Reaktive Stofftransportmodellierung für nachbergbauliche Grundwasserströmungsbahnen als Kopplung von PCGEOFIM und PHREEQC

Im Lausitzer Braunkohlenrevier ist das Grundwasser großflächig und nachhaltig durch die Pyritver­witterung beeinflusst. Die Sümpfung im Gewinnungsbergbau und der Grundwasserwiederanstieg im Sanierungsbergbau werden seit Jahrzehnten durch zwei- und dreidimensionalen regionalen Grund­wasserströmungsmodelle, sogenannte hydrogeologische Großraummodelle, auf der Basis von PCGEOFIM® begleitet. Zunehmend rücken hydrochemische Fragen in den Fokus, wie die Versauerung von Bergbaufolgeseen, der Stoffaustrag aus Halden und Kippen sowie der diffuse Stoffeintrag in Fließgewässer (Verockerung). Diese Fragen müssen mit hydrogeochemischen Modellen beantwortet werden, die die maßgeblichen stofflichen Zusammenhänge abbilden. Für solche Zwecke wird der Simulator PHREEQC genutzt, der bzgl. der hydrogeochemischen Modellbildung sehr flexibel ist.

Mit dem Simulator PHREEQC wird im Lausitzer Braunkohlenrevier bereits seit langem die Wasser­beschaffenheit in Bergbaufolgeseen und Fließgewässern modelliert. Für das Grundwasser wurden hydrogeochemische Modelle bisher nur auf sehr niedriger räumlicher Abstraktionsebene, z. B. als Mischreaktor-, Stromfaden- oder Stromröhrenmodelle, angewendet.

Für das Grundwasser existieren international zahlreiche Modelle, wie z. B. OpenGeoSys, Hydro­geo­chem, TOUGH, PHT3D und PHAST, die Geohydraulik mit Hydrogeochemie koppeln. Diese Modelle haben meist den Nachteil, dass die geohydraulische Komponente nicht aus den bestehenden Groß­raummodellen übernommen werden kann, sondern für die jeweiligen Fragestellungen des Braun­kohlenbergbaus komplett neu aufgebaut und angepasst werden müsste. Dies erfordert eine auf­wendige Migration der Daten in ein neues Modell oder sogar eine komplette Neuentwicklung eines bestehenden hydrogeologischen Großraummodells.

Aus diesem Grund wurde ein Weg gesucht, ein reaktives Stofftransportmodell mit der gesamten inhaltlichen Funktionalität und der hohen Flexibilität des Simulators PHREEQC auf die bestehenden geohydraulischen Großraummodelle aufzusetzen. In diesem Vortrag wird die Entwicklung eines solchen reaktiven dreidimensionalen Multikomponenten-Stofftransportmodells mit PHREEQC auf Grund­lage eines bestehenden Grundwasserströmungsmodells mit PCGEOFIM® vorgestellt.

Der Vortrag führt dabei in die Tiefen und Untiefen der Stofftransportmodellierung im Grundwasser ein und zeigt auch Irrwege der numerischen Modellierung auf. Anhand eines Anwendungsbeispiels für den Grundwasserabstrom aus einer Tagebaukippe zu einer Trinkwasserfassung werden die vielfältigen Möglichkeiten, die Herausforderungen und Grenzen für die Entwicklung und die Anwendung von Stofftransportmodellen aufgezeigt.