Hydrogeologische Untersuchungen im Silberseegebiet


Das Schadenpotential, das Deponien aufweisen können, stellt eine erhebliche Gefährdung für den Menschen und die Umwelt dar. Primär kann dies die Schädigung der Umweltsegmente Wasser, Boden und Luft bedeuten, wodurch eine Schadstoffanreicherung in den Umweltsegmenten Wasser und Boden erfolgt. Sekundär kommt es dann zu Schäden am Menschen. Im Laufe von Jahren oder Jahrzehnten können durch Deponien und Altlasten Neben- und Folgewirkungen auftreten, die zunächst nicht oder nur schwer erkennbar waren.

Die zentrale Frage zur Gefährdungsabschätzung einer Deponie oder Altlast ist die, ob von dem Standort Emissionen ausgehen oder ausgehen können, die für den Menschen oder die Umwelt eine Schädigung oder eine Gefahr bedingen. Die Gefährdungsabschätzung muß damit zwei Untersuchungskomplexe erkunden: Zunächst muß sie sich mit dem Auffinden und Untersuchen der Emissionspfade (bzw. der Ausbreitungsmedien) befassen, also der Wege, über die Substanzen sich ausbreiten können. Auch müssen die potentiellen Risiken beurteilt werden, die langfristig vom Standort ausgehen können, also Hinweise liefern über die in dem Standort "schlummernden" Gefahren (BARKOWSKI et al. 1993).

Bei der Deponie Silberbuck werden die folgenden Emissionsmöglichkeiten als gegeben angesehen: Schadstoff-Emissionen über die Pflanzen und die (tierische) Nahrungskette, Gas-Emissionen in die Atmosphäre und seitliche Gas-Emissionen in das umgebende Gebirge, Sickerwasser-Emissionen in das Grundwasser und Sickerwasser-Emissionen in die Oberflächengewässer. Die hauptsächlichen Ausbreitungsmedien für die Schadstoffe sind hierbei also Boden, Luft und vor allem das Wasser, auf welches sich die sich die Gefährdungsabschätzung konzentrieren muß.

Bei hydrogeologischen Untersuchungen sollen die Grundwasserverhältnisse im Untersuchungsgebiet möglichst genau ermittelt werden. Beim Grundwasser unter einer Deponie interessieren vor allem die Gebirgsdurchlässigkeit, die Grundwasserfließrichtung und die Grundwasserfließgeschwindigkeit. Durch diese Untersuchungen werden Rückschlüsse auf die Richtung (und evtl. die mögliche Reichweite) einer möglichen Schadstoffausbreitung ermöglicht. Die Schadstoffemissionen breiten sich als Verschmutzungsfahne in Grundwasserfließrichtung, d. h. im Abstrombereich der Ablagerung, aus. Dieses gilt allerdings nur für klar definierte, weitgehend konstante Grundwasserbewegungen; unter stark wechselhaften Bedingungen kann die "Verschmutzungswolke" beliebige Formen annehmen.

Die aus einer Ablagerung austretende Schadstoffe können häufig noch in erheblicher Entfernung beobachtet werden. Wie weit die Emissionen nachzuweisen sind, hängt im wesentlichen von Art und Menge der Schadstoffe und vom Aufbau des jeweiligen Grundwasserleiters ab. BARKOWSKI et al. (1993) berichten von einer Kontaminationsausbreitung in einem Sandaquifer mit einer Entfernung von über 1000 Meter. In klüftigen Festgesteinen sind aufgrund der höheren Fließgeschwindigkeiten im Untergrund sehr viel größere Distanzen zu erwarten.

Wie oben beschrieben, wird das Dutzendteichgebiet geologisch i.w. von der heterogenen Abfolge der Stubensandsteine und der Unteren Burgsandsteine aufgebaut. In der Umgebung von Silbersee und Silberbuck wurden in den Achziger Jahren insgesamt sieben Bohrungen (B 01 bis B 07) mit Endteufen bis 35 Meter sowie drei Flachpegel (FP 01 bis FP 03) bis fünf Meter Tiefe abgeteuft. Die hierbei aufgenommenen Bohrprofile (mit Ausnahme der Bohrung B 07, von welcher keine Bohrdaten vorlagen) veranschaulichen die faziell sehr unterschiedliche Keuperlithologie sowie Teilbereiche der Deponieablagerungen in diesem Gebiet.

Bohrungen und Profilschnitte im Silberseegebiet

Die Bohrprofile B 01 bis B 06 durchteufen neben den oberen, unterschiedlich mächtigen Ablagerungen der Deponie die heterogenen Abfolgen der Stubensandsteine, denen oft -- bereits auf kurze Distanz auskeilende -- Tonlinsen zwischengeschaltet sind. Die Petrographie der eigentlichen Sandsteine wechselt zwischen grob- bis feinkörnigen, festen Sandsteinen, sehr tonreichen Sandsteinlagen und nahezu "sandigen Tonen".

Die Flachpegel FP 01 bis FP 03 wurden unmittelbar am Rand des Deponiekörpers am Südostufer des Silbersees abgeteuft und erschließen die teils mächtigen Schutt- und Bauschuttablagerungen, welche direkt den Keupersedimenten auflagern.

Bohrprofile im Silberseegebiet

Die Sandsteinhorizonte des Burgsandsteins und v.a. der Stubensandsteine werden in verschiedenen Höhenniveaus von Ton- und Lettenlagen durchzogen: Diese wirken als Aquicluden und bedingen, daß in diesen Schichtenfolgen mehrere (hiervon lokal schwebende) Grundwasserhorizonte auftreten. Diese für den fränkischen Keuper charakteristischen hydrogeologischen Verhältnisse sind besonders signifikant am weiter nördlich gelegenen Burgberg zu Nürnberg zu beobachten: Hier speißen an den verschiedenen Burgsandsteinhängen schwebende Grundwässer eine Anzahl von Quellen. Aus dem obersten Aquifer des oberen Mittleren Burgsandsteins am Nürnberger Burgberg (über dem obersten Zwischenletten auf 342 m NN) rinnt der nur gering schüttende Margarethenbrunnen der Kaiserburg (vgl. BAIER 1998). Der Haupt-Quellgürtel über dem Basisletten des Mittleren Burgsandsteins liegt am Südhang des Burgberges auf einem Höhenniveau von etwa 335 m ü. NN und somit etwa in der Höhe und im Verlauf der Oberen Schmidtgasse. Diese lokalen Quellgürtel bildeten in der Frühzeit Nürnbergs eine einfache und qualitativ einwandfreie Wasserversorgung für die Patrizierhäuser.

Aus den für das Silberseegebiet vorliegenden Bohrdaten und der -- aus historischen Luftbildern rekonstruierten -- Morphologie der ehemaligen Baugrube wurden zwei Profilschnitte durch Silberbuck und Silbersee erstellt.

Das NW-SE orientierte Profil A-B verläuft vom Freizeitgelände nordwestlich des Silbersees durch den See und den Silberbuck hindurch bis hin zur Nordwestgrenze der im Südosten gelegenen "NürnbergMesse". Neben den -- auch unter dem im Nordwesten unter dem Freizeitgelände anstehenden -- Deponieablagerungen und meist geringmächtigen quartären Sanden stehen im Untergrund die heterogenen, gering in nördliche Richtung einfallenden Keupersandsteine und die als lokale Aquicluden wirkenden Ton- und Lettenlagen an. Von diesen Tonlagen konnten nur jene bei 314 bis 311 m NN und bei ca. 302 m NN als über größere Distanz aushaltend beobachtet werden. Bedeutend für das Verständnis der am Silbersee vorherrschenden hydrogeologischen Bedingungen ist v.a. die bei ca. 314 m NN auftretende Tonaquitarde: Sie bildet sowohl die Grundwassersohlfläche des obersten Aquifers im Uferbereich des Silbersees als auch die abdichtende Sohlfläche des Flachweihers und des Kleinen Dutzendteiches, so daß hierdurch relativ gute Grundwasserströmungsverhältnisse vom "Deponiesee" durch den obersten Aquifer in das nördlich anschließende Stillgewässer gegeben sind.

NW-SE-Profil durch Silbersee u. Silberbuck

Ein ähnliches Bild ergibt sich aus dem zweiten, SW-NE verlaufenden Profil C-D: Dieses beginnt im Freizeitgelände östlich des Silbersees, durchteuft den hier sehr seichten Süduferbereich des Sees sowie die nordwestlichen Ausläufer des Silberbucks und endet im -- von nur geringmächtigen Deponieablagerungen bedeckten -- Waldgelände westlich der "Großen Straße" (heute Bauplatz der "Parkhausmodule" für die "NürnbergMesse"). In den Keupersandsteinen ist bei 314 m NN eine Tonschicht zu beobachten, welche die im Nordostteil des Silberbucks anfallenden Sickerwässer nach Nordosten in Richtung des Großen Dutzendteiches ableitet. Im Liegenden treten bei ca. 311 m NN und bei 302 m NN weitere Tonaqitarden auf, über welchen die Sickerwässer aus dem Südwestteil des Silberbucks und Silbersees in nördliche Richtungen abfließen.

SW-NE-Profil durch Silbersee u. Silberbuck

Zusammenfassend lassen sich im Bereich des Silbersees mindestens drei lokal ausgebildete Aquifere beobachten, welche generell die Sicker- und Grundwässer in nördliche Richtungen zu den Stillgewässern, aber auch unter diesen hindurch leiten. Aufgrund weiterer, nur lokal auftretender Tonhorizonte sowie der anthropogenen Eingriffe in Form der riesigen Baugrube und deren Verfüllung mit sehr heterogen zusammengesetzten Deponiematerialien gestalten sich die Strömungsverhältnisse in natura jedoch wesentlich komplizierter.

Die Versickerungsraten des Niederschlagswassers in den Sandsteinen sind -- wenn keine lehmig-tonigen Überdeckungen vorhanden sind -- relativ gut. Im verstärkten Maße gelten diese Gegebenheiten auch für den, lediglich mit einer geringmächtigen Humusschicht überdeckten Deponiekörper.

Im Gebirge sind die Porenräume der Sandsteine i.d.R. zwar mit Wasser erfüllt; bei den im Südosten anstehenden Unteren Burgsandsteinen sind jedoch in mehreren Schichtgliedern die nutzbaren Porositäten der Sandsteine durch eingelagerte Ton- und Lehmpartikel herabgesetzt, so daß sich insgesamt nur mäßige Gesteinsdurchlässigkeiten ergeben. Weitaus wasserdurchlässiger sind die Stubensandsteine und besonders die mit zahlreichen kleinen Hohlräumen durchsetzten Blasensandsteine.

Der Hauptanteil der Grundwasserbewegungen findet in den Keupersandsteinen über die unterschiedlich weit geöffneten Trennflächen (Schichtflächen, Klüfte, Störungen) in den Sedimentkomplexen statt. Die hydrogeologischen Verhältnisse im klüftigen Festgestein sind sehr viel komplizierter als die im Lockergestein. So bilden weniger die Poren zwischen einzelnen Körnern, sondern das Trennflächengefüge innerhalb des Gesteinsverbandes die hydraulisch wirksamen Bahnen. Auf diesen bewegt sich das Grundwasser. Darüber hinaus sind Kluftgesteine hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit im allgemeinen anisotrop, d.h. sie weisen (abhängig von ihrem Kluftsystem) stark unterschiedliche Durchlässigkeiten in verschiedenen Richtungen auf. Diese Gebirgsdurchlässigkeiten sind für die Grundwasserbewegungen im Umfeld der Deponie von entscheidender Bedeutung. Das Grundwasser aus den tieferen Teilen des Müllkörpers breitet sich überwiegend in den Sandsteinklüften aus, wobei die mitgeführten Kontaminationen in Anhängigkeit von ihren chemischen Reaktionen im Untergrund mitgeführt werden.

Ein Überblick der -- in den Bohrungen und an Proben der Ufersedimente der Oberflächengewässer gemessenen -- Lockergesteins- und Gebirgsdurchlässigkeiten ist in untenstehender Tabelle dargelegt. Diese -- auf eine Grundwassertemperatur von +10°C bezogenen -- Durchlässigkeitsbeiwerte ("kf-Werte") werden in einem Flächenmodell für das gesamte Untersuchungsgebiet dargelegt. Einschränkend muß hierzu jedoch bemerkt werden, daß -- wie die meisten Festgesteinskörper -- auch die Keupersandsteine im Dutzendteichgebiet einen insgesamt inhomogen Aquifer darstellen, der sich mit einer mathematischen Modellierung nur ungenau erfassen läßt. Dieser Umstand wird verstärkt durch die große Ausschachtung für das "Deutsche Stadion" und dessen spätere, sehr inhomogene Verfüllung durch die verschiedensten Materialien.

kf - Wert [m/s]
Flachpegel FP 01 1,8 x 10-4
Flachpegel FP 02 4,4 x 10-4
Flachpegel FP 03 2,5 x 10-3
Bohrung B 01 1,2 x 10-5
Bohrung B 02 5,3 x 10-6
Bohrung B 03 6,3 x 10-6
Bohrung B 04 6,6 x 10-6
Bohrung B 05 2,3 x 10-5
Bohrung B 06 5,1 x 10-6
Bohrung B 07 1,9 x 10-5
Silbersee NE - Ufersediment 2,1 x 10-3
Silbersee SW - Ufersediment 4,8 x 10-3
Flachweiher - Ufersediment 3,8 x 10-5
Kl. Dutzendteich - Ufersediment 8,0 x 10-5
Gr. Dutzendteich - Ufersediment 9,8 x 10-5
Langwasser - Bachsediment 3,8 x 10-4

Durchlässigkeitsbeiwerte ("kf-Werte") in Bohrungen und von Ufersedimenten der Oberflächengewässer im Gebiet des Silbersees und Silberbucks, bezogen auf eine Wassertemperatur von +10°C.

Für das Silberseegebiet stellt sich die geohydraulische Situation demnach so dar, daß in den Bauschutt-Ablagerungen der Flachpegel FP 01 bis FP 03 sowie den Ufersedimenten des Silbersees "stark wasserdurchlässige" Bereiche (gemäß DIN 18130) vorherrschen: Hier ist also ein weitgehend ungehinderter Wasseraustausch zwischen dem Deponiematerialien und dem Wasserkörper des Sees gegeben. Etwas geringere, jedoch als "durchlässig" zu charakterisierende Verhältnisse bestehen bei den Ufersedimenten der übrigen Oberflächengewässern sowie in sämtlichen Bohrungen B 01 bis B 07. Ein guter bis sehr guter Wasseraustausch zwischen dem Sondermüll-Deponiekörper, den Grundwässern und den Oberflächengewässern ist somit im gesamten Untersuchungsgebiet ermöglicht.

Im Flächenmodell der Durchlässigkeitsbeiwerte werden die Bereiche geringerer und höherer Wasserdurchlässigkeiten der Schichten im Untergrund des Beobachtungsgebietes aufgezeigt.

Flächenmodell Durchlässigkeitsbeiwerte im Silberseegebiet

Die geogen bedingten Durchlässigkeitsbeiwerte der Keupersedimente des Gebietes scheinen durchschnittlich etwa 5 x 10-6 m/s zu betragen: Diese treten im Gebiet östlich und südlich der Baugrube sowie im Areal zwischen dem Silbersee und dem Flachweiher auf. Während die übrigen Oberflächengewässer in ausbeißenden Lettenschichten angelegt sind und so eine gewisse Abdichtung besitzen, wird der Silbersee vom Grundwasser ungehindert und direkt durchströmt.

Von Süden her kommend verläuft eine quartäre, bis 6 m tief in den Keuperuntergrund eingeschnitte Rinne vom heutigen Messegelände in nordwestlicher Richtung bis unter den Silberbuck; dieses Paläotal enthält quartäre Sand-Kies-Sedimente mit "stark durchlässigen" kf-Werten um 10-3 m/s, womit sich ausgezeichnete Wasserwegsamkeiten ergeben.

Ähnlich "stark durchlässige" kf-Werte um 10-3 m/s herrschen in den Müll- und Bauschutt-Ablagerungen der Deponie im Bereich des südlichen Hufeisenteils der Baugrube vor. Im Bereich seines südöstlichen Ufers (Flachpegel FP 01 bis FP 03) steht der Silbersee in direkter hydraulischer Wechselwirkung mit dem Deponiekörper des Silberbucks.

Geringere, aber sehr wohl wasserdurchlässige Verhältnisse um 10-5 m/s bestehen in den Keuperschichten zwischen dem Silbersee und dem nördlich gelegenen Kleinen und Großen Dutzendteich, wobei die geringeren kf-Werte durch die relativ starken hydraulischen Gefälle zwischen den unterschiedlichen Wasserspiegelhöhen dieser Stillgewässer ausgeglichen werden.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß im gesamten Deponiegebiet die Möglichkeit guter bis sehr guter Grundwasserbewegungen durch eine unglückliche Verknüpfung geologisch und anthropogen bedingter Gegebenheiten vorliegt. Die Fließgeschwindigkeiten und die Fließrichtungen des Grundwassers sind somit weitgehend nur noch vom Grundwasserdargebot und von den jeweiligen Grundwasserständen mit den hierdurch induzierten hydraulischen Potentialen abhängig.


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* last Update: Donnerstag, 10. November 2011 16:23