Das Landesamt für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK) begleitet die Bergbautätigkeit im Rheinischen Braunkohlerevier langjährig mit einem großräumigen Grundwassermodell. Das dreidimensionale und instationäre Strömungsmodell wird mit der Software Feflow® betrieben.

Eine Herausforderung für die Modellierung ist die hinreichende Abbildung des montanhydrologischen Lebenszyklus eines Tagebaus. Die kontinuierliche Fortschreitung der Tagebaue erfordert einen räumlich heterogenen und zeitlich variablen Wechsel der hydraulischen Parameter für individuelle Modellelemente im Simulationsverlauf von der ursprünglichen geologischen Schichtung zu Tagebaurestloch und abschließender Rekultivierung (Kippe bzw. Tagebaurestsee). Eine hinreichende Abbildung dieses Lebenszyklus ist essenziell für eine gute Modellkalibrierung und damit für die Prognosefähigkeit des Modells. Feflow bietet hierfür bereits softwareinterne Lösungen an. Das Grundwassermodell wird fortlaufend aktualisiert, um die sich stetig verändernde Datenlage über die Modellkalibrierung in eine jederzeit bestmögliche Prognosefähigkeit des Modells umzusetzen. Unter diesen Bedingungen sind die erwähnten Bordmittel von Feflow nur begrenzt effektiv einsetzbar. Um die hierfür notwendigen Parameteränderungen effizienter umsetzen zu können, wurde im Rahmen des Projektes die Modellsoftware um bergbauspezifische Funktionalitäten erweitert (IFM-Modul). Das Modul ermöglicht eine effektive Vorgabe der Modellzustände in Teilbereichen des Tagebaus. Wesentliche Aspekte der Steuerung umfassen

(1) zeitliche Berücksichtigung des Tagebaufortschritts,

(2) zeit- und potentialabhängige ortsspezifische Vorgabe von Randbedingungen zur Tagebauentwässerung, die über die üblichen Randbedingungen von Feflow hinausgehen

(3) der Wechsel der Parameter k_f-Werte, Porosität und spez. Speicher im Bereich des Tagebaus (geologische Schicht – Kippe – Tagebaurestsee)

Im Abbaugebiet kommt es zu signifikanten Veränderungen der Geländeoberfläche. Die größten topographischen Überformungen bilden die Tagebaurestlöcher, welche im Rheinischen Revier künftig als großflächige Tagebaurestseen rekultiviert werden sollen. Die Tagebaurestseen werden im Modell über die „high-k-method“ abgebildet, d.h. das Seevolumen wird im Modellgitter berücksichtigt und mit hohen k_f-Werten und einer Porosität von 1 belegt. Um die künftig zu erwartende Interaktion zwischen See und Grundwasser verlässlich mit dem Modell beschreiben und bilanzieren zu können, bedarf es einer Berücksichtigung der Bathymetrie im Modellgitter. Mittels eines weiteren eigenentwickelten IFM-Moduls ist es möglich, eine adaptive Anpassung des Modellgitters in der Vertikalen während der Laufzeit gezielt zu einem definierten Zeitpunkt vorzunehmen. Die Bathymetrie wird entsprechend der Planungsvorgaben im Modell abgebildet und die Modellschichten zwischen Seeboden und definierter Seespiegelhöhe gleichverteilt.