Grundwasserbewegungen im Dutzendteichgebiet


Zur Klärung der Grundwasserfließrichtungen im Untersuchungsgebiet wurden -- zusammen mit einer Vielzahl engagierter Studentinnen und Studenten des Instituts für Geologie und Mineralogie der FAU Erlangen-Nürnberg -- im Zeitraum Februar 1999 bis März 2001 umfangreiche Pegelmessungen der Grundwasserspiegel in den -- die Deponie Silberbuck umgebenden -- 7 Tief- und 3 Flachbohrungen sowie genaue Bestimmungen der Wasserspiegelhöhen der Oberflächengewässer durchgeführt. Einschränkend muß bemerkt werden, daß die Bohrung B 05 am Südende des Silberbucks im Herbst 1999 den Straßenneubau-Maßnahmen für die "NürnbergMesse" zum Opfer fiel und seitdem für Grundwasserbeobachtungen nicht mehr zur Verfügung stand.

Bei den bislang von anderen Institutionen im Silberseegebiet durchgeführten Untersuchungen beruhten die Bestimmungen der Grundwasseroberfläche und somit der Grundwasser-Fließrichtungen i.d.R. auf jeweils einer Stichtagsmessung. Hierbei ergab sich, daß im Bereich der Deponie das Grundwasser nach Norden mit einem mittleren Gefälle von 0,14 % fließt. Der Grundwasserstrom verläuft somit vom südlichen Ende des Silberbucks über den Silbersee nach Norden bis zum Kleinen Dutzendteich, wobei der Silbersee hauptsächlich von Grundwässern aus dem Deponiekörper durchströmt wird.

Vom Lehrstuhl für Angewandte Geologie wurden im Februar 1999, im März 1999, im April 1999, im Mai 1999, im September 1999, im März 2000, im April 2000 sowie im März 2001 Grundwasser- und Oberflächenwasser- Spiegelmessungen durchgeführt, welche im Resultat ergaben, daß diese bislang angenommenen, quasistationären Grundwasserfließrichtungen nur zu bestimmten Jahreszeiten vorherrschen: Unter gewissen hydrologischen Gegebenheiten wie der Schneeschmelze oder in den Folgewochen nach starken Niederschlagsereignissen drehen sich im Bereich südlich des Silbersees die Grundwasserfließrichtungen um.

Bei "normalen" Grundwasserständen, wie sie im Februar 1999, im März 1999, im Mai 1999, im September 1999, im März 2000 sowie im April 2000 beobachtet werden konnten, durchströmt das Grundwasser aus südlichen Richtungen kommend den Deponiekörper des Silberbucks und fließt direkt in den Silbersee ein. Das Grundwasser sickert aus der Deponie vermutlich vorwiegend über das sandige Litoral in den See. Im Abstrom des Silbersees bewegt sich ein Großteil des Grundwassers in Richtung des Kleinen Dutzendteich bzw. unterströmt dieses seichte Stillgewässer in den darunterliegenden Keuperschichten. Ein kleiner Anteil des Silbersee-Abstromwassers fließt dem großen Dutzendteich zu bzw. unterströmt diesen.

Flächenmodell Grundwasserströme 02/99 u. 03/99 Flächenmodell Grundwasserströme 04/99 u. 05/99

Während zwei Beobachtungsterminen (April 1999 und März 2001) konnten jedoch Umkehrungen der Grundwasserfließrichtungen registriert werden. Zu diesen Zeiten herrschten zwar am Nordufer des Silbersees normale Grundwasserabströme in den Kleinen und in den Großen Dutzendteich vor; am Südufer des Sees floß das Wasser jedoch wieder nach Süden in die Deponie Silberbuck zurück, wobei sich die Grundwasserströme z.T. an der Morphologie der ehemaligen Baugrube orientierten und weiter im Süden offenbar in die mit Lockersedimenten verfüllte quartäre Rinne zurückflossen (April 1999) bzw. nach Südosten dem alten, in den Nachkriegsjahren zugeschütteten Fußgängertunnel unter der "Großen Straße" zuströmten (März 2001).

Flächenmodell Grundwasserströme 09/99 u. 03/00 Flächenmodell Grundwasserströme 04/00 u. 03/01

Im Silbersee scheint sich in dessen tieferen Bereichen bereits ein -- allerdings noch nicht sehr stark ausgeprägter -- Badewanneneffekt ausgebildet zu haben: Im allgemeinen besteht zwischen einem See und dem umliegenden Grundwasserkörper ein Wasseraustausch in der Form, daß der See vom Grundwasser horizontal durchströmt wird. Dies bedingt unter natürlichen Gegebenheiten, daß -- z.B. infolge einer Kontamination des Seewassers -- eine potentielle Gefahr für Grundwasserverschmutzungen hervorgerufen wird; andererseits besteht die Möglichkeit zur Grundwasseranreicherung mittels Einspeisen von Oberflächen- oder Niederschlagswasser. Beide Vorgänge setzen voraus, daß der Seeboden und/oder das Seeufer durchlässig bleiben. Im juvenilen Zustand eines Sees liegt meist eine erhebliche Durchlässigkeit vor, so daß also zunächst zwischen dem See und dem umgebenden Grundwasser eine enge Wechselbeziehung besteht.

Bei einer Alterung des Sees können Ton- und Schluffpartikel -- nach ihrer Sedimentation an der Seesohle und den Böschungen -- den unterirdischen Zu- und Abfluß zwischen See und umgebenden Grundwasser mehr oder minder stark behindern. Eine starke Algenentwicklung im See beschleunigt durch die Sedimentation der abgestorbenen Algen am Seegrund die Abdichtungsvorgänge. Eine völlige Abdichtung der Seesohle, ein sog. "vollständiger Badewanneneffekt", ist zwar selten, wurde aber bisweilen beobachtet.

Im Silbersee gibt es allerdings auch Hinweise auf höhere Sickerraten durch die Ufersedimente hindurch. Normalerweise stellen Tonpartikel nach ihrer Sedimentation an der Sohle und den Böschungen stark abdichtende Schichten dar. Diese Abdichtung konnte sich im Silbersee eventuell noch nicht ausbilden, weil der Grundwasserspiegel in der Umgebung durch Bewirtschaftungsmaßnahmen starken Schwankungen unterliegt. So werden durch das jährliche Ablassen der Dutzendteiche hydraulische Potentiale in einer Größenordnung bis 2,5 m induziert, die wahrscheinlich zu einer stoßweisen Durchspülung der Sedimente des Silbersees und damit einer Verzögerung des Kolmationsprozesses geführt haben.

Betrachtet man die reine Wasserbilanz eines tiefen Stillgewässers mit auch nur mäßig ausgebildeten Badenwanneneffekt, so zeigt sich, daß eine derartige Grundwasserblänke (wenn sie keinen oberirdischen Abfluß aufweist) selbst in einem trockenen, überdurchschnittlich warmen Jahr infolge ihrer Evaporation nicht mehr zehrt, als sie durch Niederschläge einnimmt. Solche Seen wirken bei starken und/oder langanhaltenden Niederschlägen ähnlich wie Hochwasser-Rückhaltekörper (vgl. BAIER & LÜTTIG 2000). Auch der Wasserspiegel des -- an den Uferflanken und am Gewässerboden relativ gut abgedichteten -- Silbersees bleibt am Ende eines Winterhalbjahres oder nach ergiebigen Niederschlägen bisweilen auf einem höheren Pegelniveau, während der Grundwasserspiegel in der Umgebung schneller absinkt.

Am Silbersee besteht nun die besondere hydrologische Eigenheit, daß zwar -- vor allem am Südufer -- noch relativ gute Wasserwegsamkeiten zwischen dem Seewasserkörper und dem Grundwasser bestehen, jedoch wegen der i.d.R. relativ geringen hydraulischen Gradienten nur langsame Fließgeschwindigkeiten vorherrschen. Die Abstandsgeschwindigkeiten zwischen dem See und den nahe gelegenen Flachpegeln FP 01 bis FP 03 betragen im Mittel zwischen 4 x 10-4 m/s und 4 x 10-5 m/s. Das Grundwasser benötigt somit für diese kurzen Distanzen zwischen 7 und 72 Stunden, um vom Silbersee durch die Deponieablagerungen in die Bohrungen oder umgekehrt zu strömen.

Im Jahresverlauf durchfließt also das Grundwasser die mächtige Deponie Silberbuck und wird hier sehr stark kontaminiert. Im weiteren Abstrom strömen diese Deponiewässer über die Ufersedimente in den Silbersee ein, wo unter teils aeroben Bedingungen (unterstützt durch die von der Stadt Nürnberg installierte Belüftungsanlage) ein teilweiser Abbau der Schadstoffe stattfindet. Sinkt nun im Süden des Silbersees der Grundwasserspiegel z.B. infolge ausbleibender Niederschläge und starken Grundwasserentzugs durch Wasserverdunstung (Evapotranspiration) der auf der Deponie stehenden Bäume ab, fließt das teilgereinigte Seewasser in den Deponiekörper zurück. Hier wird es infolge der relativ langsamen Fließgeschwindigkeiten und somit vergleichsweise langen Verweildauer erneut kontaminiert. Dieses mit neuen Schadstoffen belastete Grundwasser strömt schließlich -- nach Einsetzen von Niederschlagen -- wieder in den Silbersee zurück, womit dieser lokale Grundwasserkreislauf von neuem beginnt.


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* last Update: Donnerstag, 10. November 2011 16:24