltofen, O. Dietrich, M. Hentschel, St. Kaden, H. Koch, K. Mazur, M. Redetzky, S. Schweigert: Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo GLOWA-Elbe - Überblick und aus- gewählte Ergebnisse für das deutsche Einzugsgebiet.- In: Wasserbewirtschaftung und Niedrigwasser, Tagungsband zum Kolloquium am 26./27. Mai 2008 in Koblenz, Reihe Veranstaltungen 6/2008, Bundesanstalt für Gewässerkunde (Hrsg.), ISSN 1866 – 220X

[6] Glowa-Elbe, offizielle Homepage: http://www.glowa-elbe.de/

[7] F Wechsung, A. Becker, P. Gräfe (Hrsg.): Auswirkungen des globalen Wandels auf Was- ser, Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet.- Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Band 6; Weißensee Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-89998-062-X

[8] Klimawandel in Sachsen – Sachstand und Ausblick, Freistaat Sachsen, Geschäftsbereich des Staatsministeriums für Umwelt und Landwirtschaft, 2005

[9] Maximilian Dörrbecker: Karte der Wasserstraßen in Berlin; URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Karte_der_Berliner_Wasserstra%C3%9Fen .png&filetimestamp=20100222062740 [Abgerufen: 2010-08-02]

[10] Gutachten zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der Schlabendorfer Felder, BTU Cottbus, 31. Juli 2009, Auftraggeber: Lausitzer und Mittel- deutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH

[11] Gutachten zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der See- ser Felder, BTU Cottbus, 29. Januar 2010, Auftraggeber: Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH

[12] Bundesanstalt für Gewässerkunde: Auswirkungen einer potenziellen Oberwasserüberlei- tung auf die Wasserbeschaffenheit.- Entwurf eines unveröffentlichten Arbeitspapiers, Stand: August 2010.

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

[13] Fortschreibung 2010 des Arbeitsprogrammes zum „Strategiepapier zur Beherrschung bergbaubedingter Stoffbelastungen…“[15] Maßnahmenkomplex der Vattenfall Europe Mi- ning AG (VE-M) zur gezielten Beeinflussung bergbaubedingter Stofffrachten, Cottbus 22.06.2010

[14] N. Hoth, F. Häfner: Bedeutung von NA-Prozessen für die Grundwasser-Beschaffenheits- entwicklung in Braunkohleabraumkippen; Senftenberg, Juni 2008, Zusammenfassender Abschlussbericht, BMBF-FKZ: 02 WN 0505; Themenverbund 6 im BMBF-Förder- schwerpunkt: Kontrollierter natürlicher Rückhalt und Abbau von Schadstoffen bei der Sa- nierung kontaminierter Grundwässer und Böden (KORA)

[15] Strategiepapier des Ministeriums für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucher- schutz des Landes Brandenburg, der Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Berlin, der Vattenfall Europe Mining AG und der Lausitzer und Mitteldeutschen Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH zur Beherrschung bergbaubedingter Stoffbelastungen in den Fließgewässern Spree, Schwarze Elster und Lausitzer Neiße, 2009.

[16] Grundsätze für die länderübergreifende Bewirtschaftung der Flussgebiete Spree, Schwar- ze Elster und Lausitzer Neiße.- AG „Flussgebietsbewirtschaftung Spree-Schwarze Elster“, Stand: 11.06.2010

[17] Wasserversorgungskonzept für Berlin und das von den BWB versorgte Umland (Entwick- lung bis 2040).- Hrsg. K.Möller, J. Burgschweiger, Berlin, 2008.

[18] F. Wechsung; A. Becker; P. Gräfe (Hrsg.) (2005): Auswirkungen des globalen Wandels auf Wasser, Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet.- Reihe: Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Band 6, Weißensee Verlag, Berlin 2005, ISBN 3- 89998-062-X

[19] E. Janneck; F. Glombitza; M.Martin; R.Kahnt; Klapper (2009): Durchführung von speziellen Untersuchungen bezüglich Sulfat im brandenburgischen Einzugsgebiet der Spree unter den Bedingungen des Sanierungs- und des aktiven Bergbaus. Bericht G.E.O.S. Freiberg im Auftrag des Landesumweltamtes Brandenburg, unveröff.

[20] J. Köhler; J. Gelbrecht; M. Pusch (Hrsg., 2002): Die Spree – Zustand, Probleme, Entwick- lungsmöglichkeiten; Reihe: Limnologie aktuell, Band 10; E. Schweizerbart’sche Verlags- buchhandlung, Stuttgart 2002

[21] http://de.wikipedia.org/wiki/Kalksteinbruch_Rüdersdorf

[22] Hölting, B.: (1992): Hydrogeologie. Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1992

[23] BMU-Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.) (2003): Hydrologischer Atlas von Deutschland. Bonn 2003.

[24] A. Vött: (2000): Ökosystemveränderungen im Unterspreewald durch Bergbau und Meliora- tionsverfahren - Ergebnisse einer angewandten ökosystemaren Umweltbeobachtung, Marburger Geographischen Schriften, Bd. 136, Philipps-Universität Marburg, Fachbereich Geographie, 2000

Datum: Seite:

Senatsverwaltung für Gesundheit, Umwelt und Modellierung des Sulfattransportes Verbraucherschutz in der Spree

[25] Lorenz, M. (2008): Auswirkungen von Klimaveränderungen auf Bodenwasserhaushalt, Biomasseproduktion und Degradierung von Niedermooren im Spreewald; Dissertation TU Berlin

[26] Großschutzgebiete: Modellregionen für Schutz und Nutzung Brandenburger Landschaften - eine sozioökonomische Strukturanalyse - Kapitel 4.3 Biosphärenreservat Spreewald, Ta- belle Spreewald, Seite 102 http://www.mugv.brandenburg.de/cms/detail.php/lbm1.c.212866.de [Abgerufen: 2010-10-30]

[27] Telefonat mit LMBV mbH, Abt. Geotechnik, Frau B. Lucke am 08.11.2010; Information über die Durchführung von Arbeiten zur Ermittlung der Freisetzung von Eisen- und Sulfat infolge Grundwasserwiederanstieg im Bereich des Grundwasserabsenkungstrichters au- ßerhalb der Tagebaugrenzen.

Datum: Seite:

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Anlage 1

Struktur des GoldSim-Modells

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Modellstruktur Sachsen

Anlage 1 Seite: 1/4

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Modellstruktur Brandenburg (Nördlicher Teil)

Anlage 1 Seite: 2/4

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Modellstruktur Brandenburg (Südlicher Teil)

Anlage 1 Seite: 3/4

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Modellstruktur Berlin

Anlage 1 Seite: 4/4

Modellierung des Sulfattransportes LUGV Brandenburg in der Spree

Anlage 2

Modellbeschreibung

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

INHALTSVERZEICHNIS Seite

1 Verwendete Software...... 3 1.1 Kurze Einführung zu GoldSim ...... 3 1.2 Kurze Einführung zu WBalMo ...... 4

2 Anfangs- und Randbedingungen ...... 6 2.1 Konzeptioneller Ansatz...... 6 2.2 Modelltechnische Grundlagen...... 7 2.3 Herangehensweise und grundsätzliche Modellstruktur – verwendete Teilmodelle ...... 7 2.3.1 Randbedingung WBalMo-Daten...... 7 2.3.2 Teilmodell: diffuser Austrag aus Kippen Sachsen...... 8 2.3.3 Teilmodell: diffuser Austrag aus Kippen Brandenburg ...... 9 2.3.4 Berücksichtigung der Tagebaurestseen ...... 10 2.4 Diskussion der WBalMo-Daten ...... 11 2.5 Diskussion von Schwankungsbreiten und Unsicherheiten...... 15

3 Modellerweiterung unter Einbeziehung der Zulaufpegel für Berlin und der wasserwirtschaftlichen Maßnahmen in Sachsen ...... 17 3.1 Erweiterung der Modellstruktur ...... 17 3.2 Überarbeitung Modellkonzept für den diffusen Sulfateintrag in Brandenburg...... 20

4 Prognosesicherheit ...... 23

5 Erläuterungen zum Playerfile ...... 25 5.1 Einleitung...... 25 5.2 Installation ...... 25 5.3 Erläuterung der Menüs...... 26

6 Literatur und Quellennachweis ...... 31

Datum Seite: 30.11.2010 1/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

Seite

Abbildung 1: Häufigkeitsverteilung der Abflüsse am Bilanzknoten Spremberg ...... 13

Abbildung 2: WBalMo-Daten für den Bilanzknoten 200 (Spremberg)...... 14

Abbildung 3: Prozentwerte für den Median sowie für die Abflusswerte bei 80 und 95%iger Überschreitungswahrscheinlichkeit bezogen auf den Mittelwert ...... 14

Abbildung 4 Vergleich der beobachteten mit einer simulierten Durchflussstatistik für den Pegel Lieske ...... 16

Abbildung 5: Ausschnitt Karte „Wasserstraßen in der Region Berlin“, Quelle: [7] ...... 18

Abbildung 6 Systemskizze WBalMo Berlin, Stand 2001 (Quelle: LUGV) ...... 19

Abbildung 7 Oberste Modellstruktur des Bundeslandes Berlin GoldSim ...... 20

Abbildung 8 Startfenster GoldSim Player ...... 26

Abbildung 9 Run Controller von GoldSim ...... 26

Abbildung 10 Hauptmenü im GoldSim Playerfile ...... 27

Abbildung 11 Abbildung des Menüs Steuerparameter 1 ...... 28

Abbildung 12 Abbildung des Menüs Steuerparameter 2 ...... 29

Abbildung 13 Dashboard Ergebnisse ...... 29

Datum Seite: 30.11.2010 2/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

1 Verwendete Software

1.1 Kurze Einführung zu GoldSim

Die GoldSim Software-Umgebung wird weltweit zur Simulation unterschiedlichster komplexer Sys- teme in der Geschäftswelt, im Ingenieurwesen und in der Wissenschaft eingesetzt. Das Programm wurde erstmals 1999 von der Golder Associates Gruppe auf den Markt gebracht und wird seit 2004 von der GoldSim Technology Group weiterentwickelt und vertrieben. GoldSim findet in den folgenden Gebieten Einsatz:

Risikoanalysen und Risikomanagement, Kosten-Nutzen-Analysen Strategische Entscheidungsanalysen Bewertungen der Langzeitsicherheit und Optimierung von Sicherheitsrücklagen Zuverlässigkeitsbewertungen von technischen Bauteilen oder Systemen Ressourcenmanagement und Ressourcenoptimierung Optimierung logistischer Prozesse Modellierung von Schadstoffausbreitungen Wassermanagement und Modellierung der Entwicklung von Ökosystemen

GoldSim wird dazu verwendet, die wesentlichen Parameter und Prozesse eines nahezu beliebigen dynamischen Systems abzubilden und dessen Zeitverhalten zu simulieren. Damit ist es möglich, dass System zu analysieren, Schlüsselparameter zu identifizieren und auf dieser Grundlage unterschiedliche Varianten und Strategien miteinander zu vergleichen. GoldSim arbeitet mit der so genannten Monte Carlo Methode, welche verwendet wird, um die Auswirkungen von Parameterbandbreiten und -unsicherheiten auf die Zielgrößen berechnen zu können. Die Inputdaten werden in der Software als Wahrscheinlichkeitsverteilungen dargestellt. Das Ergebnis einer solchen Simulation selbst ist daher auch immer eine Wahrscheinlichkeitsver- teilung. Es handelt sich um ein graphisches, objektorientiertes und hierarchisches Programm zur Abbil- dung von Systemprozessen, welches mit zeitlichen Bezügen arbeitet. Gegenüber Tabellenkalkula- tionsprogrammen bietet GoldSim daher wesentliche Vorteile durch die flexible Handhabung des Programmsystems. Des Weiteren ist die Abbildung einzelner Daten in einer Vielzahl zur Verfü- gung stehender Elemente möglich. So können zum Beispiel Datenreihen innerhalb eines Data- Elements abgelegt werden. Auch für die Berechnung vielzähliger Algorithmen bietet GoldSim vor- gefertigte Elemente, die je nach Bedarf verwendet werden können. Weiterer Vorteil gegenüber

Datum Seite: 30.11.2010 3/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Tabellenkalkulationsprogrammen stellt die strikte Verwendung von Einheiten dar. Im Programm sind Standardeinheiten vorgegeben, welche GoldSim eigenständig in andere Einheiten umwan- deln kann. So wird bei einem Element, welches die Einheit m besitzt und in eine Berechnung ein- geht, in welcher als Einheit km/a angegeben ist, die Umrechnung von m in km automatisch be- rücksichtigt. Innerhalb der grafisch orientierten Benutzeroberfläche steht eine Vielzahl von flexiblen Bausteinen zur Verfügung, mit denen das jeweilige System abgebildet werden kann. Sämtliche Parameter sind mit Einheiten behaftet, können als Verteilungsfunktion vorgegeben werden und komplexe gegenseitige Abhängigkeiten besitzen. Zur Erhöhung der Nachvollziehbarkeit kann das entwickelte GoldSim – Modell in Form eines so genannten Playerfiles digital bereit gestellt werden (siehe Kapitel 5 dieser Anlage). Die entsprechende Software dafür kann auf der Homepage der GoldSim Technology Group kostenfrei herun- tergeladen werden. Mit Hilfe dieses Playerfiles kann das gesamte Modell betrachtet werden und es ist möglich, einzelne Parameter zu ändern und die Wirkung der geänderten Parameter auf das Ergebnis zu prüfen.

1.2 Kurze Einführung zu WBalMo

WBalMo ist ein eingetragenes Warenzeichen der DHI-WASY GmbH. Das Programmsystem ist eine GIS-Applikation, die grafisch interaktiv den Raumbezug sichtbar integriert. Basis ist das Desktop GIS ArcView® der Firma ESRI Inc.

Basierend auf der Kenntnis der Struktur des Flussgebietes und dessen spezifischen natürlichen und wasserwirtschaftlichen Prozessen, lässt sich mit dem Programmsystem WBalMo das quanti- tative Verhalten des wasserwirtschaftlichen Systems in einem Flussgebiet bei unterschiedlichen Randbedingungen untersuchen. Das dem Programmsystem WBalMo zugrunde liegende Bewirt- schaftungsmodell arbeitet nach der Monte-Carlo-Technik. Es gestattet damit die Nachbildung der Nutzungsprozesse in einem Flussgebiet im Zeitschritt von einem Monat über einen beliebig langen Zeitraum. Eine statistische Analyse kann nach Beendigung der Simulation durchgeführt werden, da zuvor festgelegte Systemzustände durch das Programm gespeichert werden. Als Ergebnis werden so Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die relevanten Zielgrößen wie Talsperrenfüllungen, Defizite bei der Wasserbereitstellung für einzelne Wassernutzer oder für Durchflüsse an ausge- wählten Flussprofilen erhalten. Aus ihnen kann die Qualität einer ausgewählten Bewirtschaftungs- strategie für das untersuchte Flussgebiet eingeschätzt und über zielgerichtete Variantenrechnun- gen eine schrittweise Verbesserung dieser Strategie erreicht werden.

Datum Seite: 30.11.2010 4/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Der Nachbildung der Nutzungsprozesse liegen folgende Annahmen zugrunde: Das Gewässernetz wird schematisch durch Fliessgewässer und Bilanzprofile dargestellt. Diesen Bilanzprofilen werden Dargebot und Nutzungs- bzw. Bewirtschaftungselemente zugeordnet. Das Dargebot wird mittels sogenannter Simulationsteilgebiete erfasst, die im Allgemeinen zu einem langjährig beobachteten Pegel gehören. Aufgrund der oft recht großen Simulationsteilgebiete werden diese zur ge- naueren Bilanzierung mittels o. g. Bilanzprofile feiner unterteilt. Das Dargebot eines Simulations- teilgebietes wird dann über Faktoren als Eigendargebot auf die Bilanzprofile aufgeteilt. Wasser- nutzungen werden in Form von Nutzern, die das benötigte Wasser an den entsprechenden Bi- lanzprofilen entnehmen und zurückleiten, erfasst. Dabei können Mengen als konstant über das Jahr oder mit Monatswerten angegeben werden.

Wesentliche Anwendungsbeispiele von WBalMo sind wasserwirtschaftliche Rahmenpläne für Flussgebiete nach der EU-Wasserrahmenrichtlinie, Betriebspläne für wasserwirtschaftliche Anla- gen und für die Wasserversorgung von Wassernutzern, Standortgutachten für Investitionsvorha- ben und wasserrechtliche Genehmigungsverfahren. Konkret wird WBalMo für die Steuerung der Flutung der Tagebauketten im Lausitzer Braunkohlerevier eingesetzt, sowie im BMBF- Verbundprojekt GLOWA-Elbe [2].

Das zu untersuchende Flussgebiet kann sowohl unter stationären als auch unter zeitlich variablen Randbedingungen (z. B. Klimaänderungen) simuliert werden. Mit Hilfe zielgerichteter Varianten- rechnungen lässt sich näherungsweise eine Optimierung der Bewirtschaftung durchführen. Mo- dellbausteine mit denen eine Klimaänderung simuliert werden kann, sind aber nicht in WBalMo enthalten, sondern müssen in vorgeschalteten Modellen z. B. bei der Ermittlung der Dargebotsrei- hen berücksichtigt werden.

Können bestimmte Bewirtschaftungsregeln, gewisse Registrierungswünsche oder andere benötig- te Operationen nicht mit Hilfe der Standardelemente des WBalMo formuliert werden, so ist ihre Berücksichtigung durch die Definition "dynamischer" Elemente möglich. Durch diese wird der Ab- lauf der Standardalgorithmen unterbrochen, um in vom Anwender individuell vorgegebene Algo- rithmen einzutreten. Als Beispiel für derartige Elemente seien Prozeduren zur Berechnung der Speicherverdunstung in Abhängigkeit von Füllung und Jahreszeit, zur Festlegung von Überleitun- gen zwischen verschiedenen Gewässern oder zur Einbeziehung von wassergütewirtschaftlichen Aspekten genannt.

Datum Seite: 30.11.2010 5/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

2 Anfangs- und Randbedingungen

2.1 Konzeptioneller Ansatz

Jedes System, welches sich mathematisch abbilden lässt, kann mit GoldSim simuliert werden, so auch die Bestimmung der Sulfatkonzentration in der Spree. Bei dem entwickelten Flussgebiets- modell handelt es sich um ein sogenanntes Systemmodell, welches sowohl hydraulische Prozesse als auch Stofftransportprozesse unter Berücksichtigung der Durchflussverhältnisse (basierend externen WBalMo-Modellierungen) der Vorfluter im relevanten Teilgebiet der Spree zeitabhängig berechnet.

Als Bilanzmodell wird ein verallgemeinertes Boxmodell verwendet, wobei die unterschiedlichen Wasserkörper bzw. Elemente (Flussabschnitte, Restseen, Speicherbecken und Wasserbehand- lungsanlagen) sich in ihrer inneren Struktur voneinander unterscheiden. Das Fließgewässersys- tem wird modelltechnisch über ein Netzwerk von Bilanzknoten abgebildet. Neben den Bilanzkno- ten, die einzelne Flussabschnitte verbinden und sich an den Zu- und Abflussbedingungen (Zu- sammenflüsse, Verzweigungen – Überleiter) orientieren, wurden die einzelnen Speicherbecken und Tagebaurestgewässer im Modell einbezogen. Letztere unterscheiden sich von den Flussab- schnitten dadurch, dass sie jeweils ein großes Wasservolumen repräsentieren, welches sich als Funktion der Zeit in Abhängigkeit von den Zu- und Abflussbedingungen ändert. Da die für die einzelnen Speicherbecken und Tagebaurestgewässer verfügbare Information unterschiedlich ist, musste die Modellstruktur jeweils lokal der Datengrundlage angepasst werden.

Bei der Abbildung der Durchflussbedingungen ist zu beachten, dass das Gewässersystem der Spree und der Kleinen Spree bereits jetzt gesteuert wird. Für die Steuerung der einzelnen Was- sermengen gibt es ein komplexes Regelwerk mit mehr als 100 Einzelregeln und klar festgelegten Prioritäten. Im Rahmen des Modellaufbaus war folglich zu entscheiden, ob dieses Regelwerk ebenfalls im Modell implementiert wird. Im Ergebnis von Diskussionen wurde schließlich entschie- den, dass die Durchflüsse durch das Modell WBalMo berechnet und in das GoldSim Modell integriert werden sollen. Das Modell WBalMo bildet das Flussgebiet der Spree und der Kleinen Spree ab. Diese Berechnungen bilden die Grundlage für die Durchflussmengen an den einzelnen Bilanz- punkten.

Datum Seite: 30.11.2010 6/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

2.2 Modelltechnische Grundlagen

Das Flussgebietsmodell wurde auf der Grundlage der Software GoldSim v. 10.11 implementiert. Die allgemeine Funktionalität von GoldSim und speziell der einzelnen Elemente ist der Pro- grammdokumentation [1] zu entnehmen. Zusätzlich zu dem GoldSim-Modell wurde ein Playerfile erstellt, mit welchem einzelne Parameter durch den Nutzer geändert werden können und eine Ein- sicht in die Modellstruktur möglich ist. In Kapitel 5 dieser Anlage werden die wesentlichen Funktio- nen des Playerfiles sowie die Installation der nötigen Software beschrieben.

2.3 Herangehensweise und grundsätzliche Modellstruktur – verwendete Teil- modelle

2.3.1 Randbedingung WBalMo-Daten

Für die folgenden Bilanzpunkte wurden mittlere monatliche Durchflüsse für eine Prognoserech- nung und für ein Klimaszenario durch den AG berechnet und bereitgestellt:

Kennziffer Bezeichnung Bundesland 260 Spree, Begel Beeskow Brandenburg 216 Dobra, Pegel Boblitz Brandenburg 203 Spree, Begel Bräsinchen Brandenburg 206 Spree, Pegel Cottbus Brandenburg 210 Spree, Fehrow Brandenburg 239 Malxe, Pegel Fehrow Brandenburg 270 Spree, Pegel Große Tränke UP Brandenburg 250 Spree, Pegel Leibsch UP Brandenburg 240 Spree, Pegel Lübben Zusammenfluss Brandenburg 212 Greifenhainer Fließ, Pegel Müschen Brandenburg 218 Wudritz, Pegel Ragow Brandenburg 234 Zuleiter RL/SB Cottbus-Nord Brandenburg 235 Ableiter Speicher Cottbus-Norg Brandenburg 200 Spree, Pegel Spremberg Brandenburg 219 Berste, Pegel Treppendorf Brandenburg 250,1 + 250,2 Überleiter von Spreewasser zur Dahme Brandenburg 270,6 Ableitung Oder-Spree-Kanal Wernsdorf Brandenburg 711 Bereitstellung Oderwasserüberleitung Brandenburg 214 Vetschauer Mühlenfließ, Pegel Vetschau Brandenburg 134 Speicher Bärwalde, Abgabeprofil Sachsen 136,3 Zufluss Speicher Bärwalde aus Spree Sachsen 133 Speicher Bärwalde, Zuflussprofil Sachsen 176 Kleine Spree uh. Zuleiter RL Scheibe und RL Burghammer Sachsen

Datum Seite: 30.11.2010 7/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Kennziffer Bezeichnung Bundesland 189 Ableiter SB Burghammer zur Kleinen Spree Sachsen 179 Kleine Spree, Pegel Burgneudorf Sachsen 431 Zuleiter zum Speicher Restlochkette Sachsen 175 Kleine Spree uh. Zuleiter Dreiweibern Sachsen 130 Spree, Pegel Lieske Sachsen 184 Zuleiter RL/SB Lohsa ll von der Spree Sachsen 185 Zufluss RL/SB Lohsa ll uh. Ableitung Neubauteiche Lohsa Sachsen 186 Ableiter SB Lohsa ll nach SB Burghammer Sachsen 176,2 - 431,3 Flutungswasser RL Spreetal-NO aus der Kleinen Spree Sachsen 190 Spree, Pegel Spreewitz Sachsen 300 Spree oh. Dämeritzsee Berlin 301 Löcknitz oh. Mündung in Flakensee Berlin 302 Rüdersdorfer Gewässer, Auslauf in den Dämeritzsee Berlin 303 Rüdersdorfer Gewässer, Auslauf Kalksee Berlin 310 Spree, Zufluss Müggelsee (oh. Fredersdorfer Fließ) Berlin 311 Fredersdorfer Fließ oh. Mündung Berlin 326 Oder-Spree-Kanal, Schleuse Wernsdorf Berlin 315 Spree oh. Neuenhagener Fließ / Dahmemündung Berlin 327 Dahme oh. Mündung in die Spree Berlin 390 Teltowkanal, Hafen Rudow Berlin 325 Dahme oh. Seddinsee (Mündung OSK) Berlin 321 Dahme oh. Einmündung Nottekanal Berlin 323 Nottekanal oh. Mündung in die Dahme Berlin

Die Durchflüsse für die Flussabschnitte, die nicht übergeben wurden, konnten aus Bilanzbetrach- tungen heraus bestimmt werden.

2.3.2 Teilmodell: diffuser Austrag aus Kippen Sachsen

Das Teilmodell Sachsen bildet die folgenden Bereiche ab:

Teilbereich Funktion Einbindung in GoldSim Bärwalde Speicherbecken WBalMo Burghammer Speicherbecken WBalMo Burgneudorf WBalMo Dreiweibern Speicherbecken WBalMo ERLK – Erweiterte Restlochkette WBalMo Hermannsdorfer See Berechnung Kleine Spree Summenelement Kringelsdorf WBalMo Lieske WBalMo Lohsa ll Speicherbecken WBalMo

Datum Seite: 30.11.2010 8/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Teilbereich Funktion Einbindung in GoldSim Nochten Restsee WBalMo Scheibe Restloch Berechnung Schöps (Weißer und Schwarzer) Summenelement Schwarze Elster Berechnung Schwarze Pumpe WBalMo Spreetal NordOst WBalMo Spreewitz WBalMo Sprey Summenelement Tzschelln Grundwasserreinigungsanlage WBalMo Überleiter 704 Summenelement Überleiter 705 Summenelement Uhyst Gütemessstelle Summenelement Wilhelmsthal Summenelement Zerre Gütemessstelle Summenelement

Die Spalte „Einbindung in GoldSim“ gibt an, durch welche Datengrundlage der jeweilige Bereich beschrieben wird. Dabei stehen die Angaben jeweils für:

- WBalMo: Datengrundlage aus dem WBalMo übernommen

- Berechnung: Vereinfachte Berechnung innerhalb von GoldSim entweder auf der Grundlage vereinfachter konzeptioneller Ansätze oder vorhandener statistischer Kenngrößen

- Summenelement: Durchflussmenge und Konzentration ergibt sich aus anderen Elementen

2.3.3 Teilmodell: diffuser Austrag aus Kippen Brandenburg

Das Teilmodell Brandenburg bildet die folgenden Bereiche ab:

Teilbereich Erläuterung Einbindung in GoldSim Beeskow 260 WBalMo Boblitz 216 WBalMo Bräsinchen 203 WBalMo Cottbus Tagebau Berechnung Cottbus Spree 206 WBalMo Cottbus Zuleiter Speicherbecken, 234 WBalMo Cottbus 235 WBalMo Fehrow 210 WBalMo Fehrow 239 WBalMo Greifenhain, Gräbendorf Tagebau Berechnung Große Tränke 270 WBalMo

Datum Seite: 30.11.2010 9/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Teilbereich Erläuterung Einbindung in GoldSim Jänschwalde Tagebau Berechnung Leibsch 250 WBalMo Lübben 240 WBalMo Müschen 212 WBalMo Ragow 218 WBalMo Schlabendorf Tagebau Berechnung Seese Tagebau Berechnung Spree 263 WBalMo Spreewald Berechnung Spremberg 200 WBalMo Spremberg Talsperre Berechnung Treppendorf 219 WBalMo Überleiter 250 WBalMo Überleiter 270 WBalMo Überleiter 711 WBalMo Vetschau 214 WBalMo Welzow Tagebau Berechnung

Die Spalte „Einbindung in GoldSim“ gibt an, durch welche Datengrundlage der jeweilige Bereich beschrieben wird. Dabei stehen die Angaben jeweils für:

- WBalMo: Datengrundlage aus dem WBalMo übernommen

- Berechnung: Vereinfachte Berechnung innerhalb von GoldSim entweder auf der Grundlage vereinfachter konzeptioneller Ansätze oder vorhandener statistischer Kenngrößen

Die Einbindung der Tagebaue Schlabendorf, Seese, Gräbendorf und Greifenhain wurde anhand der NA-Modelle der WASY (Quelle [3] und [4]) überarbeitet. Eine genaue Erläuterung zu den An- passungen ist in Kapitel 3.2 dieser Anlage.

2.3.4 Berücksichtigung der Tagebaurestseen Die folgenden Tagebaurestseen sind im Modell berücksichtigt:

- Bärwalde Sachsen - Burghammer Sachsen - Dreiweibern Sachsen - Hermannsdorfer See Sachsen - Lohsa ll Sachsen - Nochten Restsee Sachsen - Gräbendorf Brandenburg - Greifenhain Brandenburg

Datum Seite: 30.11.2010 10/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

- Speicherbecken Cottbus Brandenburg - Schlabendorf* Brandenburg - Seese** Brandenburg * das Gebiet Schlabendorf umfasst die Seen: Stiebsdorfer See, Drehnaer See, Schlaben- dorfer See, Lichtenauer See, Stoßdorfer See, Stöbritzer See, Hindenberger See

** das Gebiet Seese umfasst die Seen: Schönfelder See, Kittlitzer Badesee, Redlitzer See, Kahnsdorfer See, Bischdorfer See

In Abhängigkeit von vorgegeben Startzeitpunkten für die Flutung der einzelnen Seen werden diese bis zu ihrem Maximalvolumen gefüllt und leiten dann je nach Vorgabe in die Vorflut bzw. den Un- tergrund ab.

2.4 Diskussion der WBalMo-Daten

Die benötigten WBalMo-Prognosedaten wurden vom Landesamt für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz (LUGV) in Brandenburg zur Verfügung gestellt. Die Simulationen wurden mit der Programmvariante lm2008_091127_09sulfat ermittelt. Diese beruht auf der aktuellen Arbeits- variante (lm2008_091127_09), modifiziert hinsichtlich der Speichernutzung des Speichers Lohsa II. Im Modell wurde die Speicherabgabe aus dem Speicher Lohsa II für die reine Stützung des Qmin Große Tränke (2. Tranche) entfernt und damit eine geringere Inanspruchnahme des Spei- chers mit monatlichen Nutzraumgrenzen simuliert.

Diese Modifizierung im WBalMo war notwendig, weil der Speicher Lohsa II als voll funktionsfähiger Speicher im WBalMo integriert ist, als solcher aber bisher nicht betrieben wird. Außerdem zeichnet sich ab, dass das ursprüngliche Bewirtschaftungskonzept des Speichers Lohsa II mit einer maximalen Speicherlamelle von 6,9 Metern nicht realisiert werden kann. Der bisher vorgesehene Ma- ximaleinstau von 116,4 m NHN führt zu hohen Versickerungsraten in Richtung Restsee Burg- hammer und Spree. Damit würden die diffusen Schadstoffeinträge in die Spree und die Kleine Spree weiter ansteigen, was vermieden werden soll. Daher ist das gesamte Bewirtschaftungskon- zept für den Speicher zurzeit in Überarbeitung. Gegenwärtig ist davon auszugehen, dass bis zur vollen Nutzbarkeit des Speichers ein Probeeinstauzeitraum von etwa 15 Jahren erforderlich sein wird. Ab Herbst 2010 soll eine neue Variante des WBalMo mit den geänderten Betriebsszenarien für den Speicher Lohsa II im WBalMo zur Verfügung stehen. Auf diese Version des WBalMo konnte aber nicht gewartet werden. Deshalb wurden die o. g. Modifizierungen bei der Speicherabgabe vorgenommen.

Datum Seite: 30.11.2010 11/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Die WBalMo-Daten für die benötigten Bilanzknoten wurden als monatliche Abfluss-Mittelwerte sowie als Abflusswerte mit 50%iger und 80%iger Überschreitungswahrscheinlichkeit berechnet. Bei den Speicherabgaben wurden jedoch immer die monatlichen Mittelwerte als Berechnungs- grundlage verwendet, weil die Angabe von Überschreitungswahrscheinlichkeiten hier zu dem Problem führt, dass vermehrt Wasser abgegeben wird, was in der Simulation verhindert werden sollte. Deshalb wurden bei den prognostischen Speicherabgaben stets die Mittelwerte verwendet.

Für die Betrachtung von Klimaszenarien sollte geprüft werden, ob es möglich ist, modellierte Ab- flusswerte aus WBalMo mit Überschreitungswahrscheinlichkeiten von 50%, 80% und 95% zu verwenden, um damit den Dargebotsrückgang infolge Klimaänderung zu berücksichtigen. Dabei ist klar, dass durch die Verwendung von Überschreitungswahrscheinlichkeiten kein direkter Zu- sammenhang zu Klimaveränderungen hergestellt werden kann. Es kann damit im vorliegenden Fall nur geprüft werden, wie sich die verminderten Abflüsse in höheren Sulfatkonzentrationen wi- derspiegeln. Mit der Verwendung der modellierten Abflusswerte für hohe Überschreitungswahr- scheinlichkeiten (80 und 95%) lassen sich aber nicht die Auswirkungen der Klimaveränderungen auf die Sulfatquellen erfassen. Die prinzipiellen Schwierigkeiten, die sich daraus ergeben, werden im Kapitel 5.1 des Berichtsteils diskutiert.

Aus dem Vergleich von Mittel- und Medianwerten (50%ige Überschreitungswahrscheinlichkeit) ergibt sich für die Modellierung dennoch ein interessanter Aspekt, der im Folgenden ausgeführt wird. Bei den bisherigen Berechnungen zur Prognose der Sulfatkonzentrationen wurden die monatlichen Mittelwerte der im WBalMo enthaltenen Bilanzpunkte als Ausgangsdaten verwendet und daraus mit Hilfe einer Log-N-Verteilung (siehe Abschnitt 2.5) die täglichen Abflusswerte ermittelt. Natürliche Abflussverteilungen sind immer schiefe Verteilungen mit einem steilen Anstieg bei kleinen Werten und einem langsamen Abflachen zu den hohen Abflusswerten. Dies führt dazu, dass wenige sehr hohe Abflussereignisse zu einem Ansteigen des Mittelwertes führen. Beim Median spielt dieser Effekt keine Rolle. Dadurch ist der Mittelwert bei natürlichen Abflussverteilungen immer höher als der Median. Dies ist in Abbildung 1 (linkes Diagramm) beispielhaft für den Pegel Spremberg dargestellt. Das rechte Diagramm in Abbildung 1 zeigt die Häufigkeitsverteilung der mit WBalMo simulierten Monatsmittelwerte für den Bilanzpunkt 200 (Spremberg). Da es sich um Mo- natsmittelwerte handelt, ist die Schwankungsbreite der Abflüsse viel geringer. Aber auch bei diesen Werten ist der Median kleiner als der Mittelwert.

Datum Seite: 30.11.2010 12/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

5,0 100 5,0 100

4,5 90 4,5 90

4,0 Häufigkeit 80 4,0 80 Summenhäufigkeit Häufigkeit 3,5 MW 70 3,5 Summenhäufigkeit 70 Median MW 3,0 20-Perz 60 3,0 60 Median 20-Perz 2,5 50 2,5 50

2,0 40

2,0 40 % in Häufigkeit Häufigkeit in % in Häufigkeit Summenhäufigkeit in% 1,5 30 % in Summenhäufigkeit 1,5 30

1,0 20 1,0 20

0,5 10 0,5 10

0,0 0 0,0 0 0 102030405060 5 7 9 11 13 15 17 19 Abfluss in m³/s Abfluss in m³/s

Abbildung 1: Häufigkeitsverteilung der Abflüsse am Bilanzknoten Spremberg Linkes Diagramm: gemessene tägliche Abflusswerte aus dem Zeitraum 01.01.1970 bis 31.10.2007 Rechtes Diagramm: monatliche Mittelwerte aus WBalMo

Durch die Verwendung von monatlichen Mittelwerten in WBalMo ergibt sich daher das Problem, dass die Abflussmenge in Bezug auf die zugehörige Summenhäufigkeit zu hoch eingeschätzt bzw. modelliert wird. Bei der Simulation der Sulfatkonzentration in der Spree hat dies zur Folge, dass niedrigere Simulationsergebnisse für die Sulfatkonzentration erhalten werden. Dadurch ist das Simulationsergebnis aber nicht falsch. Bei der Interpretation muss nur darauf geachtet werden, dass dieses Ergebnis einer Überschreitungswahrscheinlichkeit < 50% entspricht. Im oben ange- führten Beispiel am Pegel Spremberg würde das Simulationsergebnis für eine Überschreitungs- wahrscheinlichkeit von 40% gelten.

Um dieser Schwierigkeit bei der Verwendung der monatlichen Mittelwerte zumindest teilweise aus dem Weg zu gehen, wurden wie bereits erwähnt die monatlichen Mittelwerte mit einer der natürli- chen Abflussverteilung angepassten Häufigkeitsverteilung (Log-N-Verteilung) überlagert und so tägliche Abflusswerte erzeugt, die sich an die natürliche Verteilung der Abflüsse annähern (siehe Kapitel 2.5 in dieser Anlage).

Mit der Überarbeitung des GoldSim-Simulationsmodells in dieser Studie wurde die Möglichkeit geschaffen, die Simulation mit den von WBalMo erzeugten Monatsmittelwerten, als auch mit den Medianwerten durchzuführen. Die Einstellung, welche Datenbasis verwendet werden soll, erfolgt im Menü „Steuerparameter1“. Dort kann unter dem Punkt „WBalMo-Datenbasis“ zwischen Median und Mittelwert gewählt werden (siehe Kapitel 5.3 in dieser Anlage).

Datum Seite: 30.11.2010 13/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

12 ] 10

8 Abfluss [m³/s

2 01.01.03 01.01.05 01.01.07 01.01.09 01.01.11 01.01.13 01.01.15 01.01.17 01.01.19 01.01.21 01.01.23 01.01.25 01.01.27 01.01.29 01.01.31 01.01.33 01.01.35 01.01.37 01.01.39 01.01.41 01.01.43 01.01.45 01.01.47 01.01.49 01.01.51

Datum

MW Median 80% ÜW 95% ÜW

MW (GD) Median (GD) 80% ÜW (GD) 95% ÜW (GD)

Abbildung 2: WBalMo-Daten für den Bilanzknoten 200 (Spremberg)

100

50 Prozentwert gegenüber MW [%] MW gegenüber Prozentwert

30 01.01.03 01.01.05 01.01.07 01.01.09 01.01.11 01.01.13 01.01.15 01.01.17 01.01.19 01.01.21 01.01.23 01.01.25 01.01.27 01.01.29 01.01.31 01.01.33 01.01.35 01.01.37 01.01.39 01.01.41 01.01.43 01.01.45 01.01.47 01.01.49 01.01.51

Datum

Median 80% ÜW 95% ÜW Median (GD) 80% ÜW (GD) 95% ÜW (GD) Abbildung 3: Prozentwerte für den Median sowie für die Abflusswerte bei 80 und 95%iger Über- schreitungswahrscheinlichkeit bezogen auf den Mittelwert

In Abbildung 2 sind die mit WBalMo erzeugten monatlichen Mittelwerte sowie Abflusswerte für 50% (Median), 80% und 95% Überschreitungswahrscheinlichkeit für den Bilanzknoten 200_Spremberg dargestellt. Abbildung 3 zeigt eine Darstellung in der der Median und die Abflüsse

Datum Seite: 30.11.2010 14/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2 mit 80 und 95% Überschreitungswahrscheinlichkeit als Prozentwert vom Mittelwert angegeben sind. Der Median beträgt in der beispielhaft dargestellten Datenreihe am Bilanzknoten 200_Spremberg zwischen 80 und 90 % des Mittelwertes. Dies bedeutet, dass bei Durchführung der Simulation mit den Medianwerten für die Sulfatkonzentrationen Werte erhalten werden, die um den Faktor 1,1 bis 1,25 höher liegen. Die Größe des Faktors ist nicht an allen Bilanzknoten gleich. Flussabwärts sinkt der Faktor, behält aber immer Werte > 1,0.

Die Verwendung des Medians für die Simulation der Sulfatkonzentrationen ist aus logischen Ge- sichtspunkten vorzuziehen, weil der Median eine Abflusssituation repräsentiert, bei der 50% der Werte kleiner und 50 % der Werte größer sind, d. h. man kann hinsichtlich der Häufigkeit des Auf- tretens dieses Wertes tatsächlich von mittleren Verhältnissen sprechen. Bei Verwendung der Mit- telwerte für die Simulation werden Abflussdaten verwendet, die mit einer Häufigkeit < 50% (bis minimal 40%) auftreten, d. h. man rechnet in diesem Fall mit Daten, die mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit auftreten. Daher erscheint es angebracht für die Simulation die Medianwerte zu verwenden. Im Kapitel 6.2 des Berichtes (Textteil) werden bei der Auswertung der Simulation die Ergebnisse beider Berechnungsmethoden miteinander verglichen.

2.5 Diskussion von Schwankungsbreiten und Unsicherheiten

Die Zielstellung des GoldSim-Modells besteht darin, die Wirksamkeit der zu untersuchenden Vari- anten abzubilden. In das Modell gehen unterschiedliche Eingangsdaten ein, unter anderem die Durchflüsse aus WBalMo als auch Sulfatkonzentrationen aus verschiedenen Datenquellen.

Dabei unterliegen diese Parameter zeitlichen Schwankungen bzw. sind mit einer Variabilität behaftet. Deshalb werden beide Größen innerhalb von GoldSim als Verteilungsfunktionen berücksichtigt und mit Hilfe eines Monte-Carlo-Verfahrens in jedem Zeitschritt neu bestimmt.

Für die Durchflüsse liegen Prognosen für die monatlichen Mittelwerte in Form von WBalMo- Zeitreihen vor. Dabei handelt es sich um monatliche Schätzungen der Durchflussmengen für den Zeitraum 2003 bis 2052. Da die Schwankungsbreiten der Tagesmittelwerte deutlich höher sind als die Monatsmittelwerte, berücksichtigt das GoldSim-Modell eine zusätzliche Schwankungsbreite, welche den Monatsmittelwerten überlagert wird.

Die Spannbreiten wurden anhand einer Log-Normal-Verteilung angesetzt. Des Weiteren wurde für die WBalMo-Daten eine Korrelation der Bilanzpunkte miteinander angenommen. Das bedeutet, dass im Falle eines hohen Durchflusswertes an einem Bilanzpunkt auch bei den anderen Durch- flüssen höhere Werte auftreten.

Datum Seite: 30.11.2010 15/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Da diese natürlichen Schwankungen durch den Spreewald gepuffert werden, wurde für die Mittel- werte südlich des Spreewaldes eine Verteilung mit einer größeren Spannbreite als für diese nörd- lich des Spreewaldes angenommen.

Abbildung 4 zeigt einen Vergleich der Statistik der auf diese Art und Weise mit dem Modell simulierten Durchflüsse für den Pegel Lieske mit den gemessenen historischen Werten. Der Vergleich zeigt, dass das Modell die beobachtete Durchflussverteilung der Tageswerte gut approximiert.

Die Sulfatkonzentrationen stammen aus unterschiedlichsten Datenquellen und gehen bis auf wenige Ausnahmen als einfache Mittelwerte in das Modell ein. Je nach Ausgangsdatenlage wurden Schwankungsbreiten für die Sulfatkonzentration berücksichtigt. Diese variieren die Konzentratio- nen über eine Normal-Verteilung.

Aussagekräftig werden diese Schwankungsbreiten, wenn in GoldSim mehrere Realisierungen durchgeführt werden. Je mehr Realisierungen laufen, desto mehr nähert sich das berechnete Er- gebnis auch einem realistischen Ergebnis an. Bei einer Simulation mit 100 Realisierungen bietet GoldSim neben der Auswertung des Median, des Mittelwertes und der Minima und Maxima auch die Auswertung von z. B. 90%-Perzentilen an.

0.05

0.045 Messwerte 0.04 GoldSim

0.035

0.03

0.025

0.02 relative Häufigkeit relative 0.015

0.01

0.005

0 024681012 Durchfluss [m³/s]

Abbildung 4 Vergleich der beobachteten mit einer simulierten Durchflussstatistik für den Pegel Lieske

Datum Seite: 30.11.2010 16/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

3 Modellerweiterung unter Einbeziehung der Zulaufpegel für Berlin und der wasserwirtschaftlichen Maßnahmen in Sachsen

3.1 Erweiterung der Modellstruktur

Im Rahmen der Bearbeitung wurde das GoldSim Modell auf die Zulaufpegel in Berlin erweitert. Datengrundlage dafür war eine Systemskizze (Abbildung 6) von WBalMo für die Berliner Gewäs- ser, die vom LUGV Brandenburg übergeben wurde. Das Ziel der Modellerweiterung bestand darin, die bergbaubedingten Sulfatfrachten für den Raum Berlin zu bestimmen, weshalb das Modell auf die südlichen Zulaufpegel in Berlin erweitert wurde. Anhand der Systemskizze (Abbildung 6) wurden die folgenden Bilanzpunkte im Bundesland Berlin ausgewählt und im GoldSim-Modell integriert. - 300 Spree oh. Dämeritzsee - 301 Löcknitz oh. Mündung in Flakensee - 302 Rüdersdorfer Gewässer, Auslauf Dämeritzsee - 303 Rüdersdorfer Gewässer, Auslauf Kalksee - 310 Spree, Zufluss Müggelsee (oh. Fredersdorfer Fließ) - 311 Fredersdorfer Fließ oh. Mündung - 326 Oder-Spree-Kanal, Schleuse Wernsdorf - 315 Spree oh. Neuenhagener Fließ / Dahmemündung - 327 Dahme oh. Mündung in die Spree - 390 Teltowkanal, Hafen Rudow - 325 Dahme oh. Seddinsee (Mündung OSK) - 321 Dahme oh. Einmündung Nottekanal - 323 Nottekanal oh. Mündung in die Dahme

Die WBalMo-Prognosedaten der Berliner Bilanzpunkte enthalten die Nutzungen zum Stand des Jahres 2002. Seither wurde im WBalMo Spree-Schwarze Elster am "Berlin-Baustein" nichts ver- ändert.

Eine Darstellung der Gewässer im südöstlichen Teil von Berlin ist in Abbildung 5 enthalten. Darin ist zu erkennen, dass die aus der Lausitz über die Müggelspree, den Oder-Spreekanal und über die Dahme nach Berlin zuströmenden Sulfatfrachten in den Bilanzprofilen Rahnsdorf und Dahme oh Mündung enthalten sind. Diese Punkte wurden deshalb für die Ergebnisdarstellung der Sulfat- konzentration der Zulaufwässer nach Berlin ausgewählt. Die Lage dieser Punkte ist in Abbildung 5 dargestellt. Für die Ermittlung der Sulfatkonzentrationen müssen natürlich die Daten der zuflie- ßenden „Fremdgewässer“ (Rüdersdorfer Gewässer und Nottekanal) berücksichtigt werden. Für diese Gewässer wurde eine Auswertung der vorliegenden Sulfatdatenreihen seit dem Jahre 2000 vorgenommen und für die Prognoserechnungen gleich bleibende Sulfatbelastungen angenommen.

Datum Seite: 30.11.2010 17/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Rahnsdorf

Dahme oh. Mündung

Abbildung 5: Ausschnitt Karte „Wasserstraßen in der Region Berlin“, Quelle: [7]

Datum Seite: 30.11.2010 18/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Abbildung 6 Systemskizze WBalMo Berlin, Stand 2001 (Quelle: LUGV)

Abbildung 7 stellt die oberste Modellstruktur des Bundeslandes Berlin dar, wie sie in GoldSim integriert wurde. In den gelb dargestellten Containern werden die Wassermengen aus WBalMo sowie die angenommenen Sulfatfrachten verarbeitet. Die roten Mischelemente bilden die Verteiler der Frachten zu den sich anschließenden Bilanzpunkten dar.

Datum Seite: 30.11.2010 19/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Abbildung 7 Oberste Modellstruktur des Bundeslandes Berlin GoldSim

3.2 Überarbeitung Modellkonzept für den diffusen Sulfateintrag in Brandenburg

Für die Bereiche Schlabendorf und Seese wurden die Berichte zur Niederschlags- Abflusssimulation [3] und [4] von DHI-Wasy sowie die Gutachten zur Entwicklung der Wasserbe- schaffenheit [5] und [6] herangezogen. Die Berichte bilden die bis dato neuesten Modellierungen bezüglich der unterirdischen Abstrombereiche als auch die neuesten Prognosedaten für die Sul- fatkonzentrationsentwicklung innerhalb der Tagebaurestseen.

Datum Seite: 30.11.2010 20/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Die Studien der DHI-Wasy GmbH bauen auf vorangegangene Modelle auf und beinhalten die Quantifizierung des Gebietswasserhaushaltes nach Beendigung der bergbaubedingten Sanierung und der Einstellung eines Endwasserspiegels. Zum Einsatz kam dabei das Niederschlags-Abfluss- Modell NASIM, welches unter anderem auch die Abbildung tiefer Grundwasserleiter ermöglicht. Innerhalb der Studien wurden die Gebiete jeweils in unterschiedliche Bilanzgebiete unterteilt und für diese wurden mittlere unterirdische Grundwasserabflüsse bestimmt, welche wiederum in Gold- Sim integriert werden sollten. Aus den Studien der DHI-Wasy konnten für Schlabendorf zwei und für Seese ein unterirdischer Abstrombereich festgelegt werden, welche für den Austrag aus den Kippen zuständig sind. Die in GoldSim angesetzten Wassermengen, die unterirdisch aus den Kip- pen in die Vorflut abgeleitet werden, sind in dem Bericht wie folgt angegeben:

zu Bilanzpunkt Wassermenge l/s Teilmodell 216 Boblitz 68 Seese 218 Ragow 117 Schlabendorf 219 Treppendorf 3 Schlabendorf

Innerhalb des GoldSim-Modells wurde davon ausgegangen, dass der unterirdische Abfluss einer zeitlichen Verzögerung unterliegt. Diese Verzögerungszeit wurde anhand der geometrischen Pa- rameter der Abstrombereiche (Mächtigkeit, Länge und Breite), der Porosität und der Wassermen- ge berechnet. Der oberirdische Abfluss hingegen gelangt nach Flutung der Restseen direkt in die Vorflut und unterliegt somit keiner zeitlichen Steuerung. Die oberirdischen Abflussmengen wurden anhand des WASY-Modelles wie folgt angesetzt:

Tagebaurestloch Ableitung über Wassermenge l/s Teilmodell Bischdorfer See (RL23) Kahnsdorfer Feldgraben 20 Seese Schönfelder See (RL4) Dobra 200 Seese Schlabendorfer See Lorenzgraben / Wudritz 96 Schlabendorf (RL14/15) Borcheltsfließ 35 Schlabendorf Lichtenauer See (RL F) Beuchower Graben 8 Schlabendorf

Aus den Gutachten [5] und [6] konnten für den Zeitraum von 2003 bis 2030 gemessene bzw. prognostische Sulfatkonzentrationen der einzelnen Restseen übernommen werden. Für den weite-

Datum Seite: 30.11.2010 21/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2 ren Verlauf der Sulfatkonzentrationen bis 2052 wurde eine Abklingfunktion angenommen, so dass der Sulfataustrag aus den Restseen nach und nach abnimmt.

Datum Seite: 30.11.2010 22/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

4 Prognosesicherheit

Bei dem für die Prognose der Sulfatkonzentration verwendeten Modellkonzept handelt es sich um ein sogenanntes Systemmodell. Das bedeutet, dass eine Reihe von Prozessen nicht innerhalb des Modells selbst berechnet werden, sondern auf Ergebnisse detaillierter komplexer Modellie- rungen zurückgegriffen wird, indem diese geeignet einbezogen werden. Bsp. dafür sind das Men- gengerüst aus WBALMO oder auch die Ergebnisse von Grundwassermodellierungen für die Quantifizierung der Abstrommengen einzelner Kippen. Da die zur Verfügung stehende Datenmen- ge für unterschiedliche Teilbereiche des sehr komplexen Gesamtgebietes sehr unterschiedlich war, musste die Art der Implementierung für jeden Teilbereich dieser Datenlage angepasst werden. Bspw. konnte für die Abstrombereiche für eine Reihe von Kippen nicht auf die Ergebnisse detaillierter Modellierungen zurückgegriffen werden.

Deshalb mussten für eine Reihe von Teilbereichen vereinfachte Modellansätze implementiert werden. So wurden bspw. die Fließzeiten vor allem aus geologischen und geometrischen Überlegun- gen bzgl. der Grundwasserleiter abgeleitet.

Ein weiteres Beispiel ist die komplexe innere Struktur des Spreewaldes, für die ebenfalls kein de- tailliertes Fließmodell vorlag. Deshalb musste auch die Wasserbilanz und der Stofftransport im Bereich des Spreewaldes vereinfacht abgebildet werden.

Trotz dieser teilweise notwendigen konzeptionellen Vereinfachungen konnten eine Reihe der wesentlichen beobachteten Effekte mit dem Modell sehr gut nachvollzogen werden. Dies betrifft bspw. die zeitliche Verschiebung der Frachtmaxima vor und nach dem Spreewald oder auch die Schwankungsbreite der Sulfatkonzentration an einzelnen Pegeln.

Insgesamt wird eingeschätzt, dass sich natürlich die aus den vereinfachten Abschätzungen resultierenden konzeptionellen Unsicherheiten bzw. auch Parameterunsicherheiten in Form von Prog- noseunsicherheiten für die Zielgrößen auswirken. Die Hauptursachen von Prognoseunsicherheiten werden in folgenden Aspekten gesehen:

Prognoseunsicherheiten von WBALMO Abweichungen der Form der Verteilungsfunktion, welche den Zusammenhang zwischen Monatsmittelwerten und Tageswerten im Modell beschreibt für einzelne Pegel aufgrund der Vielzahl der Steuerregeln Nicht verfügbare Grundwassermodellierungen für eine Reihe von Abstrombereichen Nicht vorhandene Detailmodelle zu Durchströmung und Transport im Bereich des Spreewaldes

Datum Seite: 30.11.2010 23/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Teilweise nicht vorhandene Parameter zu einzelnen Kippenbereichen

Insgesamt wird eingeschätzt, dass die genannten Aspekte bezogen auf die statistischen Kenngrö- ßen (Mittelwert, Maxima, Schwankungsbreiten) zu Prognoseunsicherheiten für die Sulfatkonzent- ration an Pegeln der Spree im Bereich von ca. 10% - 15% führen.

Bezogen auf den einzelnen Teilbereich können diese Prognoseunschärfen auch noch deutlich höher sein. Dies betrifft bspw. den Zeitverlauf der diffusen Frachtbeiträge einzelner Kippen oder den Konzentrationsverlauf einzelner Restseen.

Die Prognosegenauigkeit der Unterschiede zwischen den einzelnen betrachteten technischen Va- rianten wird allerdings als sehr hoch eingeschätzt, da sich Prognoseunschärfen gegenseitig auf- heben.

Durch den gewählten Modellaufbau besteht die Möglichkeit die Ergebnisse von weiteren Detailbe- trachtungen und Detailmodellierungen in das vorhandene Modell zu integrieren sobald diese vorliegen. Dazu kann der grundsätzlichen Modellaufbau beibehalten werden. Das Modell muss lediglich lokal angepasst werden. Damit kann das Modell beim Vorliegen neuer Erkenntnisse mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand angepasst und fortgeschrieben werden. Gleichfalls besteht die Möglichkeit Teilaspekte mit verbesserten konzeptionellen Ansätzen im vorhandenn Modell zu imp- lementieren.

Datum Seite: 30.11.2010 24/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

5 Erläuterungen zum Playerfile

5.1 Einleitung

Unter Nutzung des frei verfügbaren GoldSim Players kann das entwickelte GoldSim-Modell betrachtet und die Modellstruktur analysiert werden, ohne dass die Software GoldSim selbst erwor- ben werden muss. Zudem ist es im Playerfile möglich, einzelne Parameter zu ändern und Simula- tionen mit den geänderten Parametern durchzuführen. Dadurch können mit dem Playerfile Sensi- vitäten analysiert werden. Das Playerfile kann dazu dienen, die Modellstruktur nachvollziehbar zu dokumentieren und so eine Grundlage für fachliche Diskussionen liefern.

5.2 Installation

Auf der beigefügten CD befinden sich insgesamt 3 Files:

- GoldSim_Player_10.11.exe

- Sulfat_Berlin_Brandenburg.gsp

- Sulfat_Berlin_Brandenburg.gsm

Die Datei GoldSim_Player_10.11.exe ist die Installationsdatei des GoldSim Players. Die Datei Sulfat_Berlin_Brandenburg.gsp ist das aus dem GoldSim Modell exportierte Playerfile. Die Installation des GoldSim Players erfolgt durch starten (Doppelklick) der Datei GoldSim_Player_10.11.exe. Danach öffnet sich ein Windows üblicher Installations-Wizard und führt durch die Installation. Dabei ist es möglich, den Installationspfad auszuwählen. Nach Abschluss der Installation kann der Player über das Startmenü von Windows gestartet werden. Für die Durchführung von Simulationen ist es zweckmäßig, das Playerfile in ein Arbeitsverzeichnis auf der Festplatte zu kopieren. Auf diese Art und Weise können Parameteränderungen sowie die mit den geänderten Parameter erzeugten Simulationsergebnisse gespeichert werden.

Datum Seite: 30.11.2010 25/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

5.3 Erläuterung der Menüs Startmenü

Nach dem Start des GoldSim Players erscheint das folgende Menü:

Abbildung 8 Startfenster GoldSim Player

Über OPEN MODEL wird ein Windows-Browser aufgerufen, mit dem ein Playerfile ausgewählt und geöffnet werden kann. Nach dem Öffnen des Files erscheinen 2 Fenster, der Run Controller von GoldSim und das Hauptmenü (teilweise auch als Startmenü bezeichnet) des Playerfiles. Der Run Controller, der frei auf dem Bildschirm verschiebbar ist, ist nachfolgend dargestellt:

Abbildung 9 Run Controller von GoldSim

Mit ihm ist das Starten einer Simulation (gleiche Wirkung wie RUN Button im Hauptmenü), der RESET (Simulationsergebnisse werden verworfen) und das Speichern und Öffnen von Dateien über das Menu OPTIONS möglich.

Datum Seite: 30.11.2010 26/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Hauptmenü

Aus dem Hauptmenü des Playerfiles, welches nachfolgend dargestellt ist, sind die folgenden Un- termenüs bzw. Anwendungen über Buttons erreichbar.

Abbildung 10 Hauptmenü im GoldSim Playerfile

- Einstellungen ändern (Steuerparameter 1 und 2)

- Ergebnisse

- Modell ansehen (Browse)

- Simulation starten (Run)

- Anwendung Beenden (Close)

Die Untermenüs werden nachfolgend weiter erläutert.

Datum Seite: 30.11.2010 27/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Einstellungen ändern (Steuerparameter 1 und 2)

Durch Drücken des Buttons „Steuerparameter 1“ kommt man in das nachfolgend abgebildete Me- nü:

Abbildung 11 Abbildung des Menüs Steuerparameter 1

Hier besteht die Möglichkeit, die im Bericht vorgestellten Szenarien auszuwählen. Die entsprechenden Parameter der Szenarien sind innerhalb des GoldSim-Modells hinterlegt und werden durch Auswahl dieses aktiv. Wird keine der Varianten bzw. Maßnahmen gewählt, so wird die Referenzvariante A-0 berechnet. Das Zu- und Abschalten anderer Varianten ist variabel möglich. Als Datenbasis kann zwischen den Mittelwerten und den Medianwerten gewählt werden.

Durch Drücken des Buttons „Steuerparameter 2“ kommt man in das nachfolgend abgebildete Me- nü:

Datum Seite: 30.11.2010 28/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Abbildung 12 Abbildung des Menüs Steuerparameter 2

Auf diesem Dashboard besteht die Möglichkeit, den Zeitpunkt der Wirksamkeit der Maßnahmen „Flutung Hermannsdorfer See“, „Revitalisierung Altarme Spree“ und „Überleitung KWO und Spei- sung Floß- und Rothwassergraben“ sowie die abgeleiteten Mengen zu ändern. Ergebnisse

Nach Drücken des Buttons „Ergebnisse“ gelangt man in das gleichnamige Untermenü. Der Aufruf diese Menus ist nur nach einer abgeschlossenen Simulation oder nach dem Öffnen einer gespeicherten Simulation sinnvoll.

Abbildung 13 Dashboard Ergebnisse

Datum Seite: 30.11.2010 29/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

Über die Buttons der jeweiligen Bilanzpunkte können Ergebniselemente in Form von Diagrammen aufgerufen werden. Nach deren Aufruf sollten die Diagramme für eine bessere Darstellung auf die maximale Ansicht vergrößert werden.

Modell ansehen (Browse)

Über diesen Button ist es möglich, sich die gesamte Modellstruktur einschließlich aller verwendeten Parameter anzusehen. Standardmäßig wird dabei die oberste Modellebene geöffnet. Die Na- vigation durch das Modell erfolgt mit Hilfe des Modellbaumes auf der linken Seite bzw. über die Symbole in der Symbolleiste. Das Öffnen eines Containers ist möglich, indem man den Mauszei- ger auf das links oben über dem Containersymbol angeordnete + Zeichen bewegt und einmal links klickt. Das Browsen des Modells kann auch im Anschluss an eine Simulation erfolgen. Damit ist es mög- lich, Zeitverläufe von solchen Parametern zu betrachten, die nicht explizit als Ergebnis im Playerfi- le in einem der Dashboards (Ausgabefenster) integriert worden sind. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Anzahl der Simulationen unter dem Menupünkt „Model“ -> „Simulation Settings“ (Reiter „Monte Carlo“) einzustellen.

Simulation starten (Run)

Das Modell kann durch Drücken des Buttons Run im Hauptmenü gestartet werden. Die gleiche Wirkung besitzt der Run Button des Run Controllers. Falls bereits Simulationsergebnisse vorgele- gen haben, werden diese verworfen. Nach Abschluss der Simulation kann diese über das Menü Options des Run Controllers unter einem neuen Namen gespeichert werden.

Anwendung Beenden (Close) Dieser Button beendet das Programm. Falls vor dem Beenden Berechnungen durchgeführt wurden wird der Nutzer gefragt, ob die Datei gespeichert werden soll.

Datum Seite: 30.11.2010 30/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 2

6 Literatur und Quellennachweis

[1] Golder Associates, GoldSim Manual, Redmond, 2006

[2] F Wechsung, A. Becker, P. Gräfe (Hrsg.): Auswirkungen des globalen Wandels auf Wasser, Umwelt und Gesellschaft im Elbegebiet.- Konzepte für die nachhaltige Entwicklung einer Flusslandschaft, Band 6; Weißensee Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-89998-062-X

[3] Anpassung und Weiterführung des ständig arbeitenden Niederschlag-Abfluss-Modells für die bergbaulich beeinflussten Fließe im Monitoringbereich B2 Greifenhain/Gräbendorf, DHI- WASY GmbH, 15. Juli 2008

[4] Anpassung und Weiterführung des ständig arbeitenden Niederschlag-Abfluss-Modells für die bergbaulich beeinflussten Fließe im Monitoringbereich B1 Schlabendorf/Seese, WASY Ge- sellschaft für wasserwirtschaftliche Planung und Systemforschung mbH, 31. Juli 2006

[5] Gutachten zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der Schla- bendorfer Felder, Brandenburgische Technische Universität, 31. Juli 2009

[6] Gutachten zur Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Bergbaufolgeseen der Seeser Felder, Brandburgische Technische Universität, 29. Januar 2010

[7] Maximilian Dörrbecker: Karte der Wasserstraßen in Berlin; URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Karte_der_Berliner_Wasserstra%C3%9Fen.p ng&filetimestamp=20100222062740 [Abgerufen: 2010-08-02]

Datum Seite: 30.11.2010 31/31

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3

Diagramme zu den Simulationsergebnissen

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisdiagramme Ergebnisse Variante A-0 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-0 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 1/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 90 Perzentil Variante A-0 (Medianwerte Durchfluss)

Wilhelmsthal

600

500

400

300

200 Konzentration mg/l Konzentration 100

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Leibsch

350

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l Konzentration

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Große Tränke

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Rahnsdorf

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Dahme oh. Mündung

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Seite: 2/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante A-1 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-1 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 3/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 90 Perzentil Variante A-1 (Medianwerte Durchfluss)

Wilhelmsthal

600

500

400

300

200 Konzentration mg/l Konzentration 100

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Leibsch

350

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l Konzentration

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Große Tränke

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Rahnsdorf

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Dahme oh. Mündung

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Seite: 4/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante A-2 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-2 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 5/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante A-3 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-3 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 6/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante A-4 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-4 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 7/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante B-0 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante B-0 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 8/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante B-1 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante B-1 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 9/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 90 Perzentil Variante B-1 (Medianwerte Durchfluss)

Wilhelmsthal

600

500

400

300

200 Konzentration mg/l Konzentration 100

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Leibsch

350

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l Konzentration

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Große Tränke

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Rahnsdorf

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Dahme oh. Mündung

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Seite: 10/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante B-2 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante B-2 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 11/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante B-3 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante B-3 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 12/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante B-4 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante B-4 (Medianwerte Durchfluss)

Seite: 13/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Bilanzpunkt Beeskow

Ergebnisse Variante A-0 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-0 (Medianwerte Durchfluss)

90 Perzentil Variante A-0 (Medianwerte Durchfluss)

Beeskow

350

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Ergebnisse Variante A-1 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante A-1 (Medianwerte Durchfluss)

90 Perzentil Variante A-0 (Medianwerte Durchfluss)

Beeskow

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Seite: 14/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Ergebnisse Variante C-0 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante C-0 (Medianwerte Durchfluss)

90 Perzentil Variante C-0 (Medianwerte Durchfluss)

Beeskow

300

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Ergebnisse Variante C-1 (Mittelwerte Durchfluss) Ergebnisse Variante C-1 (Medianwerte Durchfluss)

90 Perzentil Variante C-1 (Medianwerte Durchfluss)

Beeskow

250

200

150

100 Konzentration mg/l 50

0 2004 2013 2023 2033 2043 2053 Jahr

Seite: 15/16

LUGV Brandenburg Modellierung des Sulfattransportes in der Spree

Anlage 3 Bärwalde

Burghammer

Schlabendorf

Seese

Seite: 16/16