Die Braunkohlenförderung hat die hydrologischen und hydrogeologischen Rahmenbedingungen in den mitteldeutschen Tagebaugebieten grundlegend verändert. Dadurch steht die Wasserwirtschaft vor komplexen Herausforderungen in den Bereichen Wasserhaushalt, Hochwasservorsorge, Niedrigwasser- und Ressourcenmanagement. Ein prägnantes Beispiel ist der Flusslauf der Weißen Elster zwischen Zeitz und Leipzig, welcher über Jahrzehnte stark vom Braunkohlenbergbau beeinflusst wurde. Neben der Umgestaltung der Flussmorphologie, etwa durch die Verlegung des Flussbetts im Bereich des heutigen Zwenkauer Sees, führten insbesondere die Grundwasserabsenkungen zur Entwässerung der Tagebaue zu weitreichenden Veränderungen im Wasserhaushalt.

Diese Eingriffe haben unter anderem auch Auswirkungen auf die Dynamik von Hochwasserereignissen. Hydrologische Beobachtungen und Modellrechnungen im Auenbereich der Weißen Elster zeigen, dass infolge der Grundwasserabsenkungen während Hochwasserwellen eine verstärkte Infiltration stattfindet. Dieser Effekt kann Hochwasserspitzen dämpfen und verändert dadurch den Oberflächenabfluss und die Ganglinien an flussabwärts gelegenen Pegeln. So ergaben instationäre Modellierungen mit der Ganglinie des Pegels Zeitz, dass am Pegel Kleindalzig höhere Durchflüsse erwartet wurden, als tatsächlich gemessen werden konnten – ein Hinweis auf bislang unzureichend erfasste Infiltrations- und Speicherprozesse, die den Austausch zwischen Grund- und Oberflächenwasser wesentlich prägen.

Um diese Prozesse besser zu verstehen zu können, wurde in einer ersten Projektphase eine Offline-Kopplung zweier vorhandener Modelle realisiert. Ausgangspunkt war die Nutzung eines bestehenden 2D-hydrodynamisch-numerischen Oberflächenabflussmodells der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen für die Weiße Elster (HydroAS) sowie des hydrogeologischen Großraummodells Leipzig-Süd „HGMS“ von LMBV und MIBRAG (PCGEOFIM). Dabei wurden die Modelle zunächst getrennt berechnet und anschließend die Ergebnisse ausgetauscht, um den Grundwasserpfad näherungsweise abzubilden. Diese Methode bildet eine wichtige Grundlage zur Identifikation der Austauschmechanismen und zur gegenseitigen Modellkalibrierung.

Bereits die Offline-Kopplung zeigt, dass die Weiße Elster auch im Hochwasserfall stark durch die Interaktion mit dem bergbaulich beeinflussten Grundwasserleiter geprägt ist. Dieses Wissen nutzen wir auch zur Weiterentwicklung beider Modelle. Ziel ist die Entwicklung eines Werkzeuges, mit dessen Hilfe die Auswirkungen unterschiedlicher bergbaulicher bzw. nachbergbaulicher Zustände auf Hochwasserwellen analysiert werden kann. Zudem wird zukünftig eine Online-Kopplung angestrebt, bei welcher der Datenaustausch zwischen den Modellen in jedem Berechnungszeitschritt erfolgt. Dadurch lassen sich Infiltrations- und Rückkopplungsprozesse realitätsnah abbilden. Dieser online-Ansatz ermöglicht eine verbesserte Validierung und Präzisierung der Modellierungen.

Langfristig soll die gekoppelte Modellumgebung als Planungs- und Vorsorgeinstrument zur Verfügung stehen. Damit können Hochwasserwellen unter verschiedenen Rahmenbedingungen – beispielsweise unterschiedlichen Bergbauzuständen, Klimaszenarien oder Grundwasserständen – realistisch simuliert und bewertet werden. Dies eröffnet neue Perspektiven für ein integriertes Wassermanagement in ehemaligen Bergbauregionen und unterstützt eine nachhaltige Steuerung wasserwirtschaftlicher Maßnahmen im Zuge des Strukturwandels.