Erkundungspraxis: Fallbeispiele Schöneiche-Mittenwalde, Eulenberg/Arnstadt und Rabenstein/Chemnitz PDF
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Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten Band 8 Dieses Methodenhandbuch "Deponieuntergrund" ist im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsverbundvorhabens "Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von Deponien und Altlasten" (Projektträger "Abfallwirtschaft und Altlasten sanierung" im Umweltbundesamt; Forderkennzeichen 1460605, 1460605A und 1460605B) entstanden. Die Verantwortung für den Inhalt der jeweiligen Beiträge liegt bei den Autoren. Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Gerhard Lange. Klaus Knödel Erkundungspraxis Fallbeispiele Schöneiche-Mittenwalde, Eulenberg/Arnstadt und Rabenstein/Chemnitz Mit Beiträgen von Horst Aust, Stephan Bachmann, Manfred Birke, Olaf Böhme, Burckhard Burde, Uwe Casten, Imre Fejes, Johannes Flachowsky, Lieselotte Frohse, Michael Fuchs, Werner Hiltmann, Bernhard Hörig, Reinhard Jähnert, Thomas Kabelitz, Beate Keilert, Klaus Knödel, Paul Krull, Heinrich KrummeI, Friedrich Kühn, Gerhard Lange, Harald Lindner, Werner Meyer, Ernst Niederleithinger, Karsta Parsiegla, Asaf Pekdeger, Uwe Rauch, Geza Rezessy, Bernd Röttger, Dietmar Schmidt, Jörg Schrnidt, Volker Schulz-Rincke, Joachim Sebulke, Knut Seidel, Klaus-Peter Sengpiel, Bernhard Siemon, Christian Sommer von Jarrnersted t, Dieter Steinbrecher, Günter Steiner, JarlOs Stickel, Laszlo Szabadväry, Uwe Tröger, Tomm Utecht t, Laszl6 Verö, Laszl6 Vertesy, Jürgen Wunderlich, Gerhard Zscherpe t Mit 330 Abbildungen und 106 Tabellen i Springer GERHARD LANGE DR. KLAUS KNÖDEL Bundesanstalt fur Geowissenschaften und Rohstoffe Dienstbereich Berlin Wilhelmstraße 25-30 D-13593 Berlin ISBN 978-3-642-62848-1 ISBN 978-3-642-55790-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-55790-3 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Ver vielHiltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutsch land vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grund sätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts gesetzes. http://www.springer.de © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 2003 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2003 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Makenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jemanden benutzt werden dürften. Einbandgestaltung: Erich Kirchner, Heidelberg Satz: Reproduktionsfertige Vorlage vom Autor Gedruckt auf säurefreiem Papier 30/3140/as - 5 4 3 2 I 0 Vorwort Das Bundesministerium fUr Bildung und Forschung (BMBF) hat in den vergangenen Jahren fiber seinen Projekttrager "Abfallwirtschaft und Alt lastensanierung" im Umweltbundesamt das Verbundvorhaben "Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von Deponien und Altlasten" (Kurztitel "Deponieuntergrund") gefOrdert. Als ein Produkt des Verbundvorhabens wird das "Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten" vorgelegt. Der Herausgeber dankt dem BMBF ffir die Forderung des Vorhabens und des Handbuchs. Zu danken ist Herrn Dr. Heidbom und Mitarbeitem (BMBF) und dem Projekttrager ffir die fachliche und administrative Betreuung des Verbundvorhabens und des Methodenhandbuchs. Die Ermutigungen, kritischen Fragen und zahlreichen Hinweise durch die Mitarbeiter des Projekttragers und der Htchreferate im Umweltbundesamt haben das Projekt wesentlich vorangebracht. Neben der Entwicklung bzw. Weiterentwicklung der Methoden zur Erkundung und Beschreibung des Untergrundes von Deponien und Altlasten war die Forschung an Teststandorten ein weiterer Schwerpunkt im Verbund vorhaben "Deponieuntergrund". Durch die Anwendung ausgereifter und neuer Verfahren an ausgewahlten Teststandorttypen konnten Verfahrens kombinationen ffir bestimmte Aufgabenstellungen getestet sowie Kriterien fUr die Auswahl der effektiven und kostengfiristigsten Methoden der Standorterkundung abgeleitet werden. Dariiber hinaus erbrachte die Teststandortforschung instruktive Beispiele ffir das Methodenhandbuch. Sie hat wesentlich zur SchlieBung von Forschungslficken beigetragen. Angeregt durch eine Umfrage des Springer Vedages bei potentiellen Nutzem des Methodenhandbuchs hat die Bundesanstalt fUr Geowissen schaften und Rohstoffe (BGR) nach Beendigung des Verbundvorhabens "Deponieuntergrund" im Rahmen ihrer Querschnittsaufgaben "Beratung der Ministerien" und "Beratung der deutschen Wirtschaft" den Informations inhalt der vielfaltigen Untersuchungsergebnisse an den Teststandorten weiter ausgeschOpft und daraus ein Handbuch mit Fallbeispielen aus der Erkundungspraxis erarbeitet. Mit dem vorliegenden Band zur Erkundungs praxis ffir ausgewahlte Standorttypen wird insbesondere ffir die Firmen eine noch zielgerichtetere Beratung der offentlichen und privaten Auftraggeber durch iiberzeugende Fallbeispiele moglich sein. 1m Rahmen der Forschung an den Teststandorten war ein sehr vielfaItiges Forschungsfeld zu bearbeiten. Eine umfassende Bearbeitung war mit dem vorgegebenen Finanzrahmen nicht moglich. Deshalb muBten Schwerpunkte gesetzt werden. Auswahlkriterien waren regionale Gesichtspunkte und die Ubertragbarkeit der Ergebnisse auf moglichst viele andere ,,FaIle". DafUr wurden folgende typische Teststandorte ausgewahlt: VI Vorwort SchOneiche, Brandenburg: Quartare und tertiare Lockergesteine, vielfilltige Umweltbelastungen durch eine fast 100-jahrige Nutzungsgeschichte als Abfallablagerungsplatz, Gewerbe-/Industriegebiet und Standort rur intensive Landwirtschaft einschlieBlich Intensivtierhaltung. Das Untersuchungsgebiet zeigt eine sehr komplizierte Quartarstratigraphie und -tektonik. In "Stauch moranen" ist mit einem vielfachen Wechsel rolliger und bindiger Partien zu rechnen. Es gibt weder einheitlich ausgebildete lithologisch/stratigraphische Horizonte noch aushaltende Aquifere und Grundwasserstauer. Festzustellen ist, daB sich die Lagerungsstorungen, wie sie u. a. im Untersuchungsgebiet beobachtet werden, nicht auf den Randbereich der Vereisung beschriinken, sondem auch in den vermeintlich "ruhigen" Grundmoranen angetroffen werden. Das Gebiet SchOneiche -Mittenwalde ist ein Raum, der hinsichtlich der geologischen Situation und der vielfaltigen Umweltbelastungen typisch rur das Berliner Umland und weite Bereiche der neuen Bundeslander ist. Die methodischen Ergebnisse sind somit auf zahlreiche andere Standorte in Norddeutschland iibertragbar. Eulenberg, Thiiringen: Verkarstete Karbonatgesteine der Muschelkalk Formation und Ton-/Mergelsteine der Keuper-Formation mit anthropogenen Strukturen im Deponieuntergrund, Altablagerung mit Haus- und Industrie abfallen. Mit der Altablagerung Eulenberg bei Amstadt in Thiiringen wurde eine mogliche Altlast an einem Standort in mesozoischen Festgesteinen untersucht. Die Besonderheiten des Standortes Eulenberg liegen darin begrundet, daB durch den mit der Errichtung eines unterirdischen Bauwerkes in den 40er Jahren verbundenen Steinbruchbetrieb die narurlichen geologischen Verhaltnisse gestort wurden. Urn die Auswirkungen der massiven Eingriffe in den Untergrund auf dessen Barrierewirkung abschatzen zu konnen, war die geologische Erkundung hier in besonders enger Weise mit der historischen Standortanalyse zu verkniipfen. Ohne die aus organistorischen Grunden erst zu einem relativ spaten Zeitpunkt mogliche Einbeziehung von Geofemerkundung und Geophysik in den ErkundungsprozeB ware es sicher nicht moglich gewesen, die Situation unter der Altablagerung durch eine lokal iiber 20 Meter machtige Miillschicht zu erkunden. Beide Komponenten, anthropogene Veranderungen und natiirliche geologische Gegebenheiten an der Deponiebasis, bestimmen maBgeblich das yom Standort auf das Umfeld ausgehende Gefahrdungspotential. Das Untersuchungsgebiet zeigt ein kompliziertes Schollenmosaik, das durch die StOrungsstaffeln der Eichenberg - Gotha - Saalfelder - Storungszone und verschiedenen dazu senkrecht verlaufenden Storungen gebildet wird. Die Gesteine des Untergrundes sind in erheblichem Umfang verkarstet. Es wurden mehrere Grundwasserhorizonte nachgewiesen, die ein kompliziertes hydraulisches System bilden. Vergleichbare Standortsituationen gibt es in weiten Bereichen Mittel-und Siiddeutschlands. Rabenstein, Sachsen: Kristalline Schiefer des AltpaHiozoikums mit z. T. tiefgrundiger Verwitterung, moglicher Standort fiir eine Deponieneuanlage. Vorwort VII Der Standort Rabenstein im Bereich des Autobahndreiecks Chernnitz-Nord westlich von Chemnitz wurde aus der vergleichenden Bewertung von insgesamt zehn Standortmaglichkeiten nach den Kriterien der Nutzwert analyse fUr die Errichtung einer Deponie des Abfallwirtschaftsverbandes Chernnitz favorisiert. Mit methodischen Arbeiten im Rahmen des Forschungsverbundvorhabens "Deponieuntergrund" sollte gezeigt werden, welchen Beitrag die interdisziplinare geowissenschaftliche Forschung zur Erkundung eines Standortes fUr eine Deponieneuanlage bei einem Unter grund aus metamorphen Gesteinen leisten kann. Es war nicht Ziel dieses Vorhabens, das Untersuchungsgebiet flachendeckend zu erkunden oder eine gutachterliche Bewertung der Eignung des Standortes fUr eine Deponie neuanlage vorzunehmen. Zur Erkundung der geologischen Barriere am Teststandort Rabenstein wurden stufenweise verschiedene Erkundungs methoden eingesetzt. Einen ersten Uberblick iiber die Standortsituation ergab eine geologische und tektonische Gelandeaufnahme. Es folgte eine flachenhafte magnetische, geoelektrische und elektromagnetische Kartierung zur lithologischen und strukturellen Differenzierung des Untergrundes im Untersuchungsgebiet. Nach einem Bohrprogramm erfolgten u. a. Bohrkern aufnahmen, hydraulische Tests und geophysikalische Bohrlochmessungen zur Bewertung der hydraulischen Eigenschaften des Untergrundes. Das wichtigste Ergebnis fUr die Bewertung der geologischen Barriere am Standort Rabenstein war der Nachweis einer ca. 1 500 m langen, 400 m breiten und bis zu 70 m tiefen Rinnenstruktur, die mit Verwitterungs bildungen erfiillt ist, welche die Anforderungen an eine geologische Barriere erfiillen. Die methodischen Erkenntnisse des Fallbeispiels Rabenstein kannen auf vergleichbare Standorte in Mittel- und Siiddeutschland iibertragen werden. Bei der Standortuntersuchung hat es sich bewahrt, zuerst die FHichenaufnahmen mit geologischer Kartierung, Geofernerkundung, geophysikalischer Vermes sung und oberflachengeochemischer Aufnahme durchzufUhren und danach die pUnktweise Erkundung gezielt anzusetzen mit Schiirfen, Sondierungen, Bohrungen (Auf- oder Ausbau des Netzes von GrundwassermeBstellen und nachgeordneten geophysikalischen und hydraulischen Bohrlochuntersuchungen, Bohrkernaufnahme und Laborver suche sowie geochemische Untersuchung von (teufenorientierten) Proben aus GrundwassermeBstellen). Zu allen diesen Erkundungsschritten gibt es methodische Beispiele in diesem Band "Erkundungspraxis", aus denen Hinweise zu Aufwand und Nutzen der durchgefUhrten Untersuchungen entnommen und auf andere Standorte iibertragen werden kannen. Die Beratung durch erfahrene Fachleute sollte dadurch jedoch nicht ersetzt werden. Durchgangig wurde die Gliederung in eine komprimierte Beschreibung der Methodik und eine ausfUhrliche Darstellung der Ergebnisse eingehalten. Aus Grunden der Lesbarkeit und Ubersichtlichkeit wurde bei den Methodenkurzdarstellungen eine gewisse Redundanz in Kauf VIII Vorwort genornmen und auf Querverweise zu anderen Kapiteln weitgehend verzichtet. Der vorliegende Handbuchband ist ein Gemeinschaftswerk von Fach leu ten in Firmen, Hochschulen, Forschungsinstituten und BehOrden. Die Forschung an den Teststandorten, wo instruktive Beispiele fUr das Handbuch gewonnen sowie die Methoden nach Kosten und Nutzen bewertet wurden, ist nachhaltig von den zustandigen Geologischen Landesamtem, KreisbehOrden und Deponiebetreibem unterstiitzt worden. Herr Dr. Dieter Stoppel hat dankenswerterweise als Revisor bei Teilen des Fallbeispiels Rabenstein durch eine griindliche Durchsicht der Manuskripte und zahlreiche konstruktive Hinweise zu deren Verbesserung beigetragen. Frau Ingrid Boller hat unterstiitzt durch Frau Claudia WieBner mit FleiB, KreativiHit und Umsicht Text und Abbildungen in die vorliegende Form gebracht. Fur ihre muhevolle Arbeit gebiihrt ihnen der herzliche Dank der Autoren und des Herausgebers. Inhaltsverzeichnis Fallbeispiel Schoneiche - Mittenwalde 1 Aufgabe, Losungsweg und Ubertragbarkeit der 1 Ergebnisse Klaus Knodel & Gerhard Lange 2 Geologisches Modell 15 Karsta Parsiegla 2.1 Lage, Morphologie und geologische Einordnung des 15 Untersuchungsgebietes 2.2 Methodik 22 2.2.1 Umfang und Ablauf der Untersuchungsarbeiten 22 2.2.2 Benutzte Unterlagen 23 2.2.3 Anmerkungen zur Nutzung geophysikalischer 26 Ergebnisse fiir die Erarbeitung geologischer Modellvorstellungen 2.2.4 Kartierung 30 2.3 Ergebnisse 31 2.3.1 Stratigraphisch -genetische Gliederung der quartaren 31 Schichtenfolge 2.3.2 Geologischer Aufbau des Deponieuntergrundes 40 SchOneiche/SchOneicher Plan 2.3.3 Quartiirgeologisches Modell von Schoneiche - 43 Mittenwalde 3 Geofernerkundung 63 Friedrich Kuhn, Bernhard Horig mit einem Beitrag von Dietmar Schmidt 3.1 Auswertung von Luftbildern und Scannerdaten 65 3.1.1 Untersuchung des Deponiekorpers 65 3.1.2 Untersuchung des Deponieuntergrundes 74 3.1.3 Untersuchung des Deponieumfeldes 80 3.1.3.1 Eigenschaften der GeHmdeoberflache 80 3.1.3.2 Vitalitatskartierung an Einzelbaumen 89 Dietmar Schmidt 3.2 Zusammenfassende Bewertung 93 X Inhaltsverzeichnis 4 Geophysikalische Erkundung 97 4.1 Aerogeophysik 97 Klaus-Peter Sengpiel, Bernd Rottger & Bernhard Siemon 4.1.1 Methodik 98 4.1.2 Ergebnisse 102 4.2 Geoelektrik 112 Ernst Niederleithinger, Knut Seidel, Gerhard Lange & Klaus Knodel 4.2.1 Gleichstromgeoelektrik und Induzierte Polarisation 112 4.2.1.1 Methodik 112 4.2.1.2 Ergebnisse 118 4.2.2 Kombinierter Einsatz von geoelektrischer Tiefen- 142 sektion und tiefenorientierter Wasserprobennahme 4.2.3 Sondierungskartierung auf einem Testprofil bei Gallun 149 4.3 Geoelektrische Messung der Grundwasserbewegung 152 Joachim Sebulke 4.4 Seismik 155 Tom Utecht t, Volker Schulz-Rincke, Heinrich Krummel, Gerhard Lange & Klaus Knodel 4.4.1 Seismische Untersuchungen im Bereich der Deponie 157 SchOneicher Plan 4.4.1.1 Methodik 158 4.4.1.2 Ergebnisse 162 4.4.2 Reprozessing von Me8ergebnissen aus der seismischen 166 Prospektion auf Erdal und Erdgas 4.4.2.1 Methodik 166 4.4.4.2 Ergebnisse 174 4.5 Geophysikalische Penetrationssondierungen 175 Imre Fejes, Laszlo Szabadwiry, Laszlo Vero & Janos Stickel 4.5.1 Methodik 175 4.5.2 Ergebnisse 178 4.6 Bohrlochmessungen 193 Gerhard Zscherpe t, Dieter Steinbrecher & Burckhard Burde 4.7 Milieusondenmessungen 199 Klaus Knodel & Gerhard Lange
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