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Minderung der Grundwasserneubildung und Erosionsschutz durch abschließende Wiederbegrünung / Aufforstung

Verfahrensbeschreibung

Etablierung einer vitalen Vegetationsdecke auf Halden/Kippen mit dem Verfahrensansatz: 1. Errichtung einer Wasserhaushalts-/Rekultivierungsschicht auf der Halden-/Kippenoberfläche, die ein optimales Wachstum von Pflanzen gewährleistet, um möglichst hohe Evapotranspirationsraten zu erreichen und somit die Sickerwassermenge reduzieren zu können 2. Auswahl geeigneter dauergrüner Kulturen und 3. optimale Bewirtschaftung der Flächen
Einsatzbereich
Halden des (Uran)Erzbergbaus, Kalihalden, Tagebaukippen
Behandlungsziel
Minderung der Grundwasserneubildung und Erosionsschutz
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Schaffung eines Areals mit niedriger Sickerwasser-/Grundwasserneubildungsrate
Überwachung
- Überwachung der Flächen hinsichtlich Erosionserscheinungen, Setzungen, Rutschungen usw. - Überwachung der Vegetationsentwicklung und ggf. Nachsaat/-pflanzung, Einsatz von Bodenverbesserungsmitteln - Monitoring des oberirdischen Abflusses bzw. der nahegelegenen Vorflut, der Grundwasserqualität
Nachsorge
Pflege-, Nachsanierungs- und Langzeitaufgaben, um den Sanierungserfolg langfristig zu gewährleisten
Nachbesserung
- Aufbringen von Pflanzennährstoffen und Kalkung zur Abpufferung des Versauerungsprozesses - Bewässerung der ackerbaulich genutzten Flächen - Nachpflanzung - Förderung der vorhandenen Vegetation durch Pflege- und gezielte Verjüngungsarbeiten mit geeigneten trockenresistenten Pflanzenarten
Relevante Prozesse
  • Verdunstung ist abh.: - von den klimatischen Bedingungen (Temperatur, Sonneneinstrahlung, Dampfdruck/Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit) - von der Beschaffenheit der Vegetation (Blattflächenindex, Wurzelausprägung)
  • Sonneneinstrahlung - hat direkten Einfluss auf die Temperatur und damit auf die Verdunstung - Reduktion der ankommenden Globalstrahlung durch die Vegetation, insbesondere Baumkronen - Lichtintensität ist entscheidend für die Struktur eines Pflanzenbestandes (vertikale Struktur - Schichtung betreffend, horizontale Struktur - Artenverteilung betreffend)
  • Windgeschwindigkeit: die Luftbewegung (Wechsel der Luftmassen) beeinflusst die Verdunstung (je höher die Windgeschwindigkeit, um so schneller wird neue trockenere Luft herangeführt - um so mehr Wasser kann verdunsten)
  • Interzeptionsverlust (Niederschlagsanteil, der von der Vegetation abgefangen und vorübergehend gespeichert wurde und dann vor Erreichen des Erdbodens verdunstet) + Evapotranspiration (Verdunstung von der Oberfläche) der Vegetation verringern den Sickerwassereintrag und damit die Grundwasserneubildung
  • die Reduzierung der Niederschlagsinfiltration/des Sickerwassereintrags bewirkt im allgemeinen eine Verringerung des Schadstoffaustrages in Grund- und Oberflächenwässer - Grundwasser- und Oberflächengewässerverschmutzungen werden verhindert oder bestehende Umweltbeeinflussungen reduziert
  • Agroforst durch die Bäume Absenkung der mittleren Windgeschwindigkeit + Verringerung der Globalstrahlung - Verringeung der Verdunstungsleistung auf der Fläche, jedoch positiver Einfluss auf die Ertragsfähigkeit der Ackerkulturen
  • Erosion = Abtragungsprozesse, bei denen Material durch strömende Medien (flüssiges Wasser, Eis, Luft in Form von Wind) verlagert wird - Wegtransport wenn die vom strömenden Medium erzeugte Scher-/Schubspannung (Strömungsgeschwindigkeit) auf die zu erodierenden Partikel höher ist als die Haftreibung der Partikel untereinander - erodiertes Material, das bereits vom strömenden bzw. fließenden Medium mitgeführt wird, kann dessen Erosionswirkung deutlich erhöhen - linienhafte Eintiefung der Erdoberfläche durch abfließendes Wasser (z.B. kurzlebige Rinnsale = Rillenerosion, Fließgewässser = fluvial) oder flächenhaft (z.B. Erosion durch Wind = äolisch oder Niederschläge)
  • Ausmaß der Erosion maßgeblich von der Beschaffenheit des Untergrundes abh.: - Lockermaterial leichter erodierbar ist als solider Fels - feinkörniges Material leichter erodierbar als grobkörniges Material - magmatische Gesteine, wie Basalt oder Granit, in der Regel schwerer erodierbar als Sedimentgesteine - sekundäre Modifikationen des Gesteinsverbandes wie Klüfte oder Verwerfungen bieten bevorzugte Angriffspunkte für Erosion - eine dichte Pflanzendecke wirkt sich ungünstig auf Erosion aus, da sie die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzt (Abhängigkeit der Erosionsrate von der Vegetationsdichte = Phytovarianz)
Anwendungsstand
Stand der Technik
Zeitaufwand
über 10 Jahre

Rechtliche Anforderungen

Arbeitsschutz
- TRGS 524 „Schutzmaßnahmen bei Tätigkeiten in kontaminierten Bereichen“ - DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“ (bisher: BGR 128) - Gefahrstoffverordnung GefStoffV - Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen - DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung
Genehmigungsfähigkeit
prinzipiell gegeben
Erforderliche Genehmigungen
Gesetz Notwendig
Abfallrecht u. U.
Baurecht Ja
Immissionsschutzrecht u. U.
Wasserrecht Ja
Sonstige u. U.

Bewertung

Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
bedingt
  • Arsen
  • Blei
  • Cadmium
  • Cobalt
  • Kupfer
  • Nickel
  • Zink
  • Sulfate
  • Phosphate
  • Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
  • Chrom
  • Schwermetalle
  • Saures Wasser
  • basisches Wasser
ungeeignet
  • Aliphatische, aromat. KW
  • MKW (Diesel, Schmieröle)
  • Leichtflüchtige KW (BTEX)
  • PCB
  • PAK (< 4 Ringe)
  • PAK (> 4 Ringe)
  • LHKW
  • Dioxine, Furane
  • Phenole und Alkohole
  • Pestizide
  • Quecksilber
  • Zinn
  • Cyanide (komplex)
  • Fluoride
  • MTBE
  • PAK
  • Schwefelwasserstoff
  • Ammoniak
Umweltauswirkung
hoch mittel gering ohne
Transportaufkommen X
Bodenbelastung X
Grundwasserbelastung X
Luftbelastung X
Lärmbelastung X
Schmutzbelastung X
Abfallaufkommen X
Flächenbedarf X
Anforderungen
  • Herstellung der Wasserhaushaltsschicht - Tieflockerung und Tiefkalkung bei starker Überverdichtung oder Versauerung des Unterbodens - Bodenbearbeitung zur Homogenisierung der Substratgemenge und der Vergleichmäßigung der aufgebrachten Dünge- bzw. Meliorationsmittel - Aufbringung und Einarbeitung von Bodenverbesserungsmitteln angepasst an die Bodenbeschaffenheit und die Bepflanzungsart Mineraldünger (Oxide, Chloride, Sulfate, Carbonate, …) Organische Dünger (Stallmist, Gülle, Gärreste, Kompost, Bio-/Grünkompost, Klärschlammprodukte, Humusersatzstoff, Biokohle-Substrate, …) Humusanreicherung durch Rekultivierungsfruchtfolgen
  • Auswahl geeigneter dauergrüner Kulturen - Bepflanzung der Kippe mit stärker verdunstenden Kulturen landwirtschaftliche Kulturen wie Knaulgras, Luzerne, Durchwachsende Silphie, Chinaschilf Kurzumtriebsplantagen - z.B. aus Pappel, Weide oder Robinie mit einem entsprechenden Unterwuchs an Gras und Gebüsch - führen gegenüber konventionellem Ackerbau zu einer signifikanten Verringerung der grundwasserwirksamen Tiefensickerung (verdunstungsintensiv + biomassereich) Agroforst - z. B. Robinien in Verbindung mit Luzerne-Gras-Gemisch, Hafer und Winterroggen; Alley-Cropping - Absenkung der mittleren Windgeschwindigkeit + Verringerung der Globalstrahlung verringern zwar die Verdunstungsleistung auf der Fläche, beeinflussen die Ertragsfähigkeit der Ackerkulturen jedoch positiv Wald - vorwiegend Nadelwald (Kiefer – gut an die Bedingungen in der Lausitz angepasst) - aus ökologischen Beweggründen aktuell Etablierung vielfältigerer Waldbestände mit Fichte, Gemeiner Kiefer, Winterlinde, Traubeneiche und Stieleiche; Mischung der Kiefernbestände mit Traubeneiche im Verbund mit Hainbuche und Winterlinde (waldbauliche Praxis des Landesbetriebes Forst Brandenburg); Beimengung typischer Pionierbaumarten wie z.B. die Erle (Rekultivierungspraxis VEM)
  • optimale Bewirtschaftung der Flächen - bei landwirtschaftlichen Kulturen mehrmalige Ernte pro Jahr, Pflanzenschutz, Düngung, … - für mehrschichtige vitale Pflanzenbestände im Wald wird gegen den Konkurrenzdruck der Spontanvegetation die Pflanzung von Gehölzen mit einer Mindestgröße (Sträucher mind. 80 – 100 cm, Bäume als Heister >100 cm) empfohlen
Anforderungen an Umwelt
  • ausreichend Material für die Herstellung der Wasserhaushalts-/Rekultivierungsschicht
  • Bedarf an Saatgut bzw. Pflanzkulturen
Beispiele weltweit
  • Versuche mit dem Korbblütler "Durchwachsende Silphie" (andauernde und mehrjährige Pflanze, die auf Grund ihrer großen Biomasseproduktion als Energiepflanze angebaut wird) auf landwirtschaftlichen Flächen in Thüringen
  • BTU Cottbus: Dauerversuche - Agroforst-Systeme, Kurzumtriebsplantagen bzw. Energiewälder auf Kippenflächen ehemaliger Tagebaue (Welzow-Süd, Jänschwalde)
  • Universität Rostock: mehrjährige Lysimeterversuche zur Verwertung von Baggergut im Landbau insbesondere unter dem Aspekt der Stoffverlagerung in das Grundwasser
  • Standort Erfurt-Schwerborn: Untersuchung der Funktionssicherheit eines mehrschichtigen, biologisch-dynamischen Systems anhand eines Flächenlysimeter (400 m²) auf dem Deponie-Altkörper
  • Großlysimeter Colbitz (Letzlinger Heide, Heidegebiet im Übergangsbereich der Regionen Altmark und Elbe-Börde-Heide, Sachsen-Anhalt): Untersuchungen zur Grundwasserneubildung unter Wald (Kiefern-Reinbestand, 39 Jahre (2010), 1.4° bestockt, Sandboden)
  • K+S: Standorte Hattorf und Wintershall / Werra (Thüringen): Abdeckung von Kalihalden - 2016 – 2020: Pilotprojekt zur Haldenabdeckung - 2018 – 2021: Großversuch zur Haldenabdeckung - 2021: Beginn zur Umsetzung des operativen Regelbetriebs der Haldenabdeckung
  • Deponie "Zelazny Most" (ehemalige Kupferlagerstätte in Polen) Begrünungsmaßnahmen zur Eindämmung der Staubemission - Dämme mit einer Humusschicht von mehreren Zentimetem Dicke bedeckt und begrast - Hydrobesaen mit einem Wasser-Abwasser-Absatz-Gemisch unter Zugabe von Grassamen (wenig effektiv) - Böschung: Einpflanzen von ausgewählten Pflanzen unter Naturfasemetzen auf dem mit einem organisch-mineralischen Präparat angereicherten Boden + Mikromelioration der zu rekultivierenden Oberfläche durch Bildung von einem Abflusssystem des Niederschlagswassers
Beispiele in Sachsen
  • LMBV: Pilotversuch an der Pleiße / Kippe Witznitz; Versuche auf landwirtschaftlichen Flächen zu Bodenverbesserungsmitteln und verdunstungsstarken Ackerkulturen
  • Vattenfall: Feldversuch in Walsbeständen auf flaschentonhaltigen Böden der Innenkippe Nochten zu Möglichkeiten der nachhaltigen Bodenverbesserung
  • Wismut - Bereich Aue; Schwerpunkt der Sanierung in Sachsen: Sanierung der hinterlassenen Abraumhalden am Standort Schlema-Alberoda → Pflanzung einheimischer Baum- u. Straucharten an den sieben bereits fertiggestellten Halden Durchführung von Pflege-, Nachsanierungs- und Langzeitaufgaben, um den Sanierungserfolg langfristig zu gewährleisten
  • Wismut - Bereich Königstein: Standort Dresden-Gittersee (Alt-Steinkohlen- und Uranbergbau) - Halde Marienschacht: Mehrschichtabdeckung + Graseinsaat auf gesamter Fläche für Erosionsschutz - Halde Gittersee Mehrschichtabdeckung + Begrünung; 2006 abgeschlossen
  • Wismut - Altstandorte: Halde 42 Johanngeorgenstadt - Abflachung sämtlicher Böschungen + Bodenauftrag für Begrünung - Erstbegrünung + Pflanzungen von Sichtschutz
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
  • Aufforstung und damit Reduktion der Grundwasserneubildung großer Kippenareale insbesondere bei armen Böden mit hohem Flurabstand wie in der Lausitz
  • vor Begrünung der Waldflächen tiefgründige Bekalkung der Böden (tw. extrem tiefe pH-Werte auf den überwiegend tertiären Sedimenten), um insbesondere die ökologische Stabilität der Bestände zu gewährleisten
  • Hauptbaumarten in der Rekultivierung der Lausitz: Kiefer, Eiche, Birke daneben - je nach standörtlicher Nährkraftstufe: Linde, Hainbuche, Ulme, Pappel, Lärche, Roterle insbesondere für die Waldrandgestaltung: Obstgehölze und Sträucher bei der Gewässerrandgestaltung: vorrangig Esche, Roterle und Weiden
  • Kurzumtriebsplantagen/ Energieholz in Agroforstsystemen auf Kippenarealen mit armer - mäßiger Bodenqualität
  • Gras/Klee/Grünland-Bewirtschaftung auf belasteten Kippenarealen mit ausreichend guter Bodenqualität bzw. bei vorheriger Einbringung von Bodenverbesserungsmitteln
  • nach Erstbegrünung mittel- und langfristige Entwicklung standortgerechter Mischwaldbestände - Sekundärphase der Begrünung von Bergehalden der (Uran-)Erzbergbaureviere (Wismut)
Vorteile
  • Reduzierung der Schadstofffracht durch angepasste Begrünung
  • Erosionsschutz, Standsicherheit
  • Wiedereingliederung des Standortes in das natürliche Umfeld
Nachteile
  • aufwendige Logistik Separierung und Zwischenlagerung entsprechend geeigneter Schichthorizonte während des Abbaus Mischung mit bodenverbessernden Substraten Einbau der Wasserhaushaltsschicht
  • Resourcenproblem insbesondere bei der Herstellung einer ausreichend mächtigen Wasserhaushalts-/Rekultivierungsschicht
  • keine vollständige Abdichtung, sondern nur eine Verringerung der Sickerwasserrate
Investitionskosten
  • Kosten für das Material und den Einbau der Wasserhaushaltschicht
  • ggf. Kosten für Bodenverbesserungsmittel
  • Kosten für die Saat/Pflanzung
  • dazu kommen Kosten für Planung
  • ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
  • mittlere Kosten bei extensiver Grünlandnutzung (z.B. Mähen)
  • höhere Kosten bei intensiverer Nutzung z.B. bei Anbau von Futterpflanzen oder für die Biogasanlage (mehrmalige Ernte pro Jahr, Pflanzenschutz, Düngung)
  • geringe Kosten in aufwachsenden Waldbeständen
Kosten für Chemikalien
  • ggf. Bekalkungs- und/oder Düngemittel
Datenstand
01.01.2016

Literatur

  • Beims, U., Uhlig, U., Raimann, S., Mansel, H., Nitsche, C., Haferkorn, U., Bernsdorf, S., Haubold-Rosar, M. 2011: Durchführung eines Pilotversuches zur Reduzierung der Exfiltration von eisenbelastetem Grundwasser aus den Kippen des ehemaligen Tagebaues Witznitz in die Fließgewässer Pleiße und Wyhra – Abschlussbericht. AG: LMBV. unveröffentlicht
  • Hildmann, C., Knoche, D., Rösel, L., Zimmermann, B., Landeck, I. 2016: Konzept zur Reduzierung des Haldenwasseraufkommens durch Optimierung der Haldenbegrünung an den Kalirückstandshalden im Südharzrevier. Abschlussbericht für die Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH, Bereich Kali, Spat, Erz, Sondershausen. Finsterwalde. Unveröffentlicht
  • Walko, M., Hildmann, C. 2013: Vorstudie zur Minderung der Stoffeinträge (N, S und Fe) in das Sicker- und Grundwasser auf der Kippe des Tagebau Nochten. Bericht für das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des Freistaates Sachsen. Finsterwalde. unveröffentlicht
  • Knoche, D., Embacher, A., Liebner, F. Wolf, J., Katzur, J. 2002: Hanglysimeter-Untersuchungen zum hydrologischen Verhalten eines Abdecksystems für Halden des Uranbergbaus. In Klotz, D. (Hsg.) Untersuchungen zur Schadstoff-Migration in Lysimetern. Institut fur Hydrologie - GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH. GSF- Bericht 05/02. Neuherberg.
  • Löser, R., Schneider, P., Meyer, J., Schramm, A., Gottschalk, N. 2011: Wasserhaushaltliche Bewertung von Haldenabdeckungen im Raum Schlema-Alberoda. Deponie-Workshop Liberec - Zittau 10. - 11. Nov/2011. Wissenschaftliche Schriften im Rahmen des EU Ziel3/Cil3-Projekts " Erdbau und Rekultivierung", Heft 6.
  • Reuter, E., Markwardt, N., Pacalaj, C., Sutoris, M. 2004: Die schwarz-grüne Barriere – Konzepte für eine nachhaltige und kostengünstige Schließung von Altdeponien. Vortrag Braunschweiger Deponieseminar.
  • Sutmöller, J. 2014: Veränderungen der Grundwasserneubildung unter Wald – Einfluss von Klimawandel und Waldentwicklung. Vortrag Regionalkonferenz: Trockenregionen im Klimawandel Leipzig, 2./3.April 2014.