Eine „typische“ hydrogeologische Systembeschreibung für den Buntsandstein
Paul J. Brinkmann · Bernd Leßmann · Stefan Matzer
Grundwasser – Zeitschrift der Fachsektion HydrogeologieDOI 10.1007/s00767-014-0256-6
Fließverbindungen entlang von Nord-Süd verlaufenden Störungen wurden in allen drei Zonen nachgewiesen.
“Typical” description of a hydrogeological system in the Bunter Sandstone
Abstract On the site of a former ammunition factory in Hessisch-Lichtenau/Hirschhagen in northern Hesse, a large number of boreholes and groundwater monitoring wells were installed as part of a remediation and containment plan. Hydraulic testing over a period of 20 years has sig-nificantly improved the understanding of the hydrogeologi-cal system. The alternating sandstone, siltstone and clay-stone formations of the Middle Buntsandstein at the site constitute a succession of aquifers, semi-pervious layers and aquicludes. The subsurface is fractured by step faults and is also permeated by tectonic faults and fissures. This results in a heterogeneous, anisotropic system in which water circulates primarily through permeable fault zones. The aquifer consists of three different zones that are con-nected through preferential pathways along fault lines. The Upper Zone (Hirschhagen) and the Intermediate Zone are perched aquifers that enable groundwater seepage to lower aquifers. In all three zones, preferential flow paths were observed along north-south striking fault lines.
Im Bereich einer ehemaligen Munitionsfabrik im Stadtteil Hirschhagen von Hessisch-Lichtenau in Nordhessen wurden
Zusammenfassung Am Standort der ehemaligen Muni-tionsfabrik in Hessisch-Lichtenau/Hirschhagen in Nordhes-sen wurde im Zuge von Sanierungs- und Sicherungsmaß-nahmen eine große Anzahl von Grundwasseraufschlüssen hergestellt. Pumpversuche, Probennahmen und Wasser-standsmessungen über einen Zeitraum von 20 Jahren ver-besserten die Kenntnisse des hydrogeologischen Systems. Die Wechselfolge von Sand-, Schluff- und Tonsteinen des Mittleren Bundsandsteins am Standort stellt hydrogeolo-gisch gesehen eine Abfolge von Grundwasserleitern, -ge-ringleitern und -nichtleitern dar. Der Untergrund ist durch Staffelbrüche gegliedert und von Störungen und Klüften durchzogen. Er bildet ein inhomogenes, anisotropes Sys-tem, in dem Wasserbewegungen vor allem entlang von Klüften und wasserwegsamen Störungsbereichen erfolgen. Das Grundwasser befindet sich großräumig betrachtet in drei unterschiedlichen Zonen, der Hirschhagenzone, der Zwischenzone und dem Hauptgrundwasserstockwerk. Zwi-schen den Zonen bilden sich bevorzugt an Störungen Fließ-wege aus. Die oberen Zonen bilden schwebende Grund-wasserstockwerke. Das Grundwasser sickert aus diesen Zonen der jeweilig tieferliegenden Zone zu. Bevorzugte
Dr. P. J. Brinkmann ()ARCADIS Deutschland GmbH,Europaplatz 3, 64293 Darmstadt, DeutschlandE-Mail: [email protected]
Dr. B. LeßmannDezernat Hydrogeologie, Grundwasser, Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie,Rheingaustraße 186, 65203 Wiesbaden, DeutschlandE-Mail: [email protected]
Dr. S. MatzerARCADIS Deutschland GmbH,Johannisstr. 60–64, 50668 Köln, DeutschlandE-Mail: [email protected]
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als Produktionsrückstände großflächig hohe Konzentratio-nen von sprengstofftypischen Verbindungen (STV) im Boden und im Grundwasser vorgefunden. Sie erforderten umfang-reiche Maßnahmen zur Boden- und Grundwassersanierung.
Im Jahr 1985 wurden vom Land Hessen, vertreten durch das Regierungspräsidium Kassel, umfangreiche Erkun-dungs- und Sicherungsmaßnahmen eingeleitet. Seit 1992 ist die HIM GmbH, Bereich Altlastensanierung (HIM-ASG), als Sanierungsträgerin mit der Erkundung und Sanierung des Rüstungsaltstandortes Hirschhagen beauftragt. Die Bodensanierung wurde 2009 abgeschlossen.
Im Rahmen der umfangreichen Erkundungsarbeiten wur-den zahlreiche Bohrungen zur Grundwassererschließung abgeteuft, zu Grundwassermessstellen und Sicherungsbrun-nen ausgebaut und beobachtet bzw. beprobt. Eine hydrau-lische Sicherung des Standortes wird seit 1989 betrieben, dabei wird ein Großteil des belasteten Grundwassers gefasst. Zur Grundwassersanierung bzw. -sicherung wurde das System aus Sanierungsbrunnen und Hebeanlagen, Leitungen und Wasseraufbereitungsanlage (Aktivkohle) im Jahr 2010 modernisiert und ergänzt. In Bezug auf das Grundwasser ist von einer dauerhaften Aufgabe auszuge-hen. Vorangegangene Pumpversuche und deren systemati-sche Auswertung lieferten nicht nur Informationen über die Schadstoffverteilung im Grundwasser, sondern gaben auch neuen Aufschluss über die komplexen, hydrogeologischen Wirkungszusammenhänge im Buntsandstein.
Standortbeschreibung
Der Rüstungsaltstandort Hirschhagen liegt im Kaufunger Wald, etwa 20 km östlich von Kassel. Er gehört zum Stadt-teil Hirschhagen von Hessisch-Lichtenau und umfasst ein Gebiet von etwa 230 ha. Der Altstandort befindet sich auf einem Plateau am Südhang des Rohrberges auf einer Höhe von etwa 460 mNN. Das Gelände fällt nach Süden und Süd-westen zum Tal der Losse ab (vgl. Abb. 1).
Der Standort gehört naturräumlich betrachtet zum Ful-da-Werra-Bergland, das von den Unterläufen von Fulda und Werra begrenzt wird. Das rund 350–500 m hohe Bergland aus Plateaurücken, Hügeln und muldenförmigen Tälern wird von einzelnen Basaltkuppen überragt und fällt zur Fulda teilweise auf 160–180 mNN ab.
Die jährliche Niederschlagssumme an der Station Hes-sisch Lichtenau/Fürstenhagen des Deutschen Wetterdienstes (384 mNN) beträgt 923 mm (Standard-Periode 1961–1990). Die monatlichen Maxima von mehr als 90 mm ergeben sich für Juni und Dezember, die trockensten Monate mit einer Niederschlagssumme von etwa 65 mm sind Februar und Oktober. Das Hessische Landesamt für Umwelt und Geo-logie (HLUG) nennt für das Gebiet einen mittleren Nieder-schlag (1971–2000) von 984 mm/a (Leßmann & Hergesell 2006). Die regionale Verdunstungshöhe beträgt danach 692 mm/a. Die Grundwasserneubildung wird regional mit 111 mm/a angegeben.
Das Grundwasser am Standort wird zum großen Teil durch den nach Westen abfließenden Rohrbach gefasst. Er verläuft zwischen dem Rohrberg im Norden und dem auf einer Erhe-bung liegenden Rüstungsaltstandort Hirschhagen im Süden. Am Oberlauf des Rohrbaches befinden sich zahlreiche Quel-len. Bis unmittelbar vor der Mündung in die Losse fließt der Rohrbach durch ein enges, meist bewaldetes Kerbtal.
Der östliche Teil des Standortes entwässert oberirdisch und unterirdisch über den Steinbach nach Osten bzw. Süd-osten. Sowohl Rohrbach als auch Steinbach münden in die Losse, die zwischen der Mündung beider Bäche selbst die Vorflut für das Grundwasser bildet.
Untersuchungen, Datengrundlage
Im Zuge der Sicherung der Rüstungsaltlast wurden über einen Zeitraum von 20 Jahren fast 200 Grundwassermess-stellen und Sicherungsbrunnen regelmäßig beobachtet. Ca.
Abb. 1 Übersichtsplan
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Stoffkonzentrationen ergab eine neue Sicht auf die Grund-wasserverhältnisse im Mittleren Buntsandstein.
Geologische Verhältnisse
Der Rüstungsaltstandort Hirschhagen liegt im Strukturraum der Eiternhagener Scholle, einer Nordost–Südwest-ausge-richteten Buntsandsteinscholle, die östlich durch die Graben-randstörung des Altmorschen Lichtenauer Grabens begrenzt wird. Die an der Erdoberfläche anstehenden Gesteine gehö-ren zum Mittleren Buntsandstein (sm). Dieser bildet hier regional eine ca. 370 m mächtige Sandsteinabfolge, in die teilweise Schluff- und Tonsteinlagen eingeschaltet sind (Tab. 1). Überlagert werden die Sandsteine teilweise von quartären Ablagerungen, die überwiegend pleistozänen Ursprungs sind. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um
140 davon wurden eigens für die Erkundung und Sicherung des Standortes gebaut.
Neben monatlichen Wasserstandsmessungen wurden bei feuchten Verhältnissen im Frühjahr und trockenen Verhältnissen im Herbst zweimal pro Jahr Wasserproben genommen und auf STV untersucht. Aus den dabei vorge-fundenen Stoffverteilungen im Untergrund und der sich aus der Standortnutzung ergebenden Verteilung der Schadstoff-quellen im Boden des Standortes ergaben sich Hinweise auf Fließverbindungen, die sich aus rein hydraulischen Betrachtungen nicht ohne Weiteres erschließen. Die STV wurden dabei als Tracer genutzt. Insbesondere im Zusam-menhang mit der Optimierung der hydraulischen Sicherung 2010 wurden zahlreiche Pumpversuche durchgeführt. Die dabei kontinuierlich beobachteten Wasserstände in benach-barten Messstellen im gleichen sowie in benachbarten Grundwasserstockwerken sowie die Berücksichtigung von
Tab. 1 Stratigraphie, Lithologie, Mächtigkeiten, GrundwasserzonenUntergruppe Folge Formation Sub-Formation/
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mechanischen Modell (Möbus 2008) treten die herzynisch streichenden Hessischen Gräben im Postsalinarstockwerk (Rotliegend – rezent) über anthithetischen Riedelflächen (R‘) (dextrale Seitenverschiebungen) im Präsalinarstock-werk (Devon) auf. Während im Prä- und Postsalinarstock-werk die Deformation bruchhaft (kataklastisch) war, war die Deformation im Salinarstockwerk (Salze und Gipse des Zechstein) in den subhorizontalen Scherzonen bzw. Detach-ments fließend (duktil). Die herzynisch streichende Gra-benstruktur kann nach diesem Modell als Teil einer duktil entkoppelten „Pull-apart“-Struktur interpretiert werden. Die teils gekrümmten Störungsverläufe südlich des Rüstungs-altstandortes und das mächtige Quartär (König & Schnei-der 1985) zeigen (s. Abb. 2), dass die in der Zeit zwischen der Jura/Kreide-Zeit und dem Tertiär angelegte entkoppelte „Pull-apart“-Struktur wahrscheinlich durch Salzauslaugung (Subrosion) überprägt wurde.
Eine weitere dominante Struktur im Untersuchungsgebiet ist der halbkreisförmige, von Störungen begrenzte Einbruch im Bereich von Fürstenhagen (Fürstenhagener Graben). Innerhalb der eingebrochenen Scholle stehen, jeweils durch Abschiebungen getrennt, Gesteine der Solling-Formation, der Röt-Formation und des Quartärs an (quartäre Überde-ckungen von wenigen Metern werden hier nicht betrachtet). Außerhalb, d. h. im Norden, Süden und Westen stehen geo-logisch ältere Gesteine an (Hardegsen-Formation und älter). Die halbkreisförmige Struktur ist vermutlich die Folge von Salzauslaugungen im Zechstein, d. h. die Fürstenhagener Grabenscholle ist das Ergebnis subrosiver Prozesse im Untergrund, die eine entkoppelte „Pull-apart“-Struktur, eine herzynisch streichende Grabenstruktur überprägt hat. Das
lösslehmhaltige Fließerden von tonig-schluffigem Material, die Schutt hangaufwärts anstehender Gesteine (Sandstein, Kalkstein oder Basalt) enthält (Schmidt 1991).
Der Rüstungsaltstandort sowie dessen weitere Umgebung befinden sich im Bereich der Helsa-Scholle, einer der Eitern-hagener Scholle untergeordneten Einheit. Diese ist gegen-über den nördlich und südlich benachbarten Schollen relativ abgesunken, gegenüber den westlich und südöstlich bzw. nordöstlich angrenzenden Schollen relativ herausgehoben. Oberflächennah stehen meist die Sandsteine der Hardegsen-Formation (s5-Folge) an. Im Bereich des Rüstungsaltstan-dortes verläuft in E–W-Richtung ein rund 1,2 km langer und im Mittel 250 m breiter Grabeneinbruch, der überwiegend von Sandsteinen der Solling-Formation eingenommen wird (Abb. 2). Die Versätze an den Grabenrandstörungen betra-gen rund 30 m. Ein weiterer, aber NNE–SSW verlaufender Graben mit Gesteinen der Solling-Formation verläuft über den Ostteil des Rüstungsaltstandortes (Versatzbetrag eben-falls ca. 30 m). Beide Grabeneinbrüche sind jedoch unterge-ordnete Strukturen innerhalb von Staffelbruchsystemen aus Abschiebungen.
Die durch Gesteine des Mittleren Buntsandsteins (Vol-priehausen- [smV], Detfurth- [smD], Hardegsen- [smH] und Solling-Formation [smS]) geprägte Helsa-Scholle ist kein tektonisch geschlossener Block, sondern in Teilschol-len gegliedert. Diese Teilschollen sind durch Störungen (Abschiebungen) oder Störungssysteme (Staffelbrüche) begrenzt. Das herzynisch streichende Störungssystem auf der Nordflanke einer Grabenstruktur wurde in der Zeit zwischen der Jura/Kreide-Wende angelegt, jüngere Bewe-gungen können noch im Tertiär aufgetreten sein. Im tekto-
Abb. 2 Geologischer Schnitt
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gen. Dies führt zu einer Abfolge hydraulisch unterschiedlich durchlässiger Horizonte.
In den durch Störungen voneinander abgegrenzten Sand-steinschollen können sich je nach örtlich vorhandener Abfolge von Grundwasserleitern, -geringleitern und -nicht-leitern unterschiedliche Grundwasserstockwerke ausbilden. Ein lateraler Wasseraustausch stellt sich je nach hydro-geologischen Eigenschaften der aneinander grenzenden Gesteinskörper bzw. Klüfte als gesättigte Grundwasserströ-mung ein. Ein vertikaler Wasseraustausch zwischen Grund-wasserleitern erfolgt dagegen zum ganz überwiegenden Teil als ungesättigte Sickerströmung über Klüfte und vor allem Störungen. Bei entsprechendem Wasserdargebot und hy- draulischen Durchlässigkeiten fließt das Grundwasser dabei tieferen Grundwasserstockwerken zu.
Innerhalb der Schichten stellen sich in den durch Nicht-leiter oder Geringleiter getrennten Grundwasserleitern unterschiedliche Grundwasseroberflächen bzw. unterhalb von Stauhorizonten Grundwasserdruckflächen ein.
Grundwassermessstellen und Brunnen bzw. deren Boh-rungen durchteufen in der Regel mehrere solcher Stauer und damit Grundwasserleiter und schneiden dabei die unter-schiedlichen Wasserspiegel- bzw. Druckniveaus an. Der in den Grundwassermessstellen beobachtete Wasserspiegel ist dann ein Ausgleichs- bzw. Mischwasserspiegel aller auf-geschlossenen Grundwasserleiter. In allen untersuchten Bohrungen bzw. Grundwassermessstellen sind dabei durch Flowmetermessungen vertikal nach unten gerichtete Strö-mungen nachgewiesen worden.
Je nach hydraulischer Anbindung an die wasserführenden Kluftsysteme und in Abhängigkeit von den in den einzel-nen Filterstrecken aufgeschlossenen Druckniveaus können räumlich nah beieinander liegende Grundwassermessstellen in verschiedenen Sandsteinblöcken deutlich verschiedene Grundwasserspiegel aufweisen. Auch lateral stellen sich je nach Wirkung der trennenden Klüfte in benachbarten Blö-cken unterschiedliche Druckhöhen ein, sodass sich entspre-chend der Staffelbruchstruktur des Grundwasserleiters auch eine stufenförmige Änderung der Wasserspiegel ergeben kann.
Für die Beschreibung der Grundwasserverhältnisse werden zusammenhängende Grundwasserkörper als Ein-heit aufgefasst. Untergliedert werden sie entsprechend der Höhenlage von Filterstrecken und Grundwasserspiegelhö-hen. Drei verschiedene hydrogeologische Zonen werden unterschieden (Abb. 3 & Tab. 2):
● die Hirschhagenzone ● die Zwischenzone ● das Hauptgrundwasserstockwerk
Die Hirschhagenzone umfasst die oberflächennahen Grundwasserstockwerke und besteht aus schwebenden Grundwasserstockwerken in der Solling- und der Hardeg-
Vorkommen von quartären Schichten in einer Mächtigkeit von über 100 m zeigt, dass in Teilbereichen des Fürstenha-gener Grabens eine relativ starke Absenkung (100 m von mindestens 320 m) in einem relativ kurzen, jungen Zeitab-schnitt erfolgt ist. Im Osten grenzt die Subrosionssenke an den NE–SW verlaufenden Altmorschen-Lichtenauer Gra-ben, in dem Gesteine des Keupers, des Muschelkalks und der Röt-Formation anstehen.
Der Übergang von der Helsa-Scholle zum Fürstenhage-ner Graben stellt sich als ein Staffelbruchsystem dar. Die relativen Versatzbeträge zwischen der Helsa-Scholle und den am tiefsten eingebrochenen Teilen des Fürstenhage-ner Grabens addieren sich an den einzelnen Störungen auf mindestens 400 m (Abb. 2). Der E–W verlaufende Graben-einbruch im Bereich des Rüstungsaltstandorts stellt sich als eine der o. g. Subrosion vergleichbare Struktur dar. Darauf weist die starke Zergliederung durch Störungen hin.
Konzeptionelles hydrogeologisches Modell
Die Buntsandsteinschichten am Rüstungsaltstandort bilden ein inhomogenes, anisotropes, mehrschichtiges Grund-wasserleitersystem, in dem einzelne Blöcke von Grund-wasserleitern durch Klüfte in einer Richtung hydraulisch verbunden oder in anderer Richtung getrennt werden.
Vertikal ist eine Wechselfolge von Sand-, Schluff- und Tonsteinen ausgebildet. Diese Schichtung bedingt eine hy-drogeologische Abfolge von Grundwasserleitern, -gering-leitern und -nichtleitern. Je nach Lage im hydrogeologischen System handelt es sich zum Teil um schwebende Grundwas-serstockwerke. Seit Langem bekannt ist, dass die Wasser-wegsamkeiten im Unteren und Mittleren Buntsandstein in Hessen im Wesentlichen auf der Trennfugendurchlässigkeit beruhen, während die Gesteinsdurchlässigkeit eine stark untergeordnete Rolle hat (Dürbaum et al. 1969).
Das Gebiet wird von Staffelbrüchen durchzogen. Diese sind assoziiert mit Störungen unterschiedlicher Ausprä-gung und unterschiedlicher hydraulischer Anbindung und Funktion. Ein Teil der Störungen hat eine gute hydrauli-sche Anbindung und ist gekennzeichnet durch gute bis sehr gute hydraulische Durchlässigkeiten. Andere Störungen mit geringer Durchlässigkeit trennen in hydrogeologischer Hin-sicht geologisch ähnliche, benachbarte Blöcke.
Die Sandsteine an der Basis der Solling-Formation und Hardegsen-Formation sind allgemein als gute bis sehr gute Grundwasserleiter einzustufen. Aufgrund der geologischen Genese befinden sich unter diesen Grundwasserleitern am Top der darunter liegenden Hardegsen-Formation bzw. Det-furth-Wechselfolge zumeist Grundwassergeringleiter bzw. -nichtleiter, die überwiegend aus Tonsteinen aufgebaut sind. In der Abfolge der einzelnen Formationen existiert zusätz-lich eine Wechselfolge von Sand-, Schluff- und Tonsteinla-
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niveau haben. Die Grundwasseroberfläche ist in der Regel gespannt. Die schwebenden Grundwasserstockwerke der Zwischenzone werden vorwiegend aus dem vertikalen Abstrom aus der Hirschhagenzone gespeist. Dieser erfolgt als ungesättigte Sickerströmung, sodass die Verhältnisse im Hirschhagenstockwerk nicht von der Druckhöhe in der Zwi-schenzone beeinflusst werden.
Das Hauptgrundwasserstockwerk beinhaltet Grundwas-serstockwerke innerhalb der Folgen des Mittleren Bunt-sandsteins sowie der quartären Ablagerungen der Losse. Die Losse ist Vorfluter für dieses Grundwasservorkommen. Das Hauptgrundwasserstockwerk wird meist von Grundwasser-messstellen außerhalb des eigentlichen Standortes erschlos-sen. Die teilweise über 100 m langen Filterstrecken liegen unterhalb von 360–380 mNN und reichen z. T. bis unter das
sen-Formation. Diese haben Grundwasserstände von rd. 450 mNN und sind in dem Bereich oberhalb von 420 mNN verfiltert. Die unteren Grundwasserstockwerke der Hirsch-hagenzone sind teilweise unter Grundwassergeringleitern bzw. -nichtleitern gespannt. Wegen der Wasserwegsamkeit durchgehender Störungen ist das System bereichsweise nach unten offen. Unterhalb eines Niveaus von etwa 420 mNN existieren in der Hardegsen-Formation ungesät-tigte Verhältnisse.
Die Zwischenzone beinhaltet schwebende Grundwasser-stockwerke in der Hardegsen-Formation oberhalb der Det-furth-Wechselfolge. Sie wird von Grundwassermessstellen in der näheren Umgebung des Standortes erschlossen, die in einem Tiefenbereich von 350–430 mNN verfiltert sind und ihre Druckspiegel meist ebenfalls in diesem Höhen-
von [mNN] bis [mNN] [mNN]1 Hirschhagenzone Schwebend 420 460 450 smS, smH2 Zwischenzone Schwebend 350 430 400 smH, smD3 Hauptgrundwasserstockwerk 130 370 < 380 q, smS, smH, smD, smV
Abb. 3 Hydrogeologische Systemskizze
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24 h um ca. 7 m. Diese Messstelle weist einen Misch- bzw. Ausgleichswasserspiegel auf, der durch die hydraulische Anbindung an mehrere Grundwasserstockwerke entsteht. Kommt es z. B. durch besondere Regenereignisse zu einer kurzfristigen hohen Grundwasserneubildungsrate, fließt der Grundwassermessstelle aus den relativ höher gele-genen Grundwasserleitern mehr Wasser zu als durch die Grundwassermessstelle nach unten an die unterlagernden Grundwasserleiter abgegeben werden kann. Der Grundwas-serspiegel in der Messstelle stellt sich dann auf das Niveau des höher gelegenen Grundwasserleiters ein.
Umgekehrt bildet sich in der Messstelle der Grundwas-serstand des niedrigeren Stockwerks aus, wenn wegen feh-lender Grundwasserneubildung und damit Zusickerung die oberen Schichten zeitweise trocken fallen. Auch wenn in einer Bohrung eine neue hydraulische Verbindung zwischen Grundwasserkörpern mit unterschiedlichen Standrohrspie-gelhöhen hergestellt wird oder durch künstliche Eingriffe wie Pumpversuche, kann der obere Grundwasserhorizont zeitweise vollständig drainiert werden (Abb. 4).
Während der Pumpversuche wiesen benachbarte und ähnlich verfilterte Brunnen wegen ihrer Anbindung an unterschiedlich wirkende Kluftsysteme stark unterschied-liche Ergiebigkeiten auf. Asymmetrische Formen von Absenktrichtern belegen die horizontale Anisotropie mit Fließverbindungen in Nord-Süd-Richtung und geringer Wirkung quer dazu.
Die Flurabstände variieren zwischen etwa einem halben Meter in der Nähe natürlicher Quellgebiete und Vorfluter sowie über 100 m an den tiefen Grundwassermessstellen der Zwischenzone und dem Hauptgrundwasserstockwerk.
In der weiteren Umgebung des Standortes bestanden ver-schiedene Wasserwerke. Die Wichtigsten davon sind das Wasserwerk Kirschenberg sowie die Brunnen Helsa und Waldhof. Das Wasserwerk Kirschenberg mit einem jährli-chen Fördervolumen von rd. 315.000 m3 hat am 01.07.1991 seinen Betrieb eingestellt, nachdem dort STV nachgewie-sen wurden. Infolge des damaligen Förderbetriebs waren Schadstoffe vom Standort in größerer Tiefe unter dem Vor-fluter Losse bis in die Fassungsanlagen geströmt. Die Brun-nen Helsa sowie Waldhof waren bereits 1987 wegen der Schadstoffproblematik abgeschaltet worden.
Aufgrund der Inhomogenität und Anisotropie der Grund-wasserleiter vor Ort und der mit der Tiefe veränderlichen Grundwasserspiegel bzw. -druckhöhen können Fließwege nicht allein auf Grundlage der Potenzialgefälle zwischen einzelnen Grundwassermessstellen bestimmt werden. Die Messwerte sind überwiegend als Mischwasserstände ver-fälscht. Vielmehr sind die an Störungszonen geknüpften Wasserwegsamkeiten zu berücksichtigen.
Hydraulische Verbindungen wurden weiterhin anhand der in der Umgebung des Standortes vorgefundenen STV nachgewiesen. Aufgrund der in der Zwischenzone ermit-
Niveau der Losse. Das Hauptgrundwasserstockwerk wurde in der Vergangenheit wegen der hohen Ergiebigkeit zur Trinkwassergewinnung genutzt. Grundwasser aus allen drei Zonen tritt an den Talflanken in Quellen zu Tage.
Beschreibung der Grundwasserverhältnisse am Standort
Grundwasser bildet sich auf dem Standort durch versi-ckernde Niederschläge und strömt aus dem Gebiet des Rohrberges von Norden zu. Der westliche Teil entwäs-sert über den Rohrbach, wo in einer Höhenlage von 380–430 mNN zahlreiche Quellen austreten. Diese sind nicht wie Schichtquellen an einen bevorzugten Austrittshorizont gebunden, sondern über einen weiten Höhenbereich verteilt und reflektieren so die unregelmäßigen Fließwege in dem durch Staffelbrüche gestörten System. Hangschuttquellen sind ebenfalls möglich. Der östliche Teil gehört zum Ein-zugsgebiet des Steinbachs.
Auf dem Standort selbst bildet sich eine flache Kuppe in der Grundwasseroberfläche aus, die über Klüfte und Stö-rungszonen in alle Richtungen entwässert. Im nördlichen Bereich ergibt sich eine Strömungsrichtung nach Osten bzw. Südosten. Im Westen des Standortes fließt das Grund-wasser nach Westen. Auf den südlichen Teilflächen stellt sich eine nach Süden und Südwesten gerichtete Strömung ein. Am westlichen Rand des Standortes fließt das Grund-wasser nach Norden zum Rohrbach.
Aus der oberen Hirschhagenzone sickert Wasser über-wiegend entlang von Störungszonen in die darunter liegende Zwischenzone, die aus schwebenden Grundwasserstock-werken besteht. Von dieser fließt es sowohl lateral als auch vertikal dem Hauptgrundwasserstockwerk zu. Eine Aus-breitung nach Südwesten erfolgt insbesondere entlang einer Störungszone in Richtung Fürstenhagen. Die im Vergleich zu den Tonsteinlagen höhere vertikale Durchlässigkeit im Bereich der Störungszone führt hier bei dem vorhandenen Grundwasserdargebot zu einem Absinken der Grundwas-seroberfläche. Die Hirschhagenzone und die Zwischenzone sind daher nach unten offene hydraulische Systeme.
Unter natürlichen Verhältnissen bildet sich ein typischer Jahresgang der Grundwasserstände aus. Zwischen dem Hochstand im Frühjahr und dem herbstlichen Minimum ergibt sich eine Differenz bei den Wasserspiegeln zwischen 0,5 und 7,5 m. Die kleinsten Amplituden sind in der Nähe natürlicher Quellgebiete oder entlang der Vorfluter (Losse) zu beobachten. Hohe jährliche Amplituden ergeben sich in der Zwischenzone und dem Hauptgrundwasserstockwerk.
Neben den jahreszeitlichen Zyklen treten an einigen Messstellen auch kurzfristige z. T. erhebliche Wasser-standsschwankungen auf. So stieg der Wasserstand nach Starkregen an einer Grundwassermessstelle innerhalb von
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auf eine Abfolge von Grundwasserleitern eine besondere Bedeutung zu. Werden durch den fehlerhaften Ausbau von Grundwassermessstellen und Brunnen unterschiedliche Grundwasserleiter miteinander verbunden, ohne dass dieses erkannt wird, ist eine Fehlinterpretation wahrscheinlich.
Literatur
Dürbaum, H.-J., Mattheß, G., Rambow, D.: Untersuchungen der Ge-steins- und Gebirgsdurchlässigkeit des Buntsandsteins in Nord-hessen. Notizbl. Hess. L.-Amt Bodenforsch. 97, 258–274, 10 Abb., 4 Tab.; Wiesbaden (1969)
König, W., Schneider, U.: Sprengstoff aus Hirschhagen. Vergangen-heit und Gegenwart einer Munitionsfabrik, S. 212. Verlag Gesamt-hochschulbibliothek, Kassel (1985)
Leßmann, B., Hergesell, M.: Rüstungsaltstandort Hessisch Licht-enau-Hirschhagen/Waldhof. Modellgestützte Variantenstudie zur Sicherung der Schleifschlammhalde, Werra-Meißner-Kreis, Hy-drogeologische Stellungnahme zur Grundwasserneubildung, Az. 89-0540-909/06 Heg, Le, Wiesbaden, 07.12.2006, unveröffent-licht (2006)
Schmidt, B.: Stratigraphie und Tektonik der Umgebung von Hessisch Lichtenau-Hirschhagen (Nordhessen), Blatt Nr. 4724 Großalme-rode. Geol. Abh. Hessen 94, 61, 6 Abb., 1 Tafel, 1 Karte; Wies-baden (1991)
telten Konzentrationen von polaren Nitroaromaten ist eine Zusickerung von Grundwasser aus der Hirschhagenzone in die Zwischenzone belegt. Weiter zeigen die an Grundwas-sermessstellen und Quellen im Hauptgrundwasserstockwerk nachgewiesenen Schadstoffkonzentrationen einen Abstrom von belastetem Grundwasser aus der Hirschhagenzone nach Süden. Die in Messstellen im Norden bzw. Westen gefundenen polaren Nitroaromaten belegen Fließwege von der Hirschhagenzone zum Hauptgrundwasserstockwerk in diese Richtungen.
Schlussfolgerungen
Die Grundwasserkörper im Mittleren Buntsandstein können nach diesen Untersuchungen bei kleinräumiger Betrachtung nicht als Einheit von Poren- oder Kluftgrundwasserleiter aufgefasst werden, sondern müssen lateral als ein durch Kluft-/Störungszonen und vertikal durch eine Abfolge von Grundwasserleitern, -geringleitern und -nichtleitern klein-räumig zergliedertes Kluftgrundwasserleitersystem verstan-den werden. Das hydrogeologische System erschließt sich erst, nachdem umfangreiche hydrogeologische Erkundun-gen durchgeführt wurden. Dabei kommt dem gleichartigen Ausbau von Grundwassermessstellen und Brunnen bezogen
