Kein Tagebau ohne Entwässerung

Braunkohle wird im Tagebau gewonnen, da die lockeren Sand- und Kiesschichten des Reviers keine sichere Untertageförderung zulassen, wie man sie von den Zechen des Ruhrgebiets kennt. Bevor ein Tagebau begonnen werden kann, muss das Grundwasser großflächig abgesenkt werden. Auch während des Betriebs wird der Untergrund entwässert, um das Eindringen des Grundwassers in die Tagebaue zu verhindern.

Das ist die Aufgabe der Wasserwirtschaft von RWE Power, in der Region bislang vor allem unter der Abkürzung „BOWA“ bekannt. Dieser  Servicebetrieb entstand 1958 durch die Zusammenfassung sämtlicher wasserwirtschaftlicher Aktivitäten der damaligen Braunkohlenunternehmen.

Zoom Damals stand die bergbauliche Wasserwirtschaft vor großen Herausforderungen. Aus Kohlegruben wurden Tagebaue. Es galt, für den stark wachsenden Energiebedarf die tiefer liegenden Teile der Lagerstätte zu erschließen. Dafür mussten ganz  neue Techniken in ganz neuen Größenordnungen entwickelt und eingeführt werden: zum Beispiel Schaufelradbagger und eine Schwerlast-Werksbahn. Und so wie sich das Verhältnis von Abraum zu Kohle verschlechterte, änderte sich auch das Verhältnis von Abraum zu Wasser:Immer mehr Wasser musste zur Gewinnung einer Tonne Braunkohle gehoben werden. Immer mehr Wasser wurde aber auch für die  Versorgung der wachsenden Zahl der Kraftwerksblöcke gebraucht. Aus der bergmännischen Grubenentwässerung wurde die Sümpfung. Aus traditionellen Mitteln wurden fortschrittliche Techniken. Aus dem Umgang mit dem damals bergmännisch so genannten „Störstoff“ Wasser wurde ein komplexes Management, das das kostbare Gut Wasser nicht nur abpumpt, sondern für unterschiedlichste Zwecke an unterschiedlichsten Orten bereitstellt.

Bohrungen und Bohrverfahren

Am Anfang vieler wasserwirtschaftlicher Prozesse stehen Bohrungen. Mit Pegel- und Untersuchungsbohrungen werden die Kohleflöze sowie die Erdschichten darüber und darunter geologisch und hydrologisch erkundet. Danach werden Brunnen gebohrt, um das Grundwasser im Bereich des Kohleabbaus abzusenken. Schon viele Jahre im Voraus werden im geplanten Abbaubereich wie auch im weiten Umfeld des Abbaufelds bis zu 1.000 Meter tiefe Bohrlöcher hergestellt. Geophysikalische Untersuchungen während der Bohrungen haben den Zweck, Erkenntnisse über den genauen Schichtenaufbau von Kohle und Deckgebirge zu gewinnen. An bestimmten Stellen werden dazu Bohrkerne entnommen. An ihnen können Fachleute im Labor die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Braunkohle und der wichtigen anderen Erdschichten bestimmen.

Zoom Bohrplatz mitten im Feld. Später erinnert nur noch ein umzäunter Brunnenkopf an die Arbeiten. Die Bohrlöcher erhalten einen Ausbau mit Stahl- oder Kunststoffrohren, in denen die Wasserspiegel der unterschiedlichen Grundwasserleiter mit physikalischen Messmethoden bestimmt werden können. Die Messungen finden über längere Zeiträume in monatlichem Rhythmus statt. Auf diese Weise wird bestimmt, wieviel Grundwasser überhaupt entnommen werden muss. Aus diesen Messstellen werden auch Proben zur Bestimmung der Grundwasserqualität entnommen. Damit können insgesamt die quantitativen und qualitativen Einflüsse des Bergbaus auf die Grundwasserströmungen ermittelt und bewertet werden.

Etwa 140 Pegel- und Untersuchungsbohrungen mit einer Gesamtlänge von rund 25 Kilometern werden jedes Jahr im Rheinischen Revier niedergebracht.

Mit rund 180 Bohrungen pro Jahr und einer Länge von insgesamt 35 Kilometern haben jedoch Brunnen den größten Anteil am  Arbeitsprogramm der Wasserwirtschafter. Brunnen werden benötigt, um Grundwasser zu heben und auf diese Weise die Tagebaue zuentwässern oder – wie es in der Fachsprache heißt: zu sümpfen.

Das Bohrverfahren

Bei jeder Art von Bohrung setzt die Wasserwirtschaft fortschrittliche und effiziente Verfahren ein, die möglichst wenig Störungen in der Natur und bei der Bevölkerung verursachen. Das sogenannte Spülbohrverfahren wird bei Pegel- und Untersuchungsbohrungen eingesetzt, die etwa 300 Millimeter Durchmesser haben. Dabei wird die Bohrspülung – ein Gemisch aus Wasser und Zusatzstoffen – zum drehenden Bohrmeißel gepumpt, und zwar durch das Bohrgestänge. Spülung und gelöstes Bohrgut steigen dann im Bohrloch nach oben und gelangen in ein Absetzbecken. Hier wird die Bohrspülung von festen Stoffen gereinigt und wieder zum Meißel gepumpt. Brunnenbohrungen sind darauf ausgelegt, möglichst viel und lange Wasser zu fördern. Daher kommen hierfür je nach Eigenschaften der Grundwasserleiter Bohrmeißel mit Durchmessern zwischen 700 und 1.500 Millimetern zum Einsatz. Für diese größeren Durchmesser wird eine andere Technik eingesetzt: das Lufthebe-Bohrverfahren. Hierbei wird durch Einblasen von Druckluft ein Wasserkreislauf erzeugt, der das abgelöste Material durch den  rotierenden Bohrmeißel in das Bohrgestänge einsaugt und nach oben fördert. Dabei fließt aus einem Reservoir ständig wieder gereinigtes Wasser in das Bohrloch zurück und verhindert durch seinen Druck, dass die Wände des Bohrlochs einbrechen. In das fertige Bohrloch werden Kunststoff oder Stahlrohre von 300 bis 750 Millimetern Durchmesser eingebaut und rundum mit Kies stabilisiert. In den wasserführenden Schichten werden dabei durchlässige Filterrohre verwendet, damit das Grundwasser in den so fertiggestellten Brunnen eintreten kann. Danach
wird eine elektrische Unterwassermotorpumpe eingebaut, die über Steigleitungen das Grundwasser an die Oberfläche fördert.
 
Um eine kontinuierliche Verbesserung in unseren Arbeitsgebieten zu erreichen, werden u.a. in Zusammenarbeit mit Universitäten wie z. B. der RWTH Aachen und der TU Berlin Versuchsprogramme durchgeführt. Hier wird beispielsweise anhand von kleinmaßstäblichen Modellen die Alterung (Verstopfung) der Brunnen simuliert und der Einsatz verschiedenartiger Filterkiese untersucht. Durch den Einsatz gröberer Filterkieseund neuartiger Filter konnte die Anzahl der jährlich abgeteuften Brunnen bereits verringert werden.

Netzbau

Mit dem Bau der Brunnen kann die Tagebausümpfung noch nicht beginnen. Hierfür müssen auch die Rohrleitungs- und Stromnetze erweitert werden, um die Brunnenanlagen in Betrieb nehmen zu können.

Jahr für Jahr verlegt der Netzbau dazu rund 40 Kilometer neue Rohrleitungen und eben so viel Stromkabelweit im Vorfeld der Tagebaue. Im gleichen Umfang müssen regelmäßig Rohrleitungen und Stromkabel umgelegt oder demontiert werden, weil der Tagebau wandert.

Die Mitarbeiter des Netzbaues arbeiten somit an einem ständigen Auf- und Abbau des großflächigen Rohr- und Kabelnetzes von insgesamt rund 750 Kilometern Länge. Dabei werden Rohre von 50 bis über 2.000 Millimeter Durchmesser je nach aufkommender Wassermenge oder Versorgungszweck verlegt. Denn das Grundwasser muss nicht nur aus dem Tagebau weggefördert, sondern auch einer weiteren Nutzung zugeführt werden.

Zoom Beim Netzbau wird insbesondere auf eine bodenschonende Verlegung der Rohre und Leitungen geachtet. Um den Bodenschutz zu gewährleisten, werden Oberboden, Kies und Löss separat abgetragen und gelagert. Das alleine reicht aber nicht, da durch Dauerregendurchnässte Böden besonders anfällig sind. Daher werden diese Böden erst wieder bearbeitet, wenn sie abgetrocknet sind. Zur weiteren Verbesserung des Bodenschutzes wurden für den Netzbau zwei Multifunktionsraupen für den Transport und das Verlegen der Rohre gekauft. Diese bringen durch ihr Raupenfahrwerk deutlich weniger Druck auf den Boden und ersetzen bereifte Fahrzeuge.

Entwässerung

Auf die Pumpe kommt es an

Sobald die Sümpfungsbrunnen gebohrt und die Rohrleitungen verlegt sind, beginnt die eigentliche Entwässerung. Ihr wichtigstes Instrument ist die schon erwähnte Unterwassermotorpumpe. Sie wird in den Brunnen herabgelassen, um später das Grundwasser zu Tage zu fördern. Die Pumpe taucht in die Grundwasser führende Schicht ein und pumpt mit Hilfe eines starken Elektromotors das Wasser über Steigleitungen von  bis zu 450 Metern Länge an die Oberfläche. Sowohl die Pumpe als auch ihr Stromkabel hängen an solchen Steigleitungen. Abhängig von der Fördertiefe und der Menge des Grundwassers kann eine Unterwassermotorpumpe bis zu zwölf Meter lang und zwölf Tonnen schwer sein. Rechnet man Steigleitung und Kabel hinzu, kann das Gesamtgewicht einer derartigen Einheit bis zu 60 Tonnen betragen.
 
Wasser marsch!
Die Wasserwirtschaft betreibt rund 1.500 Sümpfungsbrunnen mit insgesamt 800 Kilometern Steigleitungen, um die Tagebaue trocken zu halten. Dabei werden aus den unterschiedlichen Grundwasserhorizonten oder -stockwerken insgesamt rund 580 Millionen Kubikmeter Wasser gefördert und über das 750 Kilometer lange Rohrleitungsnetz abtransportiert. Der größte Teil des Sümpfungswassers (rund 350 Millionen Kubikmeter) entstammt der so genannten Erft-Scholle, einer von mehreren geologischen Zonen. Hinzu kommen die Venloer- und die Rur-Scholle, die jeweils 125 bzw. 105 Millionen Kubikmeter zur Gesamtmenge des geförderten Grundwassers beitragen.

Die am stärksten beanspruchten Komponenten dieses umfangreichen Systems sind die 1.500 Unterwassermotorpumpen, die durch ihren Einsatz rund um die Uhr einen vergleichsweise hohen Wartungs- und Reparaturbedarf haben. Rund 3.000-mal im Jahr sind die Fachleute der Wasserwirtschaft unterwegs, um Unterwassermotorpumpen ein- oder auszubauen. Für die Wartungs- und Reparaturarbeiten an den  Unterwassermotorpumpen wurde 2012 von Investoren aus der Region (Firmen Kreuder und Florack) in Elsdorf in Zusammenarbeit mit RWE Power für rund 17 Millionen Euro eine neue Pumpenwerkstatt errichtet. RWE Power hat sie von den Investoren gemietet und verfügt damit   über einen zentralen Standort für Pumpenreparaturen und Pumpenlogistik. Die rund 70 Beschäftigten arbeiten in einer modernen, ergonomischoptimal gestalteten Umgebung. Durch die Nutzung der Wärme aus Sümpfungswasser wird die Werkstatt energieeffizient beheizt.

Wasserversorgung

Zoom Genauso wie der im Tagebau anfallende Abraum – das Deckgebirge – muss auch das geförderte Grundwasser sofort weitergeleitet werden. Die Mengen sind viel zu groß, als dass Abraum und Wasser gesammelt und bei Bedarf wieder in den Boden eingelassen werden könnten. Ist das Wasser erst einmal aus der Tiefe heraufgepumpt worden, muss es sofort zu einer seiner verschiedenen Bestimmungen weitergeleitet werden.

 

Brauchwasserversorgung – Kraftwerke

Rund 190 Millionen Kubikmeter Grundwasser werden als so genanntes Brauchwasser in den Braunkohlenkraftwerken verwendet. Als Wärmekraftwerke benötigen sie Kühl- und Speisewasser, das im Rheinischen Revier aus der Sümpfung der Tagebaue stammt. Es wird in aufwändigen Verfahren gereinigt und demineralisiert und kommt dann in den unterschiedlichen Kreisläufen des Kraftwerkes zum Einsatz.

Brauchwasserversorgung – Tagebaue

Die drei Tagebaue Garzweiler, Hambach und Inden setzen Wasser vor allem zur Staubbekämpfung ein. Bei ungünstigem Wetter kann Staub aus dem Tagebau wehen und die Nachbarn belästigen. Um das zu verhindern, werden Betriebseinrichtungen und freiliegende Flächen beregnet. Wo Kohle und Abraum in Bewegung sind, versprühen mobile oder stationäre Regner einen feinen Wassernebel und halten das Material feucht. So können beispielsweise am Schaufelrad eines großen Baggers bis zu 1.000 Liter Wasser pro Minute versprüht werden – die Staubbildung wird also bereits an der Quelle wirksam bekämpft. Sümpfungswasser wird in den Tagebauen auch als Löschwasser bereitgestellt.

Ökologische Maßnahmen

Rund 70 Millionen Kubikmeter Sümpfungswasser werden in zwei RWE Power gehörenden Wasserwerken ähnlich wie Trinkwasser aufbereitet und dann als so genanntes Ökowasser eingesetzt. Dieses Wasser begrenzt in bestimmten Gebieten die Folgen der Grundwasserabsenkungfür den natürlichen Wasserhaushalt. Betroffen sind vor allem die Feuchtgebiete im Raum von Mönchengladbach bis kurz hinter der Niederländischen Grenze bei Roermond. In den Talauen von Bächen und Flüssen, wie Schwalm und Niers, steht das Grundwasser dicht unter der Oberfläche. Dort würde es durch den Wasserentzug des Tagebaus zu Veränderungen in der Vegetation kommen. Denn dort haben die Pflanzen seit jeher Wurzelkontakt zum Grundwasser. Solche Feuchtbiotope machen etwa ein Prozent des Gebietes aus, das von der Grundwasserabsenkung betroffen ist. Die Vielfalt dieser Biotope reicht von Feuchtwiesen über Bruchwälder, Hang- und Niederungsmoore bis zu den Verlandungsgürteln stehender Gewässer.

Sie sind Lebensraum für eine Fülle selten gewordener und damit schützenswerter Tier- und  Pflanzengesellschaften. RWE Power sorgt deshalb dafür, dass der Wasserstand in diesen Feuchtgebieten stabil bleibt.

Dazu wird am Rand der betroffenen Gebiete großflächig Wasser versickert, um den Wasserspiegel zu halten. Durch Sickerschlitze dringt das Wasser in den Boden ein. Ein Sickerschlitz ist üblicherweise 40 Meter lang, einen Meter breit und bis zu sechs Meter tief. Damit durchstößt er die wasserstauende Lössschicht  und erreicht den durchlässigen Untergrund. Dort kann das Sickerwasser frei zu den Feuchtgebieten fließen, sich unterwegs mit versickertem Regenwasser vermischen und den Wasserspiegel stabilisieren. Ist die wasserundurchlässige obere Erdschicht zu mächtig, setzt man Sickerbrunnen ein.

An manchen Stellen wird Wasser auch direkt in Flüsse und Bäche eingeleitet. In anderen Feuchtgebieten, zum Beispiel an der Rur, wird der Wasserstand mit örtlichen Nebengerinnen zum Hauptflusslauf und Überleitungen in Teichgebiete aufrecht erhalten. Dank dieser Richtung weisenden ökologischen Maßnahmen sind die Wasserstände in den Feuchtgebieten stabil, Flora und Fauna sind in Bestand und Qualität gesichert.

Ersatzwasser

Die Grundwasserabsenkung wird nicht nur im Tagebau selbst spürbar, sondern auch im weiten Umkreis. Das kann andere Grundwassernutzer beeinträchtigen. RWE Power ist dann verpflichtet, Störungen der Wasserversorgung zu beheben oder auszugleichen. Dazu vertieft das Unternehmen zum Beispiel die trockenfallenden Brunnen der betroffenen Wasserwerke oder Industriebetriebe. Eine weitere Möglichkeit der Ersatzlieferung ist der Anschluss an das örtliche Versorgungsnetz. In anderen Fällen liefert RWE Power ersatzweise Sümpfungswasser, das zuvor von Eisen und Kohlensäure befreit wurde. Wegen der Tiefenentnahme kann das Trinkwasser zwar örtlich härter, also kalkreicher  in als früher. Andererseits enthält das Wasser der tiefen Brunnen wenig Nitrat, weil es durch Tonpakete und Kohleschichten gegen das  oberflächennahe, belastete Wasser abgeschirmt war. Die Wasserversorgung von Bevölkerung und Industriebetrieben ist auf jeden Fall langfristig auf hohem qualitativen Niveau sichergestellt.

Trinkwasserversorgung

Etwa 40 der jährlich 580 Millionen Kubikmeter gesümpften Grundwassers werden in vier Wasserwerken von RWE Power zu Trinkwasser aufbereitet. Grundwasser hat in der Regel keine Trinkwasserqualität. Daher werden Stoffe wie z.B. Eisen und Mangan, die im Rheinland  ganz natürlich im Grundwasser gelöst vorkommen, in den Trinkwasserwerken herausgefiltert. Das aufbereitete Wasser wird dann an verschiedene Kommunen in der Region geliefert. Im Interesse höchstmöglicher Wasserqualität transportiert RWE Power sowohl das Roh- als auch das Trinkwasser über ein eigenes, vom Sümpfungswassernetz strikt getrenntes Rohrleitungssystem. Damit sich die Bevölkerung jeden Tag auf die Qualität des Lebensmittels Trinkwasser verlassen kann, wurden unsere Anlagen bautechnisch auf den neusten Stand gebracht. Zusätzlich wurden die Arbeitsabläufe bei der Trinkwasserversorgung durch eine externe Prüfstelle, dem DVGW, zertifiziert. Für die Zertifizierung wurde ein Technisches Sicherheitsmanagement eingeführt, das höchste Prozess-Sicherheit gewährleistet. Darüber hinaus kontrolliert das  Gesundheitsamt regelmäßig die Zusammensetzung des Trinkwassers.

Einleitung in Vorfluter

Die verbleibenden rund 280 Millionen Kubikmeter Grundwasser werden mangels Verwendung in die so genannte Vorflut, das heißt in Flüsse und Bäche der Region, eingeleitet. Der weitaus größte Teil des Wasserüberschusses – etwa 220 Millionen Kubikmeter aus der Sümpfung der Tagebaue Hambach und Garzweiler – gelangt in die Erft und später in den Rhein. Die Erft nimmt bereits seit Jahrzehnten große Mengen  überschüssigen Grundwassers auf und ist eine Art Hauptschlagader der wasserwirtschaftlichen Prozesse im rheinischen Braunkohlenrevier. Führt sie Hochwasser, wird ihr bei Kerpen-Horrem Wasser entnommen und über den Kölner Randkanal bis nach Köln-Worringen und dort in den Rhein weitergeleitet. Weitere 60 Millionen Kubikmeter Überschusswasser, vor allem aus dem Tagebau Inden, gelangen in die weiter westlich gelegenen Flüsse Rur und Inde.

Bei der Einleitung von Grundwasser in die Vorfluter ist sichergestellt, dass das ökologische Gleichgewicht der Flüsse nicht gestört wird. Die Festlegung der Qualitätsparameter wird in den Einleiterlaubnissen niedergeschrieben, deren Einhaltung durch die Aufsichtsbehörden überwacht werden.

Da sich aber durch das Fortschreiten der Tagebaue die Qualität der Grundwässer ändern können, müssen im Einzelfall technische  Maßnahmen zur Stützung des Gleichgewichts ergriffen werden. Deshalb wurde im Jahr 2011 eine Sauerstoffanreicherungsanlage an den Erftauen gebaut, die das sauerstoffärmere Grundwasser des Tagebaus Hambach aufwertet.

Was passiert nach dem Ende der Sümpfung?

Tagebaue arbeiten sich durch die Landschaft. Mit ihnen ziehen auch die wasserwirtschaftlichen Einrichtungen der Wasserwirtschaft. Früher  oder später ist ein Teilbereich eines Tagebaus ausgekohlt. Wo keine Kohle mehr gefördert wird, ist auch keine Sümpfung mehr notwendig. Brunnen werden stillgelegt, Unterwassermotorpumpen, Standleitungen und Kabel werden entfernt, Rohrleitungen demontiert.

Jetzt können sich die trocken gelegten Grundwasserhorizonte aufs Neue füllen, was natürlich auch für die mitbetroffenen Bereiche außerhalb des   Tagebaues gilt. Dieser Prozess setzt in einem regenreichen Gebiet wie der Niederrheinischen Bucht sofort ein, macht sich aber erst nach Jahren bemerkbar. Das ist für Äcker, Wälder und Gärten ohne Bedeutung, weil die Vegetation im Rheinland grundsätzlich vom Niederschlag und nicht vom Grundwasser lebt.

Für Gewässer in der Bergbaufolgelandschaft, wie den Blausteinsee bei Eschweiler, das Peringsmaar bei Bergheim oder die Seen im Naturpark  Rheinland bei Brühl, würde die natürliche Regeneration des Grundwassers allein aus dem Niederschlag zu lange dauern. Dort wird sie durch  die künstliche Flutung der Seemulden beschleunigt. Auch dazu wird Wasser aus der Sümpfung verwendet. Dieser Vorgang speist in den ersten Jahren vor allem die trocken gelegten Grundwasserhorizonte, lässt aber mit der Zeit auch den Wasserspiegel des Sees ansteigen. Im  rheinischen Braunkohlenrevier sind am Ende der heute laufenden Tagebaue um die Mitte des Jahrhunderts drei große Seen geplant. Für die  technische Seite – Wasserversorgung und -aufbereitung, Rohrleitungen und Überwachung – wird die Wasserwirtschaft zuständig sein. Auch dort wird sie wie im Alltagsgeschäft ihr  ganzes Know-how und ihre große Erfahrung aus übe fünf Jahrzehnten erfolgreicher Arbeit im  Wassermanagement einbringen.

 

Video zum Grundwasseranstieg und Bodenbewegung

Nützliches Wissen über Grundwasserabsenkung, -wiederanstieg und Bodenbewegung übersichtlich zusammen gefasst in eineinhalb Minuten.

zur Animation

Grundwasserkonstruktionen im Rheinischen Braunkohlenrevier

Diese Darstellungen bilden die Grundlage für den sog. Revierbericht, der einen großräumigen Überblick über die Situation der Grundwasserstände und des Sümpfungseinflusses im Rheinischen Braunkohlenrevier gibt.

Weitere Informationen

Verlängerung der Sümpfungserlaubnis Tagebau Hambach

RWE Power beantragt eine Verlängerung der wasserrechtlichen Erlaubnis für die Sümpfung des Tagebaus Hambach für den Zeitraum 2020–2030.

Weitere Informationen

Die Langfristthemen der Wasserwirtschaft im Rheinischen Braunkohlenrevier

Rheinisches Braunkohlerevier

Veröffentlichungen der RWE Power zu den langfristigen Aufgaben der Wasserwirtschaft im Rheinischen Braunkohlenrevier.

Weitere Informationen

Weiterführende Informationen zur Wasserwirtschaft

Informationen von Behörden über wasserwirtschaftliche Themen im Rheinischen Braunkohlenrevier

Weitere Informationen

 

Infobroschüren zum Download