Starkregenvorsorge in Tagebauen; oder eine neue Art des gebietsweisen Hochwasserschutzes zur Entlastung der Gewässer im Zuge des Klimawandels (STorAgE)
Projektdurchführung
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule
(RWTH) Aachen
Lehrstuhl & Institut für Wasserbau &
Wasserwirtschaft
Mies-van-der-Rohe-Str. 17
52074 Aachen
Zielsetzung
In Zukunft wird vermehrt mit Wetterextremen, wie den Starkregenereignissen im Sommer 2021 zu rechnen sein [1, 2]. Hierdurch ausgelöste Hochwasserereignisse zerstören kommunale, persönliche und privatwirtschaftliche Infrastruktur und gefährden Menschenleben [3, 4]. Extremwetterereignisse gelten im Zuge des Klimawandels auch für den Bergbau als Hauptrisiko und können ohne hinreichende Vorbereitung sowohl Umweltfolgen als auch Unterbrechungen der Versorgung zur Folge haben [5]. Die unkontrollierte Überflutung des Tagebaus Inden der RWE POWER AG im Juli 2021 [6] hat bereits verdeutlicht, dass durch bergbauliche Aktivität geschaffene Strukturen einen signifikanten Beitrag zum Abflachen der Hochwasserwelle leisten können. Dieses Potential wird bisher jedoch nicht kontrolliert genutzt, sodass der positiv zu bewertende Effekt der Hochwasserminderung mit starken negativen Aspekten, wie zerstörter Infrastruktur und Gefahr für Leib und Leben in der bergbaulichen Struktur, einhergeht.
In "STorAgE" wurden Tagebaue in Nordrhein-Westfalen systematisch auf ihre Eignung als Hochwasserrückhaltebecken für Extremhochwasser geprüft und dabei geeignete Pilotstandorte identifiziert.
Literatur:
[1] IPCC: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Cambridge University Press (2021).
[2] Heimerl, S., Meyer, H. Hrsg.: Vorsorgender und nachsorgender Hochwasserschutz. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden (2014).
[3] Osei, B.K., Ahenkorah, I., Ewusi, A., Fiadonu, E.B.: Assessment of flood prone zones in the Tarkwa mining area of Ghana using a GIS-based approach. Environmental Challenges. 3, 100028 (2021).
[4] Hofmann, J., Schüttrumpf, H.: Risk-Based Early Warning System for Pluvial Flash Floods: Approaches and Foundations. Geosciences. 9, 127 (2019).
[5] Rüttinger, L., Van Ackern, P., Leopold, T., Vogt, R., Auberger, A.: Impacts of climate change on mining, related environmental risks and raw material supply. Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau (2020).
[6] Keßels, J., Wolf, S., Römer, W., Dörwald, L., Schulte, P., Lehmkuhl, F. et al.: Enormous head-ward and gully erosion in a floodplain area reclaimed for open-cast lignite mining during the July 2021 flood in the Inde River valley (Western Germany). Environmental Sciences Europe, 36(182). https://doi.org/10.1186/s12302-024-00997-4 (2024).
Arbeitsschritte
Zunächst wurden in die 558 Tagebaue erfasst und anhand selbst definierter Kriterien bewertet und ungeeignete Tagebaue entfernt. Jeder Tagebau hat standortspezifische Faktoren, die quantifizierbar gemacht wurden, um a) eine wissenschaftliche Bewertung dieser Faktoren vorzunehmen und b) sie in generalisierte Kriterien zu überführen. Die Kriterien umfassten standortspezifischen Faktoren wie beispielsweise Abbauverfahren, Abbauart, Böschungsneigungen oder die Entfernung zu Oberflächengewässern.
Auf dieser Grundlage wurden eine hydraulische und montane Bewertung vorgenommen und daraus folgende Auswahl von Tagebauen als mögliche Retentionsräume ermöglicht. Die gewählten Kriterien sind in der Reihenfolge der Untersuchung "Tagebauart", "Abbauart", "Tagebaufläche", "Gewässerabstand", "Höhenanalyse", "Retentionsvolumen", "Spezifisches Volumen" betrachtet worden. Aus 558 erfassten Tagebauen wurden im Zuge dieses mehrstufigen, integrativen Ansatzes die vier Pilotstandorte Inden, Walheim, Grevenbrück und Blaue Lagune ausgewählt. Für jeden Pilotstandort wurden die Wirkungsgrade des Hochwasserrückhalts berechnet. Dabei werden die vier Szenarien ????????, ??1000, ??(2021) und ??5000 untersucht. Darüber hinaus wurde ein hydrologisches Modell für Folgeuntersuchungen entworfen und Untersuchungsszenarien definiert.
Anschließend wurde die Analyse relevanter rechtlicher Rahmenbedingungen für die Nutzung von Tagebauen als Retentionsflächen durchgeführt. Dabei wurden einschlägige Gesetze (u. a. BBergG, WHG, BNatSchG, UVPG, KrWG) gesichtet und deren Anforderungen an Planung, Genehmigung und Betrieb systematisch geprüft.
Des Weiteren wurden die Möglichkeiten und Grenzen generalisierter Ansätze untersucht. Dabei wird geprüft, inwieweit sich diese standortspezifischen Eigenschaften in allgemeine Konzepte integrieren und übertragbar machen lassen.
Ergebnisse
Hauptergebnis von STorAgE sind das entwickelte Vorgehen zur Standortauswahl und die Identifikation der Pilotstandorte (Inden, Blaue Lagune, Grevenbrück, Walheim) samt der berechneten Retentionswirkungsgrade sowie die Konzeptionierung für das hydrologische Modell.
Die Pilotstandorte Inden und Blaue Lagune erreichten bei ??5000 stets 100% Retentionswirkungsgrad, Grevenbrück erzielte 98,34%. Walheim wird in allen untersuchten Szenarien vollgefüllt und erzielt bei ???????? den maximalen Wirkungsgrad von 15,74%.
Für alle Pilotstandorte außer Walheim ergibt sich ein Schutz der Unterlieger bezogen auf ein HQ100. Folgende Annahmen wurden für den Berechnungsansatz getroffen:
- Inter-/ Extrapolationen der Werte für synthetische Ganglinie.
- Das Tagebauvolumen wurde als konstant angenommen.
- Es wurde ein konstanter Schwellenwert für Wasserabschlag angenommen.
- Die Hydraulik bei der Befüllung eines Tagebaus wurde nicht berücksichtigt.
Für eine genauere Bewertung des Retentionswirkungsgrades sind hydronumerische Simulationen notwendig. Auf Grundlage der ersten Konzeptionierung im Rahmen von STorAgE wird ein hydrologisches Modell empfohlen, in welches die Abflussganglinien der Bemessungsereignisse eingespeist werden. Des Weiteren sollen der Drosselabfluss und die Hochwasserentlastung modelltechnisch abgebildet werden.
Für die erfolgreiche Umsetzung ist zudem die Klärung der rechtlichen Rahmenbedingungen zentral. Dies gilt insbesondere, da sich die Projektziele in einem Spannungsfeld unterschiedlicher Akteure und Interessengruppen bewegen (z. B. Tagebaubetreiber, Umweltverbände, Wasserverbände, Umwelt- und Wasserbehörden). Zunächst ist zu bestimmen, unter welche gesetzlichen Regelungen der Betrieb eines Tagebaus fällt. Hierbei sind insbesondere folgende Rechtsgrundlagen einschlägig: Bundesberggesetz (BBergG), Wasserhaushaltsgesetz (WHG), Bundesnaturschutzgesetz (BNatSchG), Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz (UVPG), Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG), Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) sowie das Kreislaufwirtschaftsgesetz (KrWG). Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung von Tagebauen als Retentionsräume rechtlich möglich wäre, jedoch mit erheblichen Genehmigungs- und Prüfpflichten verbunden ist. Neben wasser- und bergrechtlichen Vorgaben entstehen zusätzliche Anforderungen im Natur- und Abfallrecht, wodurch Betreiber vor ökonomische und technische Herausforderungen gestellt werden.
Öffentlichkeitsarbeit
Zur Zeit befindet sich eine deutschsprachige Veröffentlichung der Projetergebnisse in Arbeit.
Fazit
Zusammenfassend zeigt sich, dass die Nutzung von Tagebauen als Retentionsflächen große Potentiale bieten, aber zugleich erhebliche rechtliche, technische und ökologische Herausforderungen mit sich bringt. Während der Hochwasserschutz als staatliche Aufgabe gilt, entstehen für Betreiber zusätzliche Belastungen in Form von Lagerstätteneinbußen, Bereitstellung von Restaurationsequipment, Wasserentnahmeentgelten und Betriebsplananpassungen. Daher ist eine umfassende ökonomische Bewertung dieser Maßnahmen unerlässlich, um die Machbarkeit und Nachhaltigkeit des Vorhabens zu sichern. In diesem Kontext sollten in einem nächsten Schritt Juristen und Genehmigungsbehörden involviert werden, um die Interessen der Stakeholder vollumfänglich zu wahren und zu bewerten.