In der vorliegenden Arbeit wird der Wasserhaushalt alternativer Abdeckmaterialien untersucht. Betrachtet wird die Eignung von Baggergut aus der Talsperrenunterhaltung als Abdeckmaterial auf drei angelegten Testfeldern der Spülhalde Hammerberg in Freiberg. Dabei wird untersucht, ob das eingebaute Baggergut auf den Testfeldern besser geeignet ist, als klassischer Erdaushub. Dazu wurde die Sickerwasserbildung auf den Testfeldern betrachtet und granulometrische Laborversuche sowie in-situ-Versuche durchgeführt. Anschließend wurde unter Einbezug der ermittelten Parameter, der Wasserhaushalt der Testfelder modelliert.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Grundlagen
2.1 Begriffsdefinitionen
2.1.1 Altlast
2.1.2 Alternatives Abdeckmaterial
2.1.3 Abdeckschicht und Dämmschicht
2.2 Sächsische Altlastenmethodik
2.3 Altlastenprojekt SAXONIA
2.4 Abdeckvorschriften
2.5 Schwermetallbelastung im Freiberger Raum
3. Spülhalde Hammerberg
3.1 Lage
3.2 Historie
3.3 Erkundungsmaßnahmen
3.4 Gefährdungspotenzial
3.5 Sanierung
3.6 Abdeckkörper
3.7 Klima
3.8 Geologie
3.9 Erzbergbau
3.10 Hydrogeologie
4. Testfelder
4.1 Aufbau
4.2 Messtechnik
4.3 Bodenaushub
4.4 Baggergut
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 Versuchsdurchführung
5.2.4 Ergebnisse und Auswertung
5.2.5 Fehleranalyse
5.3 Vergleich der Durchlässigkeitsbeiwerte
6. Charakteristik des Wasserhaushaltes
6.1 Haldenwasserhaushalt
6.2 Wasserhaushaltsmodelle
6.2.1 BOWAHALD
6.2.2 HELP
6.2.3 Modellvergleich
7. Wasserhaushaltsmodellierung
7.1 Simulationsvarianten
7.2 Arbeitsschritte
7.3 Modellparametrisierung
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
8.1.2 Vegetationsvergleich „ohne Bewuchs“ und „Grasbewuchs“
8.1.3 Vergleich BOWAHALD und HELP
9. Schlussfolgerung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht das Potenzial von Baggergut aus der Talsperrenunterhaltung als alternatives Abdeckmaterial für die Sanierung von Altlasten, insbesondere der Spülhalde Hammerberg. Ziel ist es, durch Feldversuche und Wasserhaushaltsmodellierungen unter Verwendung der Programme BOWAHALD und HELP zu bewerten, ob das Baggergut die Restdurchsickerung effektiv reduzieren kann und welche Auswirkungen auf den Wasserhaushalt der Halde zu erwarten sind.
- Untersuchung der Eignung von Baggergut als Dämmmaterial
- Vergleichende Analyse von Wasserhaushaltsmodellen (BOWAHALD vs. HELP)
- Evaluierung von drei verschiedenen Testfeldern mit unterschiedlichen Bodenzusammensetzungen
- Modellierung der Auswirkungen von Bewuchs versus unbewachsene Flächen
- Optimierung des Schichtaufbaus von Haldenabdeckungen
Auszug aus dem Buch
1. Einleitung
Altlasten stellen in Deutschland bis heute ein bedeutendes ökologisches Problem dar. Insbesondere das Gebiet um Freiberg in Sachsen weist hohe Schadstoffkonzentrationen auf. Zum einen sind hohe Schwermetallwerte auf geogene Ursachen, wie die zahlreich vorhandenen Erzgänge, zurückzuführen. Zum anderen führte jahrhundertelanger Erzbergbau und Hüttenwesen zu anthropogen verursachten Belastungen (MOLLÉE, 2013). Die Schadstoffe konnten ungehindert in den Boden eindringen, wo sie mit dem Sickerwasser transportiert und an anderer Stelle abgelagert wurden. Innerhalb des Altlastenprojekts SAXONIA (siehe Kapitel 2.3) wurden, nach der politischen Wende in Freiberg und Umgebung, mehr als 400 Sanierungsmaßnahmen, an über 50 Altlastenobjekten, durchgeführt (SMUL, 2014). Durch diese objektbezogenen Maßnahmen konnten die Schadstoffemissionen langfristig reduziert werden.
Die Errichtung von Abdecksystemen auf den Objekten erfordert große Mengen mineralischer Rohstoffe. Die vollständige Deckung des Bedarfs aus Baumaßnahmen der Region ist nicht immer möglich. Als Resultat werden natürliche Ressourcen übermäßig beansprucht. Gleichzeitig fallen jedes Jahr mehr als 1 Mio. Tonnen Baggergut (SCHMID, 2005) aus der Talsperrenunterhaltung an. Diese Materialien werden meist keiner Verwendung zugeführt und müssen stattdessen kostenintensiv deponiert werden (siehe Kapitel 2.1.2).
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel motiviert die Problemstellung der Altlastensanierung in der Region Freiberg und erläutert die Notwendigkeit, Baggergut aus der Talsperrenunterhaltung als alternatives Material zu untersuchen.
2. Grundlagen: Hier werden zentrale Begriffe definiert und der Kontext des Altlastenprojekts SAXONIA sowie die spezifische Methodik zur Sanierung in Sachsen dargelegt.
3. Spülhalde Hammerberg: Dieser Abschnitt beschreibt das spezifische Untersuchungsobjekt, seine Geschichte, geologischen Gegebenheiten und das Gefährdungspotenzial der Halde.
4. Testfelder: Detaillierte Darstellung des Aufbaus und der Messtechnik auf den im Rahmen des Forschungsprojekts VODAMIN II angelegten Testfeldern.
5. Laboruntersuchungen und Feldversuche: Zusammenfassung der durchgeführten Granulometrie- und Infiltrometerversuche zur Bestimmung bodenmechanischer und hydraulischer Parameter.
6. Charakteristik des Wasserhaushaltes: Erläuterung der hydrologischen Prozesse und Einführung der für die Modellierung verwendeten Softwareprogramme BOWAHALD und HELP.
7. Wasserhaushaltsmodellierung: Darstellung der Simulationsvarianten, der Arbeitsschritte und der spezifischen Modellparametrisierung für die Berechnungen.
8. Ergebnisse und Diskussion: Auswertung der Simulationsläufe mit Fokus auf den Vergleich der Testfelder, Auswirkungen von Bewuchs und Modellvalidierung.
9. Schlussfolgerung: Synthese der Forschungsergebnisse zur Eignung des Baggerguts und abschließende Bewertung der Modellergebnisse hinsichtlich der Erreichung der Sanierungsziele.
Schlüsselwörter
Altlastensanierung, Spülhalde, Baggergut, Wasserhaushalt, Modellierung, BOWAHALD, HELP, Sickerwasser, Bodendurchlässigkeit, Infiltrometer, Talsperre, Schwermetalle, Freiberg, Geologie, Abdecksystem
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der ökologischen Sanierung von Altlasten, insbesondere der Spülhalde Hammerberg in Freiberg, unter Verwendung von wiederverwertbarem Baggergut aus der Talsperrenunterhaltung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die Abfallverwertung in der Kreislaufwirtschaft, die bodenmechanische Untersuchung von Sedimenten und die rechnerische Simulation des Wasserhaushalts von Haldenabdeckungen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist die Evaluierung der Eignung von Baggergut als alternatives Dämmmaterial, um die Restdurchsickerung in den Haldenkörper zu minimieren und natürliche Ressourcen zu schonen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es kommen sowohl experimentelle Methoden (Siebanalysen, Infiltrometer-Feldversuche) als auch mathematische Simulationsmodelle (BOWAHALD und HELP) zur Anwendung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der Aufbau der Testfelder, die Bestimmung der physikalischen Bodenparameter und der detaillierte Vergleich der hydrodynamischen Simulationsmodelle in verschiedenen Varianten und Szenarien dokumentiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Altlastensanierung, Spülhalde, Baggergut-Verwertung, Wasserhaushalts-Modellierung, Boden-Hydraulik und Umweltschutz.
Wie unterscheidet sich die Wasserhaushaltssimulation mit und ohne Bewuchs?
Die Arbeit analysiert, inwieweit die Vegetation (Grasbewuchs) die Verdunstungsleistung erhöht und somit die Menge an Sickerwasser beeinflusst, im Vergleich zu unbewachsenen, offenen Flächen.
Worin unterscheiden sich die Modelle BOWAHALD und HELP konkret?
Die Modelle unterscheiden sich in Ihren mathematischen Ansätzen zur Bestimmung der Verdunstung, ihrer Historie als Deponiemodelle und ihrer spezifischen Handhabung von Schichtaufbauten und meteorologischen Eingangsgrößen.
- Arbeit zitieren
- Daniel König (Autor:in), 2019, Modellierung des Wasserhaushaltes alternativer Abdeckmaterialien im Rahmen der Haldensanierung im Freiberger Raum, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1434449
