Modellierung des Wasserhaushaltes alternativer Abdeckmaterialien im Rahmen der Haldensanierung im Freiberger Raum

Inhaltsverzeichnis

• Zusammenfassung
• 1. Einleitung
• 2. Grundlagen
• 2.1 Begriffsbestimmungen
• 2.1.1 Altlast
• 2.1.2 Alternatives Deckmaterial
• 2.1.3 Deckschicht und Ämmsicht
• 2.2 Sächsische Altlastenmethodik
• 2.3 Altlastenprojekt SYKE/
• 2.4 Deckvorschriften
• 2.5 Schwermetallbelastung im Freiberger Raum
• 3. Spielhalde, Kammerberg
• 3.1 Lage
• 3.2 Historie
• 3.3 Erkundungsmaßnahmen
• 3.4 Gefährdungspotenzial
• 3.5 Sanierung
• 3.6 Deckörper
• 3.7 Klima
• 3.8 Geologie
• 3.9 Erzbergbau
• 3.10 Hydrogeologie
• 4. Testfelder
• 4.1 Aufbau
• 4.2 Messtechnik
• 4.3 Odenauschub
• 4.4 Agggergut
• 5. Laboruntersuchungen und Feldversuche
• 5.1 Granulometrie
• 5.1.1 Siebanalyse
• 5.1.2 Laser-Partikel-Sizer-Methode
• 5.1.3 Ergebnisse und Auswertung
• 5.1.4 Fehleranalyse
• 5.2 Infiltrometerversuche
• 5.2.1 Methodik
• 5.2.2 Geräteaufbau
• 5.2.3 Versuchs Durchführung
• 5.2.4 Ergebnisse und Auswertung
• 5.2.5 Fehleranalyse
• 5.3 Vergleich der Durchlässigkeitsbewerte
• 6. Charakteristik des Wasserhaushalts
• 6.1 Haldenwasserhaushalt
• 6.2 Wasserhaushaltsmodelle
• 6.2.1 Kt, >
• 6.2.2 , >W
• 6.2.3 Modellvergleich
• 7. Wasserhaushaltsmodellierung
• 7.1 Simulationsvarianten
• 7.2 Arbeitsschritte
• 7.3 Modellparametrierung
• 7.3.1 Meteorologische Daten
• 7.3.2 Geographisch-morphologische Parameter
• 7.3.3 Bewuchs- und Nutzungsparameter
• 7.3.4 Pedologische Parameter
• 8. Ergebnisse und Diskussion
• 8.1.1 Vergleich der Testfelder
• 8.1.1.1 Langjährige Bilanz, Jahresbilanz und Monatsbilanz
• 8.1.1.2 Sensitivitätsanalyse
• 8.1.1.3 Vergleich ohne/mit Drainage: Langjähriges Mittel und Nassjahr
• 8.1.1.4 Sensitivitätsanalyse- mit Drainage
• 8.1.2 Vegetationsvergleich, ,Ohne Bewuchs' und ,Rasenbewuchs'
• 8.1.3 Vergleich Kt, > und , >W
• 9. Schlussfolgerung
• 10. Literaturverzeichnis
• 11. Anhang

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die vorliegende Arbeit untersucht den Wasserhaushalt alternativer Deckmaterialien. Behandelt wird die Verwendung von Agggergut aus der Talsperrenunterhaltung als Deckmaterial auf drei angelegten Testfeldern der Spielhalde Kammerberg in Freiberg. Der Aufbau der Testfelder erfolgte nach der modifizierten Deckruppe , , welche unter der Deckschicht II und eine Ämmsicht vorsieht (siehe Kapitel 4.1). In die Ämmsicht der Testfelder 2 und 3 wurde mit Erdstoffen (Gneis) vermengtes Agggergut eingebaut und in Testfeld 1 der reine Erdstoff als Referenzmaterial. Durch die Ämmsichten soll, in Abhängigkeit vom eingebauten Material, die Restdurchlässigkeit (Zh) möglichst stark reduziert werden.

• Der Wasserhaushalt verschiedener Deckmaterialien
• Die Restdurchlässigkeit (Zh) in verschiedenen Deckmaterialien
• Die Auswirkungen des Rasenbewuchses auf den Wasserhaushalt
• Die Modellierung des Wasserhaushalts mit den Modellen Kt, > und , >W
• Die Anwendung von Agggergut als Deckmaterial in der Altlastensanierung

Zusammenfassung der Kapitel

Die vorliegende Arbeit behandelt die Sanierung der Spielhalde Kammerberg im Freiberger Raum. Die Altlast ist mit Schwermetallen wie Ble, Kupfer, Cadmium, Zink und Arsen belastet. Nach der politischen Wende im Jahr 1990 wurden im Freistaat Sachsen viele brachliegende Altlasten systematisch klassifiziert, untersucht und schliesslich nach und nach saniert. Aus den zahlreichen Bergbau- und Hüttenbetrieben im Freiberger Raum ist eine hohe Schwermetallbelastung in der Region zu verzeichnen. Die Schadstoffe konnten ungehindert in den Boden eindringen, womit sie mit dem Sickerwasser transportiert und an anderer Stelle abgelagert wurden. Im Rahmen des Altlastenprojektes SYKE/ (siehe Kapitel 2.3) wurden, nach der politischen Wende in Freiberg und Umgebung, mehr als 400 Sanierungsmaßnahmen, an über 50 Altlastobjekten, durchgeführt (SDH>, 2014). Durch diese objektbezogenen Maßnahmen konnten die Schadstoffemissionen langfristig reduziert werden. Die Errichtung von Decksystemen auf den Objekten erfordert große Mengen mineralischer Rohstoffe. Die vollständige Deckung des Erdarfs aus Raumnahmen der Region ist nicht immer möglich. Als Resultat werden natürliche Ressourcen übermässig beansprucht. Gleichzeitig fallen jedes Jahr mehr als 1 Mio. Tonnen Agggergut (S,D/, 2005) aus der Talsperrenunterhaltung an. Diese Materialien werden meist keiner Verwendung zugeführt und müssen stattdessen kostenintensiv deponiert werden (siehe Kapitel 2.1.2). Daher stellt sich die Frage, inwieweit Agggergut als alternatives Material, bei der Abdichtung von Halden, verwendet werden könnte. Dies ist insbesondere zur Kostensenkung und im Hinblick auf die effektivere Verwertung von Abfällen im Sinne der Kreislaufwirtschaft von Bedeutung (siehe Kapitel 2.1.2).

Auf der Altlast , ,Spielhalde Kammerberg' in Freiberg wurden, im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes , ,sK D/E//' (Erfahrungs- und Nutzungspotenzial von Bergbauwässern zur Verbesserung des grenzüberschreitenden Gewässerschutzes in Nordböhmen und im Erzgebirge im Einzugsgebiet der Elbe), drei Testfelder angelegt (SYKE/, 2019; sK D/E //, 2019). Der Aufbau der Testfelder ist in Kapitel 4.1 beschrieben. In die Ämmsicht von Testfeld 1 wurden konventionelle Erdstoffe (Gneis) eingebaut, während in den Testfeldern 2 und 3 Agggergut, vermischt mit Erdstoffen, eingebaut wurden.

Als Ziel der Masterarbeit ist, die potenzielle Verwendung von Agggergut als Ämmsmaterial zum Schutz zu untersuchen. Es wurde untersucht, ob das eingebaute Agggergut auf den Testfeldern besser geeignet ist, als der typische Erdauschub in Testfeld 1. Dazu wurde die Sickerwasserbildung auf den Testfeldern betrachtet. Es wurden granulometrische Laborversuche (siehe Kapitel 5.1) sowie In-situ- Versuche (siehe Kapitel 5.2) durchgeführt. Anschliessend wurde unter Berücksichtigung der ermittelten Parameter, der Wasserhaushalt der Testfelder modelliert (siehe Kapitel 7).

Zum Einsatz kamen die Modelle , , Kt, > ' (siehe Kapitel 6.2.1) und , , >W' (siehe Kapitel 6.2.2). Die eingebauten Ämmsmaterialien wurden verglichen, zudem wurde der derzeitige Zustand der Testfelder , ,Ohne Bewuchs' mit dem geplanten Bewuchs- Zustand (, ,Rasenbewuchs') verglichen (siehe Kapitel 8.1.2). Des Weiteren wurden die Modellierungsergebnisse der beiden Modelle gegenübergestellt (siehe Kapitel 8.1.3).

Schlüsselwörter

Die Arbeit befasst sich mit der Sanierung der Spielhalde Kammerberg in Freiberg, Sachsen. Die Altlast ist mit Schwermetallen wie Ble, Kupfer, Cadmium, Zink und Arsen belastet. Als Deckmaterial werden die Materialien Erdauschub, Agggergut aus der Talsperrenunterhaltung sowie ein Gemisch aus Agggergut und Erdstoffen untersucht. In der Arbeit werden Granulometrie, Infiltrometerversuche, Wasserhaushaltsmodellierung, Restdurchlässigkeit und Sensitivitätsanalysen betrachtet. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass das Agggergut aus der Talsperrenunterhaltung, vermischt mit Erdstoffen, als alternatives Deckmaterial für die Sanierung der Spielhalde Kammerberg geeignet ist. Die Modellierungsergebnisse der Modelle Kt, > und , >W zeigen eine gute Übereinstimmung.