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