Das Grubengebäude im ehemaligen Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz in Sachsen reicht bis in Tiefen von 1200 Metern unter Gelände und unterliegt seit 1971 einer ungesteuerten natürlichen Flutung (Felix 2007). Dieser seit annähernd 55 Jahren anhaltende langsame Flutungsvorgang wird nach bisherigen Prognosen voraussichtlich im Jahr 2032 zu unkontrollierten Wasseraustritten an der besiedelten Tagesoberfläche führen (Kowarik 2019). Dies kann in der Folge ausgedehnte Vernässungsflächen in tiefer gelegenen Ortslagen und qualitative Beeinträchtigungen der Grund- und Oberflächengewässer durch hochmineralisiertes Chlorid-dominiertes Tiefen- bzw. Grubenwässer verursachen (ELF ≈ 34.400 µS/cm). Als fachliche Entscheidungsgrundlage für gegebenenfalls erforderliche Gefahrenabwehrmaßnahmen zur Flutungsregulierung durch das Sächsische Oberbergamt soll zukünftig eine differenzierte Flutungsprognose basierend auf einem detaillierten dreidimensionalen Strömungs- und Stofftransportmodell dienen. Die auf der Basis der Simulationssoftware SPRING realisierte Modellerstellung folgt dabei einem mehrstufigen Konzept, welches ein regionales Bilanzmodell und ein lokales Bergbaumodell mit integriertem Gruben-/Boxmodell einschließt (Seidel 2025). Nach Abschluss der derzeit in Arbeit befindlichen Modellkalibrierung des lokalen Bergbaumodells werden verschiedene Szenarien des Grubenwasseranstiegs simuliert, in Variantenbetrachtungen analysiert und hinsichtlich Aussagesicherheit bewertet, um eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu schaffen.

Der Beitrag zur FH-DGGV-Tagung gibt eine Einführung in das komplexe hydrogeologische Wirkungsfeld im ehemaligen Steinkohlenrevier und zum Stand der bisherigen Flutungsprognose (Box-Modell-Ansatz) sowie wichtiger Vorarbeiten und Aspekte, insbesondere zur isotopen- und hydrogeochemischen Charakteristik der Tiefenwässer sowie zum montanhydrogeologischen 3D-Strukturmodell als geometrische Modellgrundlage. Der Hauptteil beschäftigt sich mit den wesentlichen Eckpunkten, Arbeitsschritten und dem aktuell erreichten Stand des Strömungsmodells.

Literatur

Felix, M. et al. (2007): Bergbaufolgen im ehemaligen Steinkohlenrevier Lugau/Oelsnitz unter Berücksichtigung des Grubenwasseranstieges, Abschlussbericht. LfUG, OBA, UBG, RPC, TUBAF.

Kowarik, J. et al. (2018): Erarbeitung inhaltlicher Aspekte für ein Rahmenkonzept zu "Bergbaunachfolgen des ehemaligen Steinkohlereviers Lugau-Oelsnitz/Erzgeb.“, Extrakt und Bericht im Rahmen des EU-Projekts Vita-Min, DMT-Leipzig, DMT GmbH Co. KG.

Seidel, T. et al. (2025): Flutung des ehemaligen Steinkohlenreviers Lugau/Oelsnitz - Zwischenbericht 2 - Aufbau eines numerischen Grundwasserströmungs- und Stofftransportmodells mit Simulation und Prognose des andauernden Flutungsprozesses und Variantenrechnungen für Gefahrenabwehrmaßnahmen, unveröffentlichter Bericht, delta h Ingenieurgesellschaft mbH im Auftrag des LfULG.

Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) leistet im Bereich der Hydrogeologie einen wesentlichen Beitrag für den vorsorgenden Grundwasserschutz, der einen zentralen Baustein in der allgemeinen Daseinsvorsorge bildet. Vor dem Hintergrund der Auswirkungen sich verändernder Nutzungsanforderungen und des Klimawandels gewinnen Fachfragen zu den hydrogeologischen Eigenschaften des Untergrundes, zu Grundwasserhaushalt und -bewirtschaftung, zur Grundwassererschließung, zur geothermischen Nutzung und zu Beschaffenheitsänderungen des Grundwassers weiter an Bedeutung für unsere Zukunft. Das HLNUG schafft hierzu notwendige hydrogeologische Grundlagendaten, berät Entscheidungsträger in Verwaltung, Wirtschaft und Politik und informiert die Öffentlichkeit.

Eines der herausragendsten Themen ist das umfassende Systemverständnis für den wichtigsten Porengrundwasserleiter Hessens, der aus dem Hessischen Ried und der Untermainebene besteht. Hier kommt es zunehmend zu Konflikten zwischen dem Schutz und der Gewinnung des Grundwassers als Trinkwasser und weiterer Nutzungen wie Kies- und Sandabbau, Siedlungs- und Infrastrukturausbau, landwirtschaftlicher Bewirtschaftung wie z. B. durch zusätzliche Entnahmen oder Naturschutzmaßnahmen wie z. B. der Renaturierung von Bächen.

Für das Hessische Ried und die nördlich und östlich anschließende Untermainebene wurden mathematische Modelle erarbeitet, um die Geologie auf der Grundlage ihrer bekannten Lithologie und unterschiedlichen Genese adäquat dreidimensional abzubilden und für das hydrogeologische Strukturmodell aufzubereiten. Hierzu besteht eine produktive Kooperation mit dem Institut für Angewandte Geowissenschaften der TU Darmstadt. Das Strukturmodell bildet das geometrische Grundgerüst des Strömungsmodells.

Parallel wird, gemeinsam mit benachbarten Bundesländern im Rahmen der KLIWA-Kooperation, ein Bodenwasserhaushaltsmodell u. a. zur Berechnung der Grundwasserneubildung betrieben. Die Nutzung dieser Ergebnisse hat in den letzten Jahren zu Erkenntnissen geführt, welche wiederum im Parametermodell verarbeitet wurden.

Neben der mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell berechneten Grundwasserneubildung finden auch die aufbereiteten Entnahme- und Infiltrationsmengen sowie Daten zu Vorflutern Eingang in das Grundwasser­strömungs­modell.

Der Modellaufbau erfolgte mit der modflowbasierten Software iMOD, die den Austausch von Daten erleichtert.

Im Vortrag werden das hydrogeologische Modell sowie auch die Eingangsdaten für das Parametermodell des numerischen Modells und die Bearbeitungsschritte vorgestellt.

Die Ressource Grundwasser sieht sich in Niedersachsen steigenden Herausforderungen und Anforderungen (Auswirkungen des Klimawandels, demografische Entwicklung, etc.) gegenüber, die sich bereits heute und zukünftig auf den Wasserbedarf und das verfügbare Grundwasserdargebot auswirken und zu einer Erhöhung des Nutzungsdruckes auf die Ressource Grundwasser beitragen. Das Wasserversorgungskonzept Niedersachsen und der „Mengenbewirtschaftungserlass“ dienen dem übergeordneten Ziel der langfristigen Sicherstellung der niedersächsischen Wasserversorgung. Die bestehende Methodik berücksichtigt bislang keine Interaktion zwischen Grundwasser und Oberflächengewässern und keinen Grundwasseraustausch im Untergrund.

Das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie erstellt derzeit das landesweite 3D-Grundwasserströmungsmodell STELLAR für Niedersachsen mit MODFLOW 6. Aufgebaut wird ein stationäres Grundwasserströmungsmodell, welches einen mittleren Zustand darstellen soll. Das Grundwasserströmungsmodell auf Landesebene soll hierfür als Weiterentwicklung des fachlichen Planungsinstruments zur Erreichung dieser übergeordneten Ziele dienen. Die Ergebnisse des Modells sind entscheidend für ein ganzheitliches Verständnis des Wasserhaushalts in Niedersachsen. Systematisch werden verschiedene hydrogeologische und wasserwirtschaftliche Daten einheitlich miteinander verknüpft, um landesweit vollständige Bilanzen und Grundwasserinformationen bereit zu stellen. Alle benötigten Eingangsdaten werden für die Verwendung im Modell bei den datenhaltenden Stellen angefragt.

Als Ergebnis werden neben Grundwasserständen, Grundwasserflurabständen und dem großräumigen Fließverhalten, Bilanzen zwischen Grundwasser­körpern, zwischen dem Oberen und dem Unteren Hauptgrundwasserleiter sowie zwischen dem Grundwasser und Gewässern für das landesweite Grundwassermengenmanagement zur Verfügung stehen. Dabei werden die Ergebnisse auch für die Allgemeinheit auf dem NIBIS® KARTENSERVER zentral und kostenfrei zum Download bereitgestellt werden.

Im Geologischen Dienst von Schleswig-Holstein (GD) werden regionale Grundwasserströmungsmodelle als fachliche Grundlage für die Beurteilung hydrogeologischer Fragestellungen verwendet. Dabei fließen großräumige Modelle, die selbst oder in Kooperationen zwischen Wasserversorgern oder Kreisen und dem GD erstellt werden, in die Datenbasis des GD und damit in die hydrogeologische Landesaufnahme ein (Stoepker und König 2022). Alle Modelle werden nach einer standardisierten Methodik, festgelegt im Leitfaden zur Ausweisung von Wasserschutzgebieten (LfU 2023), erstellt. Durch einheitliche Vorgaben in der Methodik des Modellaufbaus, z.B. hinsichtlich der räumlichen Diskretisierung, der zu verwendenden Datengrundlagen oder der Software, können Modelle aus der Datenbasis des GD für zukünftige Fragestellungen einfach kombiniert, erweitert, verfeinert oder aktualisiert werden.

Aktuelle Anwendungen sind z.B. Ansätze zur Ermittlung möglicher Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserhydraulik mittels regionaler Grundwasserströmungsmodelle. Erste Berechnungen zur Abschätzung des Einflusses möglicher zukünftiger Veränderungen der Grundwasserneubildung (GWN) auf Grundwasserstände und ‑bilanzen werden derzeit am Beispiel eines regionalen Strömungsmodells mit einer Flächengröße von ca. 250 km² in einem wasserwirtschaftlich intensiv genutzten Großraum durchgeführt. Für die Berechnungen wird u.a. ein nach dem mGROWA‑Verfahren modellierter Datensatz zu projizierten flächendifferenzierten Veränderungen der GWN für verschiedene Klima‑Ensembles bis zum Jahr 2100 verwendet (u.a. McNamara et al. 2025).

Für erste stationäre Berechnungen wurden die klimasensitiven Randbedingungen wie Vorflutereigenschaften, Meeresspiegelhöhe und Entnahmen nicht verändert. Unter diesen Einschränkungen wurden für eine Sensitivitätsanalyse Zunahmen der GWN von bis zu 100 % und Abnahmen von bis zu 25 % betrachtet. Im Mittel ergaben sich im wasserwirtschaftlich genutzten Hauptgrundwasserleiter Anstiege des Grundwasserstands von bis zu 2,3 m bzw. Abnahmen von bis zu 0,6 m. Eine erste Abschätzung der grundwasserbürtigen Abflüsse in den Vorflutern zeigte, dass die Abflüsse abhängig von der GWN im Mittel um 58 % zu‑ bzw. um 18 % abnahmen.

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass zukünftige Veränderungen der GWN einen erheblichen Einfluss auf die Grundwasserdynamik haben können. Grundsätzlich nimmt in Schleswig‑Holstein die Anwendung regionaler Strömungsmodelle für Fragestellungen zu zukünftigen Änderungen des Grundwasserdargebots zu. Die in Schleswig‑Holstein standardisierte Methodik erlaubt Vereinfachungen bei der Auswertung von Grundwasserständen und der Erstellung von Wasserbilanzen.

LfU (2023): Leitfaden zur Ausweisung von Wasserschutzgebieten in Schleswig-Holstein. Landesamt für Umwelt des Landes Schleswig-Holstein - Geologischer Dienst: 106 S. https://www.schleswig-holstein.de/DE/fachinhalte/G/grundwasser/Downloads/leitfadenAusweisungWSG.pdf?__blob=publicationFile&v=1

McNamara, I., Wolters, T., König, B., Rugen, A. L., Toro, M., Flörke, M., Wendland, F. (2025): Modelling the impacts of climate change on groundwater recharge patterns in northern Germany. Journal of Hydrology: Regional Studies, 60, 102507. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2025.102507

Stoepker, K., König, B. (2022): Wechselseitige Datenoptimierung zwischen dem Geologischen Dienst und Wasserversorgern - Erfahrungen bei der hydrogeologischen Modellierung in Schleswig‑Holstein. FH‑DGGV Schriftenreihe 3: 75-77, Karlsruhe

Das Hessische Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) erstellt im Rahmen der hydrogeologischen Landesaufnahme Systembeschreibungen für die hydrogeologischen Teilräume Hessens. Vorgestellt wird hier der hydrogeologische Teilraum „Fulda-Werra Bergland und Solling“. Dieser Teilraum umfasst eine der größten Flächen im Norden und Osten Hessens und gehört größtenteils zu dem geologischen Strukturraum der Osthessischen Buntsandsteinscholle. Ein charakteristisches Merkmal des Gebietes ist seine, durch tektonische Beanspruchung verursachte, Zerlegung in ein Bruchschollenmosaik sowie die Ausbildung zahlreicher Grabensysteme. Darüber hinaus spielt Subrosion (unterirdische Lösungsverwitterung) eine zentrale Rolle für die geomorphologische Entwicklung. Insbesondere durch Lösung von Zechsteinsalzen im tieferen Untergrund kommt es zu Ausbildung von Erdfällen und Subrosionssenken. Dabei markiert der sogenannte Salzhang die Grenze zwischen vollständig ausgelaugten und noch vollständig erhaltenen Zechsteinsalzen. Er verläuft zentral durch das Gebiet. In Arealen mit noch vorhandenem Salzvorkommen treten bruchtektonische Erscheinungen deutlich schwächer in Erscheinung. Zur Trinkwassergewinnung werden überwiegend Kluftgrundwasserleiter des Unteren und Mittleren Buntsandsteins genutzt. Sie führen in der Regel gering mineralisierte, silikatische Wässer. In den unterlagernden Schichten des Leine-Karbonats [zLCA] treten höher mineralisierte Zechsteinwässer auf, die unter anderem auch als Heil- und Mineralwässer genutzt werden. Stellenweise diente das Leine-Karbonat in der Vergangenheit der Versenkung von Salzabwässern. Das Leine-Karbonat wird (bis zum Buntsandstein) von gering durchlässigen Schichten aus pelitischen, gebietsweise auch sulfatischen Gesteinen des oberen Teils der Leine- sowie von der Aller- bis Fulda-Formation überdeckt, wodurch teilweise stark gespannte geohydraulische Druckverhältnisse vorliegen können. In Folge von Leckagen (z.B. entlang von Grabenrändern) kann es zu einem Aufstieg von höher mineralisiertem Grundwasser in den zur Trinkwassergewinnung genutzten Unteren und Mittleren Buntsandstein kommen. Für die in diesem hydrogeologischen Teilraum verkommenen Grundwasserleiter werden aktuelle Daten zu den hydraulischen und hydrochemischen Eigenschaften sowie Erkenntnisse aus neuen Untersuchungen zu Spurenstoffen und Isotopen dargestellt. Darüber hinaus werden aktuelle Daten zur Grundwasserneubildung mithilfe des am HLNUG verwendeten Bodenwasserhaushaltsmodells inklusive eines Stresstestszenarios präsentiert und mit Ergebnissen aus Abflussmessungen verglichen. Zudem werden Daten zur Grundwasserbewirtschaftung, etwa zur Gewinnung von Trink-, Mineral- und Heilwasser, zur Schutzfunktion der Grundwasserüberdeckung sowie zu anthropogenen Einträgen ins Grundwasser dargestellt. Die vom HLNUG aufgearbeiteten Daten und Darstellungen sollen als Bericht in der Schriftenreihe „Grundwasser in Hessen“ veröffentlicht werden und sind wichtig für Behörden, Wasserwirtschaft, Wissenschaft sowie Planungs- und Ingenieurbüros und unterstützen bei der effektiven, umweltschonenden und nachhaltigen Bewirtschaftung des Grundwassers.