semmering-basistunnel neu - ÖBB
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Plannummer: 5510-EB-5300AL–00-0004 AUSFERTIGUNG EINLAGEZAHL HOCHLEISTUNGSSTRECKE WIEN SÜDBAHNHOF – SPIELFELD / STRASS NEUBAUSTRECKE GLOGGNITZ – MÜRZZUSCHLAG km 75,5+61.867 – km 118,1+22.709 SEMMERING-BASISTUNNEL NEU Einreichoperat für das eisenbahnrechtliche Baugenehmigungsverfahren einschließlich wasserrechtlicher Belange 04 03 02 01 Version Datum Name Beschreibung der Änderung OBJEKTNR: STRECKENNR.: 135 ABSCHNITT GLOGGNITZ – MÜRZZUSCHLAG km / Stat. km 75,5+61.867 – km 118,1+22.709 Bearbeitet Gezeichnet Geprüft GZ Gruppe Hydrogeologie Mai 2010 Mai 2010 Reichl März 2010 Inhalt BERICHT HYDROGEOLOGIE - Planung Joanneum Research Institut für WasserRessourcenManagement Hydrogeologie und Geophysik forstinger + stadlmann zt-Gmbh Ingenieurkonsulenten für Erdwissenschaften (Geologie) Bauwerber: ÖBB-Infrastruktur AG SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 BERICHTERSTELLUNG Joanneum Research Institut für WasserRessourcenManagement Hydrogeologie und Geophysik Elisabethstraße 16/II 8010 Graz Tel.:0316-876/1359 bzw. /1343 Fax: 0316-876-1321 E-mail: [email protected] [email protected] Projektkoordination Hydrogeologie Forstinger + stadlmann zt-Gmbh Ingenieurkonsulenten für Erdwissenschaften (Geologie) Achenpromenade 14 5081 Anif Hydrogeologie Tel.:07612-47558 Fax: 07612-47558 E-mail: [email protected] Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 2 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 INHALTSVERZEICHNIS 1 KURZFASSUNG 7 2 AUFGABENSTELLUNG 8 3 GRUNDLAGEN 9 3.1 9 4 5 Planungsgrundlagen ERKUNDUNGSMAßNAHMEN UND UNTERSUCHUNGSMETHODIK 10 4.1 Datenbestand alter Projekte 10 4.2 Geographisches Informationssystem 10 4.3 Bohrlochversuche 11 4.3.1 Hydraulische Bohrlochversuche 11 4.3.2 Bohrlochgeophysik 14 4.4 Abflussentstehungsmodellierung - Wasserbilanz 15 4.5 Quellkartierung im gesamten Untersuchungsgebiet 16 4.6 Hydrogeologische Dauerbeobachtung und Datenbank 16 HYDROGEOLOGISCHE BESCHREIBUNG DES GESAMTPROJEKTRAUMES 21 5.1 Geologischer Überblick 21 5.2 Großräumige Betrachtung der hydrogeologischen Rahmenbedingungen des gesamten Untersuchungsraumes 27 5.2.1 Hydrogeologische Verhältnisse der nördlichen Grauwackenzone und der Tattermannschuppe 28 5.2.2 Karbonatgesteine im Zentralbereich des Untersuchungsgebietes 32 5.2.3 Hydrogeologische Verhältnisse der Keuperserie 35 5.2.4 Kristalline Gesteine – Phyllite, Schiefer und Gneise der Semmering Einheit und der Wechseleinheit 36 5.2.5 Karbonatgesteine im Südosten des Untersuchungsgebietes – 5.3 Grasberg/Otter/Sonnwendstein/Hirschenkogel/Erzkogel 39 Abflussentstehungsmodellierung – Wasserbilanz 41 5.3.1 Gebietsdaten für die hydrologische Modellierung 41 5.3.2 Abflussdaten 42 5.3.3 Meteorologische Eingangsdaten in das Modell 44 5.3.4 Beschreibung des Modells MIKE-SHE und Ermittlung der Modellparameter 49 5.3.5 Ergebnisse der Simulation in der Kalibrationsperiode 67 5.3.6 Detailergebnisse auf Teilgebietsbasis: Abfluss, Grundwasserneubildung, tiefere Versickerung – Mittelwerte über die Periode 2006 bis 2008 91 5.3.7 Flächenhafte Darstellung 93 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 3 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.3.8 Vergleich der statistischen Eigenschaften 95 5.3.9 Vergleich der Modellsimulationen in Teileinzugsgebieten mit monatlichen Einzelmessungen 97 5.4 Hydrogeologische Gebirgscharakterisierung 102 5.4.1 Datengrundlage 102 5.4.2 Ergebnisse der hydraulischen Bohrlochversuche 104 5.4.3 Hydraulische Gebirgscharakterisierung - Interpretation und zu erwartende Auswirkungen 122 5.5 Kombinierte Interpretation der hydrochemischen und isotopenhydrologischen Analysen - Übersicht 126 6 126 5.5.2 Gesamtmineralisierung - Hydrochemische Typisierung 127 5.5.3 Verteilung der Sulfat-Gehalte 137 5.5.4 Isotopenhydrologische Untersuchungen 141 HYDROGEOLOGISCHE BESCHREIBUNG DES TRASSENRELEVANTEN BEREICHS 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7 5.5.1 Datenbestand Tunnelabschnitt Schafkogel - Eichberg - Graßberg 166 6.1.1 Lockergesteine im Bereich Schwarzatal 166 6.1.2 Grauwackenzone – Norische Decke (Silbersberggruppe) und Veitscher Decke 167 6.1.3 Permomesozoikum (Tattermannschuppe) und Semmeringkristallinspan im Auebachtal 169 6.1.4 Permomesozoikum und Semmeringkristallin der Graßbergschuppe 176 Tunnelabschnitt Göstritz 179 6.2.1 Permomesozoikum des Graßberg-Schlagl-Störungssystems 179 Tunnelabschnitt Otterstock 180 6.3.1 Permomesozoikum des Otterstockes 180 Tunnelabschnitt "Wechselgneis - Semmeringkristallin" 188 6.4.1 Wechselschiefer zwischen Otterstock und Trattenbachtal 188 6.4.2 Wechselgneis und Wechselschiefer im Bereich Fröschnitzgraben 189 6.4.3 Permomesozoikum und Deckengrenze im Bereich Fröschnitzgraben 193 6.4.4 Semmeringkristallin - Gneis-Grüngesteins-Folge (Bereich Hocheck) 198 6.4.5 Semmeringkristallin - Glimmerschiefer-Folge (Bereich Hühnerkogel) 201 Tunnelabschnitt Grautschenhof 203 6.5.1 Semmeringkristallin - Grobgneis und Querung Fröschnitztal 203 6.5.2 Permomesozoikum und Semmeringkristallin im Bereich Mürzzuschlag 204 HYDROGEOLOGISCHE PROGNOSE 7.1 166 206 Hydrogeologische Prognose Semmering-Basistunnel neu – Grundlagen, Prognose der anfallenden Bergwassermengen und Auswirkungen an der Oberfläche 206 7.2 217 7.3 Temperaturprognose 7.2.1 Datengrundlage 217 7.2.2 Wärmestrom - Überblick 218 7.2.3 Methodischer Ansatz 219 7.2.4 Zusammenfassende Interpretation 220 Hydrogeologische Prognose der einzelnen Gebirgsbereiche 225 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 4 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.1 Gebirgsbereich 1: Grauwackenzone - Norische Decke (Silbersberggruppe) (km 76.635,03 – 77.975) und 225 7.3.2 Gebirgsbereich 2 bis 5: Störungszone "Haltestelle Eichberg" (km 77.975 – 78.095), Grauwackenzone - Norische Decke (Silbersberggruppe) (km 78.095 – 78.520) und Verschuppung Veitscher Decke (GWZ) mit Zentralalpinem PM (km 78.520 – 79.100) und Veitscher Decke (km 79.100 – 79.590) 225 7.3.3 Gebirgsbereich 6 & 7: Permomesozoikum Tattermannschuppe (Talquerung Auebachtal) (km 79.590 – 80.080) und Talhof-Aue-Störung und Semmering-Kristallinspan (km 80.080 – 80.575) 225 7.3.4 Gebirgsbereich 8: Graßbergschuppe (Karbonatgesteine) (km 80.575 – 81.250) 225 7.3.5 Gebirgsbereich 9: Graßberg-Störung (Semmering-Kristallin) (km 81.250 – 81.385) 228 7.3.6 Gebirgsbereich 10: Permomesozoikum d. Graßberg-Schlagl-Störungssystems ("Keuper") (km 81.385 – 82.265) 228 7.3.7 Gebirgsbereich 11: Permomesozoikum des Otterstockes ("Reichenhall-Formation") (km 82.265 – 83.005) 228 7.3.8 Gebirgsbereich 12: Permomesozoikum des Otterstockes (Dolomit und Dolomitmarmor) (km 83.005 – 83.730) 229 7.3.9 Gebirgsbereich 13: Permomesozoikum Otterbasis Süd ("Alpiner Verrucano") (km 83.730 – 83.875) 231 7.3.10 Gebirgsbereich 14&15: Übergangszone Wechselschiefer - Permomesozoikum (km 83.875 – 84.100) und Wechselschiefer Trattenbachtal (km 84.100 – 85.550) 231 7.3.11 Gebirgsbereich 16 bis 18: Wechselgneis Trattenbachtal (km 85.550 – 89.820) und Wechselgneis (Trattenbachtal-Störung) (km 89.820 – 90.025) und Wechselgneis (Fanklbauerhöhe) (km 90.025 – 91.670) 231 7.3.12 Gebirgsbereich 19 & 20: Wechselgneis (Fröschnitzgraben West) (km 91.670 – 92.780) und Übergang Wechselgneis - Wechselschiefer (Fröschnitzgraben) (km 92.780 – 93.030)" 232 7.3.13 Gebirgsbereich 21: Wechselschiefer Fröschnitzgraben (km 93.030 – 93.980) 232 7.3.14 Gebirgsbereich 22: Deckengrenze Fröschnitzgraben (km 93.980 – 94.420) 232 7.3.15 Gebirgsbereich 23 & 24 Gneis-Grüngesteins-Folge (km 94.420 – 97.210) & HühnerkogelStörung (km 97.210 – 97.440) 235 7.3.16 Gebirgsbereich 25 & 26 Glimmerschiefer-Folge (km 97.440 – 98.970)und GlimmerschieferFolge / Rotes-Kreuz-Störung (km 98.970 – 99.980) 235 7.3.17 Gebirgsbereich 27: Grobgneis (km 99.980 – 101.130) 236 7.3.18 Gebirgsbereich 28: Mürztal-Semmering-Störungssystem bei Grautschenhof (km 101.130 – 101.640) 238 7.3.19 Gebirgsbereich 29: Karbonatgesteine Wallersbach (km 101.640 – 102.160) 238 7.3.20 Gebirgsbereich 30: Quarzphyllit Edlach (km 102.160 – 102.970) 240 7.3.21 Gebirgsbereich 31 & 32: Karbonatgesteine Scheedgraben (km 102.970 – 115.010) & 7.4 7.5 Karbonatgesteine Mürzzuschlag (km 115.010 – 115.500) 240 Hydrogeologische Prognose der Voreinschnitte und Portalbereiche 241 7.4.1 Voreinschnitt und Vor-Portalbereich Gloggnitz 241 7.4.2 Voreinschnitt und Vor-Portalbereich Mürzzuschlag 241 Hydrogeologische Prognose der Zwischenangriffe und Schächte 243 7.5.1 Zwischenangriff Göstritz 243 7.5.2 Belüftungsschacht Trattenbach 243 7.5.3 Zwischenangriff Fröschnitzgraben 244 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 5 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 8 9 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.5.4 Zwischenangriff Grautschenhof 244 7.5.5 Belüftungsschacht Sommerau 245 BEWEISSICHERUNG UND BEGLEITENDE KONTROLLE 246 8.1 Messungen und Untersuchungen vor Baubeginn 246 8.2 Messungen und Untersuchungen während des Baues 248 8.3 Messungen nach Baufertigstellung 248 VERZEICHNISSE 250 9.1 Abbildungsverzeichnis 250 9.2 Tabellenverzeichnis 256 9.3 Quellen- und Literaturverzeichnis 257 10 ANHANG Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc 262 Seite 6 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 KURZFASSUNG Die Trasse Pfaffensattel wurde im Zuge des Trassenauswahlverfahrens als diejenige Trasse ausgewählt, die für die Errichtung des Semmering-Basistunnel neu weiter zu verfolgen war. Aus hydrogeologischer Sicht wurden innerhalb dieses Korridors, aufbauend auf den bereits bekannten hydrogeologischen Verhältnissen aus dem Zentralbereich und der Kenntnis der örtlichen Situation (nach Untersuchungsbereiches) erfolgter Bereiche hydrogeologischer ausgewiesen, Kartierung innerhalb derer des gesamten mit größeren Bergwassermengen und Auswirkungen an der Oberfläche gerechnet werden muss. Aus Sicht der Hydrogeologie kann prinzipiell ausgesagt werden, dass ob der Vorgaben innerhalb des Untersuchungsgebietes des Trassenauswahlverfahrens keine Linienführung zu finden ist, wo keine Abschnitte mit erhöhten Bergwassermengen und Auswirkungen an der Oberfläche vorhanden sind. Entlang der Trasse Semmering-Basistunnel neu werden unterschiedliche Gesteinseinheiten aufgefahren, die unterschiedliche hydrogeologische Eigenschaften aufweisen werden. Generell kann ausgesagt werden, dass vor allem innerhalb der Karbonatgesteine mit verstärkten Bergwasserzutritten zu rechnen sein wird. Diese Karbonatgesteine sind zudem verkarstet. Zudem ist auch in diesen Abschnitten mit sehr wahrscheinlichen Auswirkungen an Quellen, Brunnen und Oberflächengerinnen zu rechnen. In denjenigen Abschnitten, wo keine Karbonatgesteine im Untergrund aufgefahren werden, werden einerseits mögliche Auswirkungen an der Oberfläche nur sehr untergeordnet auftreten und auch andererseits wird mit deutlich geringeren Bergwassermengen gerechnet. Sehr wesentlich auch für die Aussagen in Hinblick auf hydrogeologische Auswirkungen an der Oberfläche und den zu erwartenden Bergwassermengen sind die Ergebnisse der Tunnelvortriebe am Semmering in der Vergangenheit zu bewerten. So zeigte sich, dass beim Begleitstollen außerhalb der Karbonatgesteine keine Auswirkungen bisher auftraten. Vor allem die Errichtung des Begleitstollens zeigte innerhalb der phyllitischen Gesteine, dass nur sehr untergeordnet Bergwasser angetroffen wurde. Es erscheint daher aus fachlicher Sicht durchaus zulässig, Analogieschlüsse auf die neue Trasse zu ziehen. Somit wird auch für die neue Trasse innerhalb der kristallinen Festgesteine mit fast keinen Auswirkungen an der Oberfläche gerechnet. Lediglich in Bereichen mit geringen Tunnelüberlagerungen, in Verbindung mit besser durchlässigen Gneisen und entlang von Störungszonen bei ebenfalls geringeren Tunnelüberlagerungen können jedoch nur sehr lokal mögliche Auswirkungen nicht ausgeschlossen werden. Bei der hydrogeologischen Prognose der einzelnen Gebirgsbereiche in Hinblick auf die zu erwartenden Bergwassermengen werden einerseits Erfahrungen aus anderen Tunnelbauten herangezogen, und andererseits die Daten der Wasserbilanz als Basis verwendet. In den nachfolgenden Kapitel ist bei Beschreibungen von möglichen Auswirkungen an der Oberfläche gemeint, dass es sich dabei um Quellen, Brunnen und Oberflächengerinne handelt, Setzungen sind dabei nicht gemeint und waren auch nicht Gegenstand der hydrogeologischen Untersuchungen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 7 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 2 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 AUFGABENSTELLUNG Für die hydrogeologische Beurteilung des Untersuchungsraumes, für die Prognose der erwarteten Bergwassermengen (quasistationäre Mengen und Spitzenzutritte) und der möglicherweise auftretenden Auswirkungen an der Oberfläche, wurde eine Reihe an hydrogeologischen Untersuchungen durchgeführt. Diese werden in den folgenden Absätzen kurz umrissen. Im Zuge von zwei umfangreichen Bohrkampagnen in den Jahren 2006-2009 wurde eine Reihe von Bohrlochversuchen durchgeführt. Im Rahmen dieser Bohrlochversuche erfolgten u.a. Bestimmungen der Durchlässigkeiten im Untergrund und zusätzlich konnten auch bei höheren Durchlässigkeiten Wasserproben gewonnen werden. Seit dem Jahre 2006 wird ein umfangreiches hydrogeologisches Dauermessprogramm durchgeführt. Dabei Untersuchungsgebiet werden in an ausgewählten monatlichen Messstellen Intervallen die im gesamten Geländeparameter Schüttung/Abstichmaß, die elektrische Leitfähigkeit und die Wassertemperatur vor Ort gemessen. Bei Messstellen, an welchen Wasserproben gezogen werden, erfolgt vor Ort auch die Messung des pH-Wertes. Die Wasserproben werden im Wesentlichen auf die hydrochemischen Parameter der Ionenbilanz und isotopenhydrologisch auf die Parameter Sauerstoff-18 und Deuterium, z.T. Tritium untersucht. An vielen Bächen und auch Quellen wurden Datenlogger installiert, um dadurch hochauflösende Zeitreihen für die weiteren Untersuchungen und Interpretationen zur Verfügung zu haben. Vor allem für die Erstellung einer umfassenden Wasserbilanz des gesamten Untersuchungsgebietes sind diese hochauflösenden Zeitreihen von Schüttungen und Abflussmengen von aller größter Bedeutung und unbedingt erforderlich. Um das gesamte Untersuchungsgebiet auch hydrologisch bestmöglich charakterisieren zu können, wurde eine Abflussentstehungsmodellierung durchgeführt. Die hydrogeologische Bearbeitung des Untersuchungsgebietes ist gemäß der Grenze zwischen NÖ und der Steiermark aufgeteilt. Die Beschreibungen, Bewertungen und Interpretationen der Kapitel 6 und 7 für den NÖ Abschnitt des Projektgebietes erfolgten durch Forstinger + Stadlmann ZT-OEG (Dr. Gerhard Forstinger), die Ausführungen für den steirischen Abschnitt erfolgten durch Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement (Dipl.-Ing. Gunnar Domberger und Mag. Peter Reichl) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 8 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 3 3.1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 GRUNDLAGEN Planungsgrundlagen Sehr wesentliche Planungsgrundlagen stellten die Ergebnisse und Daten der schon abgeschlossenen Tunnelprojekte am Semmering dar. Einerseits waren dies die Untersuchungsergebnisse der ÖBB aus dem Projekt Semmering-Basistunnel alt (HLAG), andererseits konnte auf die wertvollen Daten und Auswertungen des Projektes S6 Semmering Schnellstraße (ASFINAG) zurückgegriffen werden. Dabei handelt es sich um die hydrogeologischen Daten im Bereich der S6-Teilabschnitte Tunnel Semmering (Scheiteltunnel), Tunnel Steinhaus und Tunnel Spital sowie die dazwischenliegenden Freilandstrecken. Im Rahmen dieser Projekte wurden umfangreiche Kartierungsarbeiten und hydrogeologische Dauerbeobachtungsmessungen durchgeführt, welche eine wichtige Datenbasis bilden. Sämtliche kartierte Messstellen sind gesammelt in der Planbeilage 5510-EB-5300AL-020001 (Maßstab 1:25.000) enthalten. Zudem wurde das Untersuchungsgebiet hinsichtlich der Plandarstellung zusätzlich in drei Teile (West, Mitte und Ost) aufgeteilt, um eine bessere Lesbarkeit der Informationen und Nummerierungen zu gewährleisten. Zudem wurden diejenigen Messstellen der hydrogeologischen Dauerbeobachtung hervorgehoben. Die Planbeilagen haben die Nummern 5510-EB-5300AL-02-0005, 5510-EB-5300AL-02-0006 und 5510-EB-5300AL-02-0007 und liegen zudem im Maßstab 1:10.000 vor. Die entsprechenden orographischen Abflussentstehungsmodellierung sind in Einzugsgebiete der und Planbeilage Abflusspegel der 5510-EB-5300AL-02-0003 enthalten. Die Anzahl und Lage der Messstellen der hydrogeologischen Dauerbeobachtung sind in der Planbeilage 5510-EB-5300AL-02-0002 dargestellt. 3.2 Verwendete Richtlinien, Vorschriften und Normen ÖNORM B 4710-1 (Beton – Teil 1: Festlegung, Herstellung, Verwendung und Konformitätsnachweis) – 2004-04-01 ÖNORM B 2400 (Hydrologie - Hydrographische Fachausdrücke und Zeichen - Ergänzende Bestimmungen zur ÖNORM EN ISO 772 und ÖNORM EN ISO 772/A1) - 2004-11-01 ÖNORM B 2401 (Hydrometrie - Methoden zur Bestimmung des Durchflusses und der Geschwindigkeit in offenen Gerinnen) - 2006-11-01 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 9 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 4 4.1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ERKUNDUNGSMAßNAHMEN UND UNTERSUCHUNGSMETHODIK Datenbestand alter Projekte Wie bereits im Kapitel Planungsgrundlagen ausgeführt wurde, stehen Datensätze von anderen Tunnelprojekten der ÖBB und der ASFINAG am Semmering zur Verfügung. Bei den Projekten Semmering-Basistunnel alt und Projekt S6-Semmering Schnellstraße wurden neben umfangreichen geologisch-geotechnischen Untersuchungen auch hydrogeologische Untersuchungen durchgeführt. Nicht nur Untersuchungen übertage, auch die gesamten Untersuchungsergebnisse und Daten aus diesen Bestandstunneln stehen für das gegenständliche Projekt zur Verfügung. Zeitreihen von Messungen ausgewählter Geländeparameter wie Schüttung/Abstichmaß, elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur stehen aufgrund dieser „Vorprojekte“ z.T. seit 1989 zur Verfügung. isotopenhydrologische Zudem Analysen kann auch auf zurückgegriffen langjährige werden. Für hydrochemische und die des Beurteilung gegenständlichen Projektes ist dieser Datenbestand von großer Bedeutung. 4.2 Geographisches Informationssystem Der gesamte hydrogeologisch-geologische Kartenbestand wird in einem geografischen Informationssystem (GIS) verwaltet. Das GIS verbindet Kartenbestände (Topografie, DHM, diverse Fachthemen) der öffentlichen Stellen (BEV, GIS NÖ, GIS Stmk.) mit einer zentralen Datenbank (GeoDataBase), in welcher alle hydrogeologisch relevanten Polygone (z.B. Schutzgebiete), Linien (Flüsse, Tunnel etc.) und Punktdaten (Quellen, Kartierungspunkte) organisiert sind. Ziel des GIS ist einerseits die Erstellung von Planungs- und Beurteilungsgrundlagen und andererseits eine Bereitstellung des erforderlichen GISBestandes auf einem zentralen Server (Server der Firma Dataplexx in Wien) für alle Projektbeteiligten. Damit können alle Planer auf den hydrogeologisch-geologischen Datenbestand für Detailbeurteilungen zurückgreifen. Sämtliche GIS-Daten liegen in einem einheitlichen Koordinatensystem (BMN34) vor und sind im ARCGIS (ESRI)-Standard verwaltet. CAD-Datenbestände wurden in das GIS eingearbeitet soweit dies erforderlich war. Der hydrogeologisch-geologische GIS-Datenbestand wird bei Joanneum Research zentral verwaltet und einerseits im ARGCIS-System zentral benutzt und regelmäßig mit dem am Dataplexx-Server vorliegenden GIS-Bestand synchronisiert. Dadurch ist gewährleistet, dass alle Anwender aktuelle Datenbestände nutzen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 10 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 4.3 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Bohrlochversuche 4.3.1 Hydraulische Bohrlochversuche (aus Bericht Golder Associates 2008) Im Rahmen der Erkundungsarbeiten wurden an den Bohrungen der Bohrphase I und II Wasserabpressversuche (WAP), Pumpversuche, hydraulische Packertests und Hydrofracs durchgeführt. Die Firma GOLDER ASSOCIATES GmbH wurde mit der Durchführung und Interpretation dieser Versuche beauftragt. Im Folgenden wird der Begriff „Hydraulische Bohrlochversuche“ als Oberbegriff für die verschiedenen Versuche im Bohrloch verstanden. Hydraulische Bohrlochversuche dienen zur Ermittlung hydraulischer Parameter der Formation und/oder des Bohrloches. Typische Ziele solcher Versuche sind die Ermittlung von • hydraulischer Durchlässigkeit (Transmissivität) • statischem Formationsdruck • Fließmodell • Skin-Effekt, sowie die Entnahme von Wasserproben. Hydraulischen Bohrlochversuche können in drei Haupt-Gruppen eingeteilt werden: • Injektions- oder Produktionstests mit konstanter Rate • Injektions- oder Produktionstests mit konstantem Druck • Injektions- oder Produktions Slug- und Pulse Versuche Die Wahl des jeweils geeigneten Tests ist vorwiegend von den Faktoren Zielstellung, Zeitrahmen und Durchlässigkeit der Formation abhängig. Es gibt keinen Test, der bei jeder Ausgangslage anzuwenden ist. So ist bei Transmissivitäten von ca. 1x10-5 m²/s oder höher ein Test mit konstanter Rate die geeignete Wahl, um möglichst gute Ergebnisse zu erzielen. Bei sehr schwach durchlässigen Formationen (Transmissivität kleiner als 1x10-9 m²/s) wäre ein Slug-Test in einem dünnen Tubing oder ein Pulse-Test die beste Alternative, während für mittlere Durchlässigkeiten ein Slug-Test in der Regel vorzuziehen ist. Produktions- und Injektionstests mit konstantem Druck sind zwar theoretisch am besten auswertbar, haben aber den Nachteil, dass die Datenqualität meist nicht optimal ist, da in diesem Fall die Fließrate zur Auswertung herangezogen wird, welche oft einen deutlich unruhigeren Datenverlauf hat, als dies bei Druckdaten in der Regel der Fall ist. Im Allgemeinen sind Produktionstests gegenüber Injektionstests zu bevorzugen, solange dies aus technischer Sicht möglich und sinnvoll ist. Produktionstests verhindern weiteres Zusetzen von Klüften durch Bohrspülung, bzw. können durch Bohrspülung bereits geschlossene Klüfte wieder durchgängig machen. Dadurch wird das natürliche hydraulische Verhalten der Formation nicht verändert, und im Hinblick auf eine spätere Wasserprobennahme wird die Menge des Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 11 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 dann zu fördernden Grundwassers nicht unnötig erhöht. Eine typische Testsequenz besteht aus der Testinitialisierung, einer diagnostischen Phase zur ersten Parameterabschätzung, der Hauptphase und einer Schluss-Sequenz. 4.3.1.1 Test-Initialisierung Bestehend aus dem Setzen der Packer (INF) zur Abgrenzung des Intervalls gegen den Rest des Bohrlochs und anschließender Compliance Phase (COM). Während der COM-Phase können störende Effekte wie durch das Setzen der Packer hervorgerufene Volumenänderungen oder auch Temperaturunterschiede abklingen. Im Anschluss wird das Schließventil über eine Nylonleitung mit Druck (N2) beaufschlagt und somit geschlossen. Das Intervall ist jetzt auch vom Teststrang isoliert und der Druck im Intervall strebt seinem statischen Formationsdruck entgegen (Static Pressure Recovery, PSR). 4.3.1.2 Diagnostische Phase Mit Hilfe der in dieser Phase durchgeführten Slug-Injektions- (SI) oder Slug- Produktionstests (SW) werden erste Bestimmungen von hydraulischen Parametern vorgenommen. Zur Durchführung dieser Tests wird bei geschlossenem Schließventil der Wasserspiegel im Teststrang erniedrigt (SW) oder erhöht (SI). Nach Öffnen des Ventils beginnt die Formation aufgrund des Druckunterschiedes zu fließen. Mit Schließen des Shut-in Ventils wird die aktive Phase beendet und der Druckausgleich im Intervall setzt sich weiter fort (SIS, SWS). Bei sehr gering durchlässigen Formationen sollte der Slug-Test als Pulse-Test (PI, PW) durchgeführt werden. 4.3.1.3 Hauptphase Diese Phase wird in der Regel die längste Zeit beanspruchen. Voraussetzung hierfür ist, dass die Formationsdurchlässigkeit eine Grundwasserförderung ermöglicht. Diese Phase dient zur eventuellen Bereitstellung einer Wasserprobe und ermöglicht die Ermittlung von hydraulischen Parametern in größerer Entfernung vom Bohrloch. Im ersten Teil wird mit konstanter Rate (RW) oder konstantem Druck (HW) gepumpt. Am Ende dieser Phase wird das Shut-in Ventil geschlossen und der Druckaufbau aufgezeichnet (RWS, HWS). Bei hohen Durchlässigkeiten kann gegebenenfalls ein Druckaufbau bei geöffnetem Shut-in Ventil (RWR, HWR) sinnvoll sein. Bei Testintervallen knapp unterhalb des Formationswasserspiegels würden Produktionstests zu einem Trockenfallen der Pumpe führen, in diesem Fall ist Injektionstests der Vorzug zu geben. 4.3.1.4 Endphase Zum Abschluss einer Testsequenz kann durch einen Pulse-Test (PI oder PW) die Kompressibilität des Testintervalls und der Bohrlochspeicherkoeffizient direkt gemessen werden. Bei diesem Test werden die gleichen Vorarbeiten wie bei einem Slug-Test geleistet (Leeren, bzw. Befüllen des Teststranges). Das Schließventil wird dann aber nur für einen möglichst kurzen Moment geöffnet, so dass der Druckunterschied auf die Testzone wirkt ohne dass es zum Fließen in die Formation oder aus dieser heraus kommt. Die Druckerholung wird dann bei geschlossenem Ventil aufgezeichnet. Abschließend wird das Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 12 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Schließventil wieder geöffnet und die Packer entlastet. Die Testgarnitur wird aus dem Bohrloch oder auf die nächste Testteufe gebracht. Abbildung 1: Typische Testsequenz eines hydraulischen Bohrlochversuches (Golder Associates 2008) Die Analyse der Testdaten erfolgt mit Hilfe von Typkurven. Das verwendete AnalyseProgramm ist die GOLDER ASSOCIATES Software FlowDim v2.14. Alle Tests werden mit Hilfe von instationären Auswerteverfahren analysiert; somit ist es hinsichtlich der Analyse nicht erforderlich, bei den Versuchen einen quasistationären Zustand zu erreichen. Dies gilt sowohl für die aktiven Phasen (Injektion, Produktion) als auch für die passiven Phasen (Druckerholung). Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die bei der Analyse verwendeten Theorien gegeben. • Analyse der Pumpversuche (konstante Rate) sowie Druckerholungsphasen • Pumpversuche mit konstanter Rate werden mit Typkurven nach Gringarten et al. (1979) und Bourdet et al. (1984) analysiert. • Analyse der WAP (konstanter Druck) • Zur Analyse der Wasserabpressversuche (Tests mit konstantem Druck) wird das als Jacob-Lohman Methode (1952) bekannt gewordene und später auf verschiedene Fließmodelle und Ableitungen erweiterte Analyseverfahren herangezogen. • Analyse von Slug/Pulse-Tests Slug- und Pulse-Tests werden mit Hilfe der von Peres et al. (1989) beschriebenen und von Chacrabarty und Enachescu (1997) erweiterten Dekonvolutionsmethode analysiert. Einen Überblick über die einschlägigen Analysemethoden beschreibt Gringarten (1986). Des Weiteren wird in Horne (1995) der theoretische Hintergrund näher beleuchtet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 13 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 4.3.2 Bohrlochgeophysik Die folgenden Erläuterungen zu den einzelnen geophysikalischen Bohrlochmessverfahren wurde den Berichten der mit diesen Messungen beauftragten Firmen Terrascan und Fugro Austria entnommen. Leitfähigkeit und Temperatur Für die Messungen wurde eine Temperatur-Leitfähigkeitssonde eingesetzt. Die Leitfähigkeit ist auf 25°C normiert. Mit der Messung von Temperatur und Leitfähigkeit des Wassers in Ruhe lassen sich Schichtungen der Wassersäule und (bei entsprechendem Kontrast zwischen dem Wasser in der Messstelle und dem zutretenden Wasser) unter Bepumpung die Lage von Wasserzutritten feststellen. Zur Verdeutlichung der Temperaturanomalien wurde der Temperaturgradient DTEMP (Temperaturänderung auf 1m in °C/m) berechnet und dargestellt. Flowmeter Die Flowmeter-Messung (FLOW) ermittelt im Bohrloch die vertikalen Fließgeschwindigkeiten, und damit aus welchen durchteuften Schichten dem Bohrloch das Wasser zuströmt. Üblicherweise werden eine Ruhemessung und eine Produktionsmessung durchgeführt. Zweck der Ruhemessung ist die Ermittlung von Ruheströmungen und des Fahreffekts zur Korrektur der Produktionsmessung. Zweck der Produktionsmessung ist die Ermittlung von Wasserzu- und Abflüssen und deren Quantifizierung in z.B. Prozenten des gesamten Wasserstroms. Bei unterschiedlichen Rohrdurchmessern ist eine Kaliber-Korrektur der Flowkurve notwendig. Wichtig während der Messung ist eine konstante Pumprate und ein stabiler Pumpwasserspiegel um auch quantitative Aussagen über die Zutrittsbereiche treffen zu können. Andernfalls sind nur qualitative Aussagen über die durchlässigen Bereiche möglich. Das Messprinzip beruht auf einem Messflügel in einem Schutz (Impeller), der wie eine Turbine durch die vorbeiströmende Flüssigkeit in Drehung versetzt wird. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Messflügels ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit mit der die Bohrlochflüssigkeit an der Sonde vorbei strömt. Sensibel reagiert die FlowmeterMessung auf mechanische Behinderung des Impellers durch Schmutz aller Art im Bohrloch, weshalb ein sorgfältiges Klarspülen der Bohrung / Grundwassermessstelle / Brunnen für eine aussagekräftige Messung Voraussetzung ist. Maßeinheit ist Counts Pro Sekunde (cps). Die durch die Versuche in der Bohrung ermittelten hydraulisch wirksamen Zonen sind im Messdiagramm als Zonen mit durchlaufenden Nummern bezeichnet und mit je einer oberen und unteren horizontalen Linie begrenzt. Blaue Linien gelten für Wasserzutritte, grüne für Schluckzonen, also Bereiche in denen das Wasser in die Formation entweicht. Tracerfluidlogging Für das Tracer-Fluid-Logging wird nach der Ruhemessung Temperatur-Leitfähigkeit die in der Bohrung befindliche Wassersäule durch mehrmaliges Befahren mit einem mit Salz gefüllten Korb versalzen. Das Ergebnis der Versalzung wird dann durch eine so genannte Nullfahrt mit einem Temperatur und Leitfähigkeitslog (TEMP SALZ 0, COND SALZ 0) dokumentiert. Danach wird unter geringer Bepumpung mehrere Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Temperatur und Seite 14 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Leitfähigkeits - Wiederholungsmessungen (TEMP SALZ PROD 1, COND SALZ PROD 1, TEMP SALZ PROD 2 etc.) gefahren. Zur Verdeutlichung der Wasserzutritte wurden die Messkurven im Diagramm aufeinander dargestellt. Wasserzutritte zeigen sich in ortsfesten Leitfähigkeits- und Temperaturanomalien, welche mit der Zeit immer stärkere Verdünnung der versalzten Wassersäule zeigen. Die durch die Versuche in der Bohrung ermittelten hydraulisch wirksamen Zonen sind im Messdiagramm als Zonen mit durchlaufenden Nummern bezeichnet und mit je einer oberen und unteren horizontalen Linie begrenzt. Blaue Linien gelten für Wasserzutritte, grüne für Schluckzonen, also Bereiche in denen das Wasser in die Formation entweicht. 4.4 Abflussentstehungsmodellierung - Wasserbilanz Für die Erstellung der Wasserbilanz wurde das flächendetaillierte hydrologische Modell MIKE-SHE (DHI, 2008) verwendet. Mit diesem Modell können neben den hydrologischen Bilanzgrößen Abfluss, Niederschlag und Verdunstung auch Aussagen über die in Boden und Untergrund gespeicherten Wassermengen erfolgen. Zudem können auch Abschätzungen über Abflussanteile getätigt werden, welche tiefer zirkulieren und auch einzugsgebietesübergreifend vorhanden sein können. Die Abflussentstehungsmodellierung erfolgte nach folgenden Schritten: • Erhebung und Erstellung von Landnutzungskarten • Regionalisierung Pedohydrotope und bodenphysikalischer Kennwerte • Regionalisierung der täglichen Werte der Klimaparameter o Niederschlag o Lufttemperatur o Grasreferenzverdunstung nach FAO-PENMAN-MONTEITH o Vegetationsreferenzverdunstung nach FAO • Preprocessing für das Modell • Modellierung mit MIKE SHE • o Modellierung der Schneeschmelze o Berechnung der aktuellen Verdunstung o Berechnung der Grundwasserneubildung o Berechnung von Gebietsabflüssen auf Teileinzugsgebietsbasis Validierung durch Vergleich mit Abflussdaten Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 15 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 4.5 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Quellkartierung im gesamten Untersuchungsgebiet In Teilbereichen konnten von anderen Projekten die Quell- und Brunnenaufnahmen übernommen werden. Für die restlichen Gebiete wurden 2006-2007 flächendeckende Quellaufnahmen durchgeführt. Zusätzlich erfolgten nach der Trassenbekanntgabe zusätzliche Detailaufnahmen entlang der Trasse Semmering-Basistunnel neu. Sämtliche aufgenommene Messstellen im Untersuchungsgebiet sind der beiliegenden Kartendarstellung im Maßstab 1:25000 (Plannummer: 5510-EB-5300 AL – 02-0001) zu entnehmen. Für die gefassten Quellen und Brunnen wurden zudem digitale Katasterblätter angefertigt, in welchen die wichtigsten Daten vermerkt sind. Diese digitalen Katasterblätter liegen bei den einzelnen Gutachtern und gesammelt bei der ÖBB auf. Öffentliche Aushänge in allen Gemeinden des Untersuchungsgebietes, Gespräche bei den Informationsabenden in den einzelnen Gemeinden in Hinblick auf Kontaktaufnahme wegen privater Quellen und Brunnen haben dazu geführt, dass neben der flächendeckenden Quellund Brunnenaufnahme noch nicht erhobene Wasserversorgungen aufgenommen werden konnten. 4.6 Hydrogeologische Dauerbeobachtung und Datenbank Die hydrogeologische Dauerbeobachtung gliedert sich grundsätzlich in ein qualitatives und ein quantitatives Monitoring. Auf Basis der Untersuchungsergebnisse älterer hydrogeologischer Projekte im Semmeringgebiet, sowie der Ergebnisse der Messungen aus dem Trassenauswahlverfahren wurden Messstellen ausgewählt, an denen seit 2006 in monatlichen Abständen Messungen und Beprobungen erfolgen (siehe dazu auch Planbeilage im Maßstab 1:25000 mit der Plannummer: 5510-EB-5300 AL - 02 – 0002). Dabei wurden natürlich auch Messstellen ausgewählt, an denen bereits langjährige Zeitreihen zur Verfügung stehen. Zusätzlich wurden an 43 Messstellen (siehe Abbildung 2) der hydrogeologischen Dauerbeobachtung Datenlogger installiert, um hochauflösende Zeitreihen zur Verfügung zu haben. An den Bächen mit Datenloggerausstattung werden die Parameter Wasserstand und Wassertemperatur gemessen und aufgezeichnet. An den Quellen mit Datenloggerausrüstung wird noch zusätzlich der Parameter elektrische Leitfähigkeit gemessen und aufgezeichnet . Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 16 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 2: Lage der Messstellen der hydrogeologischen Dauerbeobachtung (D bedeutet Datenlogger) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 17 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die qualitative Dauerbeobachtung umfasst die regelmäßige Analyse der wichtigsten hydrochemischen Parameter (Hauptionen für die Berechnung der Ionenbilanz – Ca, Mg, Na, K, HCO3, NO3, Cl, SO4) und der isotopenhydrologischen Zusammensetzung (18O, 2H, 3H) der Wässer. An zahlreichen ausgewählten Messstellen wurden zur Typisierung der Wässer Wasserproben gezogen und hydrochemisch und isotopenhydrologisch analysiert. Diese Beprobungen an Quellen fanden und finden in monatlichen Intervallen statt. Im Zuge der hydraulischen Bohrlochmessungen wurde bei wasserführenden Schichten im Untergrund ebenfalls Wasserproben gezogen und diese analysiert. Der Datenbestand aus den Vorprojekten und der aktuellen Dauerbeobachtung wird laufend in eine zentrale Datenbank (mDB-Semmering) eingepflegt, welche auf einem zentralen Server für die bearbeitenden Projektbeteiligten bereitgestellt ist und etwa monatlich aktualisiert wird. Abbildung 3 zeigt die Benutzeroberfläche dieser zentralen Datenbank. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für die Möglichkeiten der Darstellung der Zeitreihen. Messparameter, die in der Datenbank verwaltet werden. Sämtliche Geländeparameter, Isotopenanalysen und hydrochemische Daten sind aus dieser Zentraldatenbank abruf- und darstellbar. Abbildung 5 zeigt ein Darstellungsbeispiel für die hydrochemischen Analysen der beprobten Wässer. Neben der Dokumentation von eventuellen Änderungen der beobachteten Parameter im Sinne einer Beweissicherung dient dieser Datenbestand vorrangig auch der hydrogeologischen Charakterisierung des Untersuchungsgebietes und Ermittlung der Herkunft und Typisierung der Wässer. Die hydrogeologischen Interpretationen der Analyseparameter und der Geländeparameter erfolgen auf Basis dieses Datenbestandes. Abbildung 3: Benutzeroberfläche der zentralen Monitoring-Datenbank (mDB-Semmering) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 18 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 4: Beispiel für die Darstellungsmöglichkeit des gemessen Parameter Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 19 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 5: Piperdiagramm zur hydrochemischen Typisierung aus der zentralen Datenbank Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 20 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 HYDROGEOLOGISCHE BESCHREIBUNG DES GESAMTPROJEKTRAUMES Die hydrogeologische Beschreibung des gesamten Untersuchungsraumes wird nachfolgend anhand mehrerer Kapitel vorgenommen. Dabei wird nicht auf sehr lokal begrenzte, kleinsträumige Besonderheiten eingegangen, sondern es wird versucht, die Hydrogeologie in ihrer Gesamtheit zu beschreiben, und zwar im Besondern bezogen auf die tunnelbaurelevanten Fragestellungen. Dabei wird die Wasserbilanz und die Abflussentstehungsmodellierung, die gesamtheitliche Betrachtung der Durchlässigkeitsversuche und die Auswertung der hydrochemischen und isotopenhydrologischen Untersuchungen dargestellt. 5.1 Geologischer Überblick Die nachfolgende Beschreibung des geologischen Überblicks wurde aus dem geologischen Bericht zum EB Verfahren übernommen. Im Projektgebiet des Semmering-Basistunnel neu treten auf engem Raum mehrere geologisch-tektonische Großeinheiten auf: • • • Die Kristallinkomplexe des „Wechsel-Kristallins“, „Semmering-Kristallins“ und des „Kristallins des Tratenkogels“ Die permomesozoischen Decksequenzen der Kristallinkomplexe („zentralalpines Permomesozoikum“) Die paläozoischen Gesteine der Grauwackenzone Die Großeinheiten zeigen einen intensiven Decken-, Falten- und Schuppenbau, der in einem geologisch sehr komplex gegliederten Gebirgsbau resultiert. Die Einheiten zeigen, dem tektonischen Bau der Ostalpen folgend, generell ein Ost-West verlaufendes Gebirgsstreichen (siehe Abbildung 6 und Abbildung 7 ). Grauwackenzone Die oberostalpine „Grauwackenzone“ stellt die nördlichste und tektonisch höchste Einheit im Untersuchungsraum dar. Sie baut in einem etwa O-W verlaufenden Streifen die nördlichen Bereiche des Untersuchungsraums auf. Sie lässt sich, dem tektonischen Internbau folgend, in die liegende „Veitscher Decke“ und die hangende „Norische Decke“ (inkl. „SilbersbergGruppe“) untergliedern. Die meist phyllitischen Gesteine zeigen zum überwiegenden Teil eine intensive schieferungsparallele Zerscherung. Im Bereich von Störungszonen, Decken- bzw. Schuppengrenzen liegen die Gesteine vielfach zu feinkörnigen Störungsgesteinen überprägt vor, deren Mächtigkeiten bis in den Zehnermeterbereich reichen. Semmering-Einheit (inkl. Tratenkogel-Scholle und Tattermann-Schuppe) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 21 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Südlich der Grauwackenzone wird der geologische Bau von Kristallingesteins-Komplexen und deren permomesozoischen Decksedimenten bestimmt. Infolge intensiver Verfaltung, Deckenstapelung und Störungstätigkeit treten die Kristallin- und Deckgesteine in einem komplexen tektonischen Internbau mit z.T. mehrfacher Wiederholung der Schichtfolge zu Tage. Unter den Kristallingesteinen dominieren Glimmerschiefer bis Quarzphyllite, bereichsweise auch Gneise und Grüngesteine sowie grobkörniger „Grobgneis“. Die Gesteine wurden mehrphasig metamorph überprägt und intern verfaltet. Das Permomesozoikum wird von mächtigen mitteltriadischen Karbonatgesteinszügen aus massigem bis gebanktem Kalk/-marmor und Dolomit/-marmor dominiert. An deren stratigraphischer Basis sind Serizitphyllite und quarzreiche Serizitschiefer („Alpiner Verrucano“) und der charakteristische Semmeringquarzit entwickelt. Lokal tritt auch die von Serizitphylliten dominierte Einheit des „Keupers“ auf. Der im nördlichsten Bereich an der tektonischen Basis der Grauwackenzone gelegene Permomesozoikumsstreifen aus Serizitschiefern und Quarzit wird der sogenannten „Tattermann-Schuppe“ zugeordnet. Der westliche und zentrale Bereich (Bereich Tratenkogel - Kampalpe - Ochnerhöhe sowie westlich der Mürz) wird von einer intensiven Verfaltung sowie einer west- bis nordvergenten Deckenstapelung geprägt, die zu einer mehrfachen Wiederholung von permomesozoischen und kristallinen Gesteinen führen. Die Kristallingesteine werden den tektonischen Großeinheiten des „Semmering-Kristallins“ und der „Tratenkogel-Scholle“ zugeordnet. Im östlichen Bereich (etwa östlich der Ortschaft Steinhaus) dominieren mächtige permomesozoische Karbonatgesteinsmassive, die die Erhebungen des Erzkogels, Sonnwendsteins, Eselsteins, Graßbergs, Raachbergs und Otters aufbauen. An ihrer Basis bzw. entlang von tektonischen Strukturen treten Einschaltungen von Quarziten und tw. kristallinen Glimmerschiefern und Phylliten auf. Im Bereich Spital - Maria Schutz - Schlagl treten weiters die phyllitischen, meist stark zerscherten Gesteine des „Keupers“ mit gelegentlichen Sulfatgesteinseinschaltungen auf. Auch hier zeigt sich ein komplexer tektonischer Internbau durch Deckenstapelung, Verschuppung, Verfaltung und Scherung. Der südliche Bereich (südlich von Fröschnitztal und Mürz sowie westlich des Fröschnitzgrabens) wird weitgehend von den Gesteinen des „Semmering-Kristallins“ eingenommen. Es dominieren Grüngesteinseinschaltungen und Glimmerschiefer grobkörnige bis Quarzphylllite, Granitgneise Gneise („Grobgneis“). mit Die Lagerungsverhältnisse zeichnen einen Faltenbau entlang flacher WSW-ONO verlaufender Faltenachsen nach. Die Karbonatgesteine sind z.T. tiefreichend verkarstet und beinhalten ergiebige Bergwasserkörper. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 22 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Wechsel-Einheit Im südöstlichen Untersuchungsraum (Raum Trattenbach und östlich des Fröschnitzgrabens sind die auftretenden Gesteine der „Wechsel-Einheit“ zuzuordnen. Sie stellt die tiefste tektonische Einheit im Projektgebiet dar. Auch diese Einheit umfasst einen Kristallinkomplex und permomesozoische Decksedimente, wobei die Kristallingesteine weiträumig dominieren. Das „Wechsel-Kristallin“ wird i.W. von (Para)Gneisen („Wechselgneis“) und den ihnen auflagernden Albitphylliten („Wechselschiefer“) aufgebaut. Die konkordant aufliegenden Decksedimente des Permomesozoikums werden von Serizitphylliten und Serizitschiefern („Alpiner Verrucano“), Semmeringquarzit und gelegentlichen Karbonatgesteinsschollen dominiert. Der tektonische Internbau der Wechsel-Einheit ist - im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Einheiten - etwas weniger komplex, wodurch die Deckgesteine durchwegs in aufrechter Lagerung im Hangenden der Kristallingesteine auftreten. Im kristallinen Kern der Wechsel-Einheit herrschen generell flache Lagerungsverhältnisse mit variablen Einfallsrichtungen vor. Gegen Norden hin unterlagert die Wechsel-Einheit mit flachem Nordfallen die Karbonatgesteine des Sonnwendsteins. Im Bereich des Otterstocks wird die Grenze zwischen Semmering- und Wechsel-Einheit durch steilstehende, W-O verlaufende Störungen überprägt. Gegen Westen hin taucht die Grenze mit mittelsteilem tektonischem Kontakt unter das „Semmering-Kristallin“ ab. Entlang dieser Deckengrenze ist jeweils die Abfolge permomesozoischer Deckgesteine entwickelt. Tektonik Neben den meist flachen bis mittelsteilen Deckengrenzen bzw. Überschiebungsbahnen wird das gesamte Projektgebiet von einer Vielzahl junger, steilstehender Störungszonen durchschlagen. Sie führen zu teils bedeutenden Verstellungen und einer weiteren Zergliederung der o.a. geologischen Großeinheiten. Sprödtektonische Störungszonen sind durch das Auftreten stark zerlegter Gesteine und kataklastischer Störungsgesteine von baugeologischer Bedeutung. Das tektonische Störungsmuster erreicht gebietsweise eine sehr hohe Dichte. Orientierung und Kinematik der Störungen orientieren sich an übergeordneten Störungssystemen von regionaler Bedeutung. Die wichtigsten Störungssysteme im Untersuchungsraum sind: • • • • • Das „Mur-Mürz-Semmering-Wiener-Becken-Störungssystem“: etwa (N)NO-(S)SWstreichende sinistrale Seitenverschiebungen, die häufig zur Ausbildung von DuplexStrukturen führen. Das „Talhof-Aue-Störungssystem“: O-W-verlaufende sinistrale Seitenverschiebungen Die sekundären Störungsstrukturen der o.a. Störungssysteme (synthetische und antithetische Scherflächen sowie Abschiebungen) N-S-streichende, mittelsteil bis steil nach Ost und West einfallende Abschiebungen WNW-OSO-streichende Störungszonen: dextrale Seitenverschiebungen, deren Anlage zum Teil älter als die o.a. Störungssysteme ist (z.B. „Kapellener Störung“, „FeistritztalStörung“). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 23 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Veitscher Decke Norische Decke, Blasseneck-Porphyroid Norische Decke, inkl. Silberberg-Gruppe Neogen von Kirchberg MÜRZZUSCHLAG IL 2 HÜHNERKOGEL SPITAL SEMMERING-KRISTALLIN (inkl. Tratenkogel-Scholle) SEMMERING ALPL Grobgneis Gneis-Grüngesteins-Folge Glimmerschiefer, Quarzphyllit Störungszone Deckengrenze Wechselschiefer OTTERTAL Alpiner Verrucano, Rosskogel-Porphyroid, Keuper (Perm, Obertrias) WECHSEL-KRISTALLIN PROFIL 2 TRATTENBACH OTTER Wechselgneis SONNWENDSTEIN GLOGGNITZ Semmeringquarzit (Skyth) Karbonatgesteine (Mitteltrias) STUHLECK OCHNER HÖHE ZENTRALALPINES PERMOMESOZOIKUM TRATENKOGEL REICHENAU FIL 1 Quartär LANGENWANG OF PR PRO GRAUWACKENZONE ROSSKOGEL HEUKUPPE SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 6: Vereinfachte geologische Karte des Gesamtprojektraumes Seite 24 Norische Decke SCHWARZATAL Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc HEUKUPPE NKA Veitscher Decke WECHSEL-EINHEIT (Wechsel-Kristallin und Permomesozoikum) SO W SEMMERING-EINHEIT (Semmering-Kristallin und Permomesozoikum; inkl. Tratenkogelscholle) OTTER Norische Decke GRAUWACKENZONE SEMMERING-EINHEIT (Permomesozoikum und Kristallinspäne) S ALPL NW TATTERMANNSCHUPPE PROFIL 2 Veitscher Decke mit PM-Spänen GRAUWACKENZONE GWZ-ND Deckscholle aus Blasseneckpophyroid N PROFIL 1 WECHSEL-KRISTALLIN SEMMERING-KRISTALLIN (inkl. Tratenkogel-Scholle) ZENTRALALPINES PERMOMESOZOIKUM GRAUWACKENZONE WECHSEL-EINHEIT (Wechsel-Kristallin und Permomesozoikum) Störungszone Deckengrenze Wechselgneis Wechselschiefer Grobgneis Gneis-Grüngesteins-Folge Glimmerschiefer, Quarzphyllit Serizitschiefer ["Alpiner Verrucano", "Keuper"] (Perm, Obertrias) Semmeringquarzit (Skyth) Karbonatgesteine (Mitteltrias) Veitscher Decke Norische Decke, Blasseneck-Porphyroid Norische Decke, inkl. Silberberg-Gruppe O SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ALPL FRÖSCHNITZGRABEN HÜHNERKOGEL FRÖSCHNITZTAL TRATENKOGEL AUETAL TATTERMANNSCHUPPE Abbildung 7: Schematische geologisch-tektonische Profile durch den Gesamtprojektraum Seite 25 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Geologie des Trassenverlaufs: Nach dem Portal in Gloggnitz durchörtert die Trasse über rund 3 km die Gesteine der Grauwackenzone. Es handelt sich dabei um Schiefer und Phyllite (Norische Decke, Silbersberg-Gruppe) sowie Metasandsteine und graphitische Phyllite (Veitscher Decke) mit eingeschuppten Permomesozoikumsspänen aus Serizitphylliten. Die Gesteine der Grauwackenzone liegen weitgehend stark zerschert vor. Entlang von Störungszonen sind gelegentlich auch Schiefer/Phyllite des Permomesozoikums eingeschuppt. Nach Durchörterung der vielfach stark gestörten Serizitschiefer und Quarzite der „Tattermann-Schuppe“ im Bereich der Querung des Auetals (ca. 0,5 km) werden entlang der Trasse die Gesteine der Semmering-Einheit angetroffen. Die Semmering-Einheit (auf ca. 3,6 km Streckenlänge angetroffen) wird von den Karbonatgesteinen des Graßbergs (v.a. Kalkstein) und des Otters (v.a. Dolomit, Rauhwacke, Brekzien) dominiert. Die Karbonatgesteine sind unterschiedlich stark geklüftet, tw. verkarstet und beinhalten ergiebige Bergwasserkörper. Zwischen dem Graßberg- und dem Otterkarbonatstock ist eine Folge aus teils gipsführenden Serizitphylliten/-schiefern und Kalklagen („Keuper“ bzw. „Alpiner Verrucano“) zwischengeschalten, die intensiv zerschert und vielfach zu Störungsgesteinen überprägt vorliegt (Erstreckung entlang der Trasse ca. 0,9 km). Weiters treten im Bereich der Graßberg-Karbonatgesteine eingeschuppte Späne aus zerscherten Glimmerschiefern des Semmering-Kristallins auf. Im anschließenden, rund 10,6 km langen Abschnitt, durchörtert die Trasse die WechselEinheit. Der Großteil der Strecke wird von den Gesteinen des Wechselgneises (ca. 7,5 km) eingenommen. Der Wechselgneis zeigt variable Ausbildungsformen, die von kompetenten, gering zerlegten Gneisen bis zu stark geschieferten und tw. gescherten Varietäten reichen. Der Wechselgneis wird von einer Hülle aus Wechselschiefern und einer geringmächtigen permomesozoischen Decksequenz überlagert, die infolge des kuppelartigen Internbaues und des gekrümmten Trassenverlaufs zu beiden Seiten des Wechselgneises auftritt und zweimal durchörtert wird (Bereiche Trattenbachtal und Fröschnitzgraben). Die Wechselschiefer (in Summe auf ca. 2,6 km Streckenlänge angetroffen) werden von stark geschieferten Albitphylliten mit teils graphitreichen Einschaltungen aufgebaut. Die darüberliegenden Deckschichten des Permomesozoikums (Gesamterstreckung entlang der Trasse ca. 0,5 km) bestehen vorwiegend aus teilweise gipsführenden Serizitphylliten und Serizitschiefern („Alpiner Verrucano“), aus Semmeringquarzit und untergeordnet aus stark tektonisch deformierten karbonatischen Gesteinen. Ab etwa km 94,3 erreicht die Tunneltrasse wieder Gesteine der Semmering-Einheit und verbleibt in diesen bis zum Portal in Mürzzuschlag. Das Semmering-Kristallin wird vorerst über eine Streckenlänge von rund 3,1 km von meist gering zerlegten Gneisen, Glimmerschiefern und Grüngesteinen aufgebaut („GneisGrüngesteins-Folge“). Die darauffolgenden Glimmerschiefer, Quarzphyllite und Phyllonite („Glimmerschiefer-Folge“; rund 2,5 km Länge) liegen intensiv verfaltet und bereichsweise Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 26 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 stark zerschert vor. Mächtige, mittelsteil nach (N)W fallende Störungszonen sind insbesondere in den Kontaktbereichen zu den angrenzenden Einheiten ausgebildet. Die auf einer Streckenlänge von ca. 1,2 km erwarteten, massigen Grobgneise sind meist deutlich bis stark zerlegt. Im Bereich der Querung des Fröschnitztales grenzen sie wiederum an Glimmerschiefer/Quarzphyllite (Erstreckung entlang der Trasse ca. 0,5 km). Infolge intensiver Störungstätigkeit liegt dieser Gebirgsabschnitt stark zerschert vor. Im westlichsten, etwa 2,3 km langen Abschnitt bis zum Portal in Mürzzuschlag treten wiederum zwischengeschaltene permomesozoische Deckschichten (Karbonatgesteine und untergeordnet Semmeringquarzit) und kristalline Glimmerschiefer bis Quarzphyllite auf. Die Karbonatgesteine (Kalkstein, Dolomit) zeigen wechselnde Zerlegung, der Semmeringquarzit ist weitgehend stark zerlegt bis kataklastisch zerbrochen. Die Glimmerschiefer bis Quarzphyllite treten auf rund 0,6 km Länge in Form einer flachen Muldenstruktur im Hangenden der Karbonatgesteine auf und sind weitgehend dünnschiefrig ausgebildet und bereichsweise zerschert. Der Bergwasserspiegel ist in den Karbonatgesteinen infolge der Pumpmaßnamen im nahegelegenen Begleitstollen bereits bis auf Trassenniveau abgesenkt. 5.2 Großräumige Betrachtung der hydrogeologischen Rahmenbedingungen des gesamten Untersuchungsraumes Aus hydrogeologischer Sicht können im Untersuchungsgebiet hinsichtlich Durchlässigkeit und Wasserführung vereinfacht und generell 3 unterschiedliche Bereiche ausgewiesen werden. Diese sind: • Paläozoische Gesteine der nördlichen Grauwackenzone und kristalline Gesteine (im Wesentlichen schlecht wasserwegig) • Karbonatgesteine Festgesteine (im Wesentlichen sehr gut wasserwegig) • Lockersedimente der größeren Täler (sehr gut wasserwegig – bis schlecht wasserwegig) Die hydrogeologische Beschreibung des Untersuchungsgebietes wird in mehrere Kapitel unterteilt. Die für die Hydrogeologie maßgeblichen Gesteinseinheiten der Karbonatgesteine werden in zwei getrennten Kapiteln beschrieben. Dies sind zum Einen die Karbonatgesteine die zwischen Schottwien im Osten und in weiterer Folge über den Kaltenberg-Kampalpe bis in den westlichen Bereich Kapellen-Kohleben-Kreuzschober anstehen. Zum anderen werden im Südosten des Untersuchungsraumes die Karbonatgesteine des Grasbergers-OtterSonnwendstein-Hirschenkogel-Erzkogel gemeinsam beschrieben. Ein eigenes Kapitel bilden weiters die Gesteine der nördlichen Grauwackenzone, sowie der Keuperserie und der kristallinen Gesteine der Semmering- und Wechseleinheit. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 27 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Karbonatgesteinsschollen, 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 die innerhalb der Keuperserie oder auch entlang der Deckengrenze Semmering-Einheit – Wechseleinheit vorhanden sind, werden nicht in den Kapitel der Karbonatgesteine berücksichtigt. 5.2.1 Hydrogeologische Verhältnisse der nördlichen Grauwackenzone und der Tattermannschuppe Kennzeichnend für den Bereich mit der Grauwackenzone sind sanfte Geländeformen mit nur wenigen Felsaufschlüssen. In diesem Gebiet sind die Gesteine in Hinblick auf die Wasserwegigkeit vorwiegend als sehr gering bis gering durchlässig einzustufen. Die Gesteine wurden fallweise an der Oberfläche angetroffen und in zahlreichen Kernbohrungen für das Projekt Semmering-Basistunnel alt erkundet. Dabei wurden keine signifikanten Hinweise auf größere Kluftwasserführungen dokumentiert. Das Niederschlagswasser fließt vorwiegend oberflächennah ab, wie die Auswertung von Durchflussmessungen an den entwässernden Gerinnen und Bächen bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen zeigen. In Einzugsgebieten über Gesteinen der Norischen Decke sind zahlreiche wasserführende Gräben und Gerinne ausgebildet. Kennzeichnend sind kleinräumige Grundwasserkörper und Hangwasserstränge in der Verwitterungsschwarte der vorwiegend feinkörnigen Metamorphite und den überlagernden Lockergesteinen (Hangschutt und untergeordnet kleinere Bereiche mit Talalluvionen). Im Gelände zeigen sich gehäuft Vernässungszonen, Wiesenabschnitte und Waldbereiche mit feuchtigkeitsanzeigendem Pflanzenbewuchs, Quelltöpfe und Quellaustritte. Dies ist ein Hinweis darauf, dass in diesen Bereichen das Wasser nahe der Oberfläche verbleibt und bereichsweise nach relativ kurzer Wegstrecke wieder in Form von Quellen und in Feuchtgebieten zu Tage tritt. Das Gebirge ist im Trassenbereich sehr stark tektonisch beansprucht und zerschert. Die tektonische Beanspruchung führt allerdings nach dem Geländebefund und der geologischen Dokumentation von Kernbohrungen der Erkundungsphasen zu keiner wesentlichen Erhöhung der Durchlässigkeit und damit zu großräumigeren und tiefer reichenden Verbindungen und Zusammenhängen der genutzten oder potentiell nutzbaren Aquifere. Wassernutzungen in Form von gefassten Quellen und Brunnen sind verbreitet anzutreffen, die Ergiebigkeit der Quellen ist aber meist gering. Für die Versorgung von Ortschaften (zum Beispiel von Pettenbach oder Küb, Gemeindequelle Eichberg usw.) ist es daher erforderlich, mehrere, teilweise räumlich weit von einander entfernte Einzelquellen zu fassen und zusammen abzuleiten. Einzelwasserversorgungen weisen oftmals große Sammelbehälter auf, um den Bedarf decken zu können. Bei den Gesteinen, welche der norischen Decke zugeordnet werden, handelt es sich im Wesentlichen um Phyllite und Schiefer bzw. um Grüngesteine im Allgemeinen. Zusätzlich treten auch innerhalb der norischen Decke Störungsgesteine auf. Die genaue lithologische Beschreibung ist dem geologischen Bericht zu entnehmen. Aus hydrogeologischer Sicht sind die Phyllite und Schiefer, sowie die Störungsgesteine in diesen lithologischen Einheiten eher als schlecht bis sehr schlecht wasserwegig zu bezeichnen. Lokal sehr begrenzte Kluftwasserführungen geringeren Ausmaßes sind zu Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 28 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 erwarten. Bergwasserzutritte in diesen Abschnitten werden vor allem bei Grabenquerungen mit geringeren Überlagerungen zu erwarten sein. Die massigen Grüngesteine werden lokale Kluftwasserführungen aufweisen, wobei großräumigere, hydraulische Zusammenhänge nicht erwartet werden. Bevorzugte Wasserwegigkeiten werden im Bereich von Störungen in Verbindung mit den massigen Grüngesteinen und im Bereich von lithologischen Wechseln sowie bei Grabenquerungen auftreten. Die massigen Grüngesteine sind im Vergleich zu den Phylliten und Schiefern jedoch als besser wasserwegig einzustufen. Innerhalb der Veitscher Decke werden lokale Bergwasserführungen hauptsächlich an die Meta-Quarzkonglomerate und an die Metasandsteine gebunden sein. Ebenso werden lokal Störungen innerhalb dieser Gesteinsserien bevorzugte Wasserwege aufweisen. Die Graphitphyllite und Tonschiefer können als Wasserstauer angesprochen werden. Bergwasserzutritte innerhalb dieser Gesteinseinheiten sind generell nicht zu erwarten, auch Störungen innerhalb dieser Gesteinseinheiten werden eher wasserstauend ausgebildet sein. An einer Reihe von Bohrungen wurden im Rahmen der Untersuchungen zum Projekt Semmering-Basistunnel alt neben Wasserabpressversuchen auch Kurzpumpversuche gefahren. Bei den getesteten Pegelbohrungen genügte meist bereits eine Förderleistung von ca. 0,2 l/s, um diese leer zu pumpen, was generell auf schlechte Durchlässigkeiten im Untergrund schließen lässt. Auch die im Rahmen der aktuellen Erkundungsphase durchgeführten hydraulischen Tests ergaben generell für die Gesteine der Grauwackenzone schlechte Durchlässigkeiten. Diese sollen jedoch nicht dahingehend interpretiert werden, dass im Untergrund über weite Strecken beim Tunnelbau komplett trockene Verhältnisse vorherrschen werden. Durchnässungen können immer wieder auftreten, die jedoch hydrogeologisch hinsichtlich einer Prognose lagemäßig nicht erfassbar sind. Sehr wohl können aber Durchnässungen in gewissen Gesteinsabschnitten innerhalb der Grauwackenzone zu erheblichen geotechnischen Problemen führen, ohne dass dabei massive Kluftgrundwasserführung notwendig ist. Aus hydrogeologischer Sicht kann für den Abschnitt innerhalb der Norischen Decke ausgesagt werden, dass die Hauptentwässerung neben dem Oberflächenabfluss hauptsächlich in den über dem anstehenden Festgesteinsuntergrund ausgebildeten Lockerbereichen stattfindet. Auch innerhalb der Sedimentgesteine der Lockerüberlagerung wird von eher schlechten Durchlässigkeiten ausgegangen. Als Beispiel dafür werden die großen Wasserspiegelschwankungen an einem Hausbrunnen im Bereich Reichenau-Prein Abbildung 8 vorgestellt, die nicht nur durch Entnahmen gesteuert werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 29 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ÖBB_SBT_neu Brunnen 41 400 1,5 370 3,0 340 4,5 310 6,0 280 7,5 250 9,0 220 10,5 190 12,0 160 13,5 130 15,0 100 El. Leitfähigkeit [µS/cm] 0,0 (korr.: 25°C) 01 03 01 02 01 02 01 01 01 02 31 02 01 01 01 01 02 31 31 01 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .01 .0 1 .0 1 .0 1 .1 2 .0 1 .0 1 .01 .0 1 .0 1 .1 2 .0 1 .1 2 .01 .0 1 .0 1 .0 1 .1 9 .2 0 .1 9 .20 .1 9 .2 0 .1 9 .20 .1 9 .20 .1 9 .2 0 .19 .2 0 .1 9 .2 0 .1 9 .1 9 .19 .2 0 .1 9 97 07 96 06 95 05 94 04 92 03 92 02 91 01 00 89 88 99 88 98 08 Abstichmaß [m] 01 Abbildung 8: Ganglinie der Grundwasserstände (blau) im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit (rot) an der Messstelle 41 - Hausbrunnen Wesentlich für die Bergwasserführung an Störungszonen wird sein, ob bzw. wie diese Bereiche sekundär wieder verfüllt wurden. Innerhalb der Phyllitstrecken wurde das ursprüngliche phyllitische Gestein teilweise aufgrund tektonischer Zerlegung in tonige Kataklasite übergeführt. Eine tiefreichende Entwässerung an solchen Bahnen ist daher nicht anzunehmen. Im Abschnitt der Veitscher Decke können die Gesteine einem örtlich rasch wechselnden Aufbau unterliegen. Innerhalb der Veitscher Decke sind lokale Bergwasserführungen hauptsächlich an die Meta-Quarzkonglomerate und an die Metasandsteine gebunden. Ebenso können lokal Störungen innerhalb dieser Gesteinsserien bevorzugte Wasserwege im Untergrund aufweisen. Die Graphitphyllite und Tonschiefer können als Wasserstauer angesprochen werden, auch Störungen innerhalb dieser Gesteinseinheiten werden eher wasserstauend ausgebildet sein. Aus hydrogeologischer Sicht ist in diesem Abschnitt das Vorhandensein von sulfathältigem Gestein von Bedeutung. Hier muss auf jeden Fall mit dem Auftreten von betonaggressiven Wässern gerechnet werden. Im Abschnitt des Eselbachgrabens und im Bereich des Schonergrabens wurde bei Bohrungen gespanntes Grundwasser angetroffen. Es ist daher zu erwarten, dass auch bei anderen Grabenquerungen in diesem Bereich gespannte Grundwässer vorhanden sind. Aus hydrogeologischer Sicht kann für den Abschnitt innerhalb der Veitscher Decke ebenfalls ausgesagt werden, dass die Hauptentwässerung neben dem Oberflächenabfluss in den über dem anstehenden Festgesteinsuntergrund ausgebildeten Lockerbereichen stattfindet. Auch innerhalb der Sedimentgesteine der Lockerüberlagerung wird von eher schlechten Durchlässigkeiten ausgegangen. Pumpversuche an zu Pegeln ausgebauten Bohrungen weisen in diese Richtung. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 30 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Innerhalb der Gesteine der Tattermannschuppe muss von lokalen Kluftwasserführungen im Untergrund entlang den eingeschuppten Quarziten und Karbonatgesteinen ausgegangen werden. Die Tattermannschiefer sind generell als wasserstauend zu beschreiben. So bilden sie u.a. die stauenden Gesteine für die Quellaustritte der Bertaquelle (Nr. 18) und der Eselbachquelle (Nr. 3), die ihr Einzugsgebiet in den Karbonatgesteinen des Kaltenberges innehaben, und am Kontakt zu Tattermannschiefern als Art Überlaufquellen austreten (siehe Abbildung 9). Abbildung 9: Lage der Bertaquelle und Eselbachquelle am Kontakt zu den Tattermannschiefern und Lage der Staudenpeter und Kientalquellen im Bereich Kapellen und des Quellbereiches Kohleben Hydrogeologisch können diese Einheiten überblicksmäßig so zusammengefasst werden, dass die Gesteine der Grauwackenzone wegen ihrer lithologischen Zusammensetzung aus vorwiegend phyllitisch-schiefrigen Gesteinen geringe Wasserdurchlässigkeiten aufweisen. Aus diesem Grund erfolgt die Entwässerung hier vorwiegend oberflächig. Nahezu jeder kleine Taleinschnitt wird über ein Oberflächengerinne entwässert. In diesen Gebieten sind lokal begrenzte Grundwasserkörper ausschließlich auf oberflächennahe Verwitterungs- und Auflockerungsbereiche beschränkt. In tieferen Abschnitten sind nur begrenzte, gering ergiebige Bergwasserführungen bevorzugt entlang von Störungen zu erwarten. In Hinblick auf unterirdische Hohlraumbauten innerhalb der Grauwackenzone im Arbeitsgebiet ergeben sich aus hydrogeologischer Sicht günstige Bedingungen. Es ist weder mit größeren Wasserzutritten bei Vortrieben im Festgestein zu rechnen, noch sind ungünstige Auswirkungen auf bestehende Wassernutzungen zu erwarten, so ferne genügend Überdeckung vorhanden ist. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 31 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.2.2 Karbonatgesteine im Zentralbereich des Untersuchungsgebietes Das Landschaftsbild wird hier von schroffen Felsformationen, größeren Erhebungen und steilen Geländegradienten geprägt. Südlich der Gesteine der Grauwackenzone (die Gesteine der Grauwackenzone sind nur im Nordabschnitt des Untersuchungsgebietes vorhanden) treten diese sehr gut wasserwegigen, verkarsteten Karbonatgesteine auf. Weitreichende hydraulische Zusammenhänge sind innerhalb dieser Karbonatgesteine zu erwarten und damit auch weitreichende mögliche Auswirkungen an der Oberfläche. Im Zentralbereich erstrecken sich die Karbonatgesteine vom Westen (KreuzschoberMahdtalkogel) über Kohleben, Große Scheibe, Kampalpe bis nach NÖ über die Adlitzgräben in Richtung Osten, um im Bereich etwa ab Schottwien unter die neogenen Talsedimente abzutauchen. Über weite Strecken liegen diese Karbonatgesteine abflusslos vor, sieht man lokal von Oberflächengewässern geringer Schüttung ab, die hydraulisch abgekoppelt anzusehen sind. Im Westen ist das überlagernde Permomesozoikum im Grenzbereich zum SemmeringKristallin stark tektonisch verschuppt, mit Wechsellagerungen von Quarzit und Karbonatgesteinen. Die Karbonatgesteine sind zum Teil tiefreichend verkarstet und beinhalten ergiebige Bergwasserkörper. Als hangendste Einheit treten hier permische Porphyroide auf, die im Grenzbereich zum Permomesozoikum ebenfalls stark mit diesem verschuppt sind. Das Einfallen der meist flachen Deckenstapelung weist hier in nordwestliche bis westliche Richtungen. Die Einfallsrichtungen der Schicht- und Schieferungsflächen des Permomesozoikums weisen eine große Variabilität auf. Es überwiegen flach bis mittelsteil bzw. steil einfallende NE-SW-streichende und steil einfallende NW-SE-streichende Kluftflächen. Im Permomesozoikum treten zusätzlich E-Wstreichende um die Vertikale pendelnde und N-S-streichende mittelsteil gegen E bzw. W einfallende Häufungen auf. Der nach Westen hin ausdünnende Karbonatzug im Bereich Mahdtalkogel – Kreuzschober – Höllgraben - Feistritzberg weist gute Durchlässigkeiten auf. Durch die ausgeprägte Verkarstung ist eine gute Wasserwegigkeit gegeben. Der nordöstlichste Bereich (Einzugsgebiet Dietlergraben) liegt weitgehend abflusslos vor, Richtung Westen hin nimmt die Abflussspende stark zu und ergibt sich im Einzugsgebiet Glawoggengraben Mitte im Wesentlichen aus Quellaustritten, die im Nahbereich des unterlagernden, wasserstauenden Semmeringkristallins in der Talsohle situiert sind. Im westlichsten Bereich (Feistritzberg) befindet sich eine, ebenfalls im Grenzbereich zum unterlagernden Semmeringkristallin liegende, stark schüttende Karstquelle, die für die Wasserversorgung der Gemeinde Krieglach verwendet wird. Aufgrund der hydrochemischen in Zusammenschau mit den geologisch/hydrogeologischen Gegebenheiten kann vermutet werden, dass zumindest ein Teil des Wassers aus dem Einzugsbereich des Dietlergrabens in Richtung Südosten unterirdisch abfließt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 32 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Der Bereich der Kampalpe, welcher von Karbonatgesteinen aufgebaut wird, liegt oberflächenabflusslos vor. Aus anderen Untersuchungen im Bereich Schottwien ist bekannt, dass diese Karbonatgesteine tiefgründig verkarstet sind, und sehr gute Wasserwegigkeiten aufweisen. Im Einzugsgebiet der Kampalpe-Ziehgraben ist kein Oberflächenabfluss vorhanden. Daraus kann einerseits die angesprochene sehr gute Durchlässigkeit der Karbonatgesteine abgeleitet werden, andererseits fliesen auch sehr große Wassermengen im Untergrund ab, da aus der Wasserbilanz der oberirdische Abfluss nach Niederschlagereignissen komplett fehlt und sich die Größe der Grundwasserneubildung nur aus den beiden Gliedern der Wasserbilanz Niederschlag minus Verdunstung abschätzen lässt. Die Entwässerungsrichtung im Untergrund in diesem Abschnitt dürfte West-Ost verlaufen. Im Bereich Schottwien tauchen die Karbonatgesteine unter die neogenen Talsedimente ab. In diesem Bereich ist auch die sogenannte Palkaquelle (FS092) situiert. Es besteht aufgrund der hydrochemischen und isotopenhydrologischen Untersuchungen in Zusammenschau mit den geologisch/hydrogeologischen Gegebenheiten die Vermutung, dass zumindest ein Teil des Wassers der Palkaquelle sein Einzugsgebiet in den Karbonatgesteinen des Bereiches Adlitzgraben-Kampalpe hat. Die ähnliche hydrochemische und isotopenhydrologische Zusammensetzung der Quellwässer am Grabenausgang des Adlitzgrabens und der Grundwässer in einer Bohrung im Adlitzgraben im Vergleich zum Quellwasser der Palkaquelle weisen in diese Richtung. Entlang dem Adlitzgraben, dem Eselstein, im westlichen Rotgraben, im Bereich der Ochnerhöhe und des Pinkelkogels sind vorwiegend karbonatische Gesteine (Dolomit, Dolomitmarmor, Kalkstein) anzutreffen, die im Adlitzgraben intensiv tektonisch beansprucht sind. Diese Gesteine werden in das Permomesozoikum der Semmering-/ Wechsel-Einheit und Tattermannschuppe eingeordnet. Die Gesteine sind verkarstet, oberflächennahe Abflüsse in diesem Bereich finden nur untergeordnet statt. Die Vegetation zeigt in weiten Bereichen trockene Bedingungen im Boden an und Quellaustritte und Vernässungszonen sind nur sporadisch anzutreffen. Dafür ist die Ergiebigkeit einiger weniger Quellen entsprechend hoch. Quellen finden sich oftmals im Grenzbereich zu dichteren Gesteinen (zum Beispiel feinkörnigen Serizitschiefern) oder in Gebieten, in denen das Gebirge (Karbonatgesteine) durch tektonische Beanspruchung (Scherzonen) für Wasser bereichsweise geringer durchlässig wird. Diese mächtigen verkarsteten Karbonatgesteine des Zentralbereiches erstrecken sich in westliche Richtung (Stmk.) über den Bereich Kapellen-Kohleben hinaus bis hin zum Kreuzkogel/Mahdtalkogel. Auch in diesem Abschnitt ist eine Reihe von großen Karstquellen vorhanden, die ebenfalls für Trinkwasser verwendet werden. Dabei sind die Staudenpeterquellen (private Trinkwasserversorgung), sowie die Kientalquellen (TWVA Kapellen) und der Quellbereich Kohleben (TWVA Mürzzuschlag) zu nennen. Die Lage dieser Quellen ist der Abbildung 9 zu entnehmen. Im Untergrund lässt sich für diese Quellwässer innerhalb der verkarsteten Karbonatgesteine eine Entwässerungsrichtung von Ost nach West ableiten. Im Rahmen von Markierungsversuchen wurde diese Entwässerungsrichtung am Beispiel Krampusgraben – Staudenpeterquellen-Kientalquellen nachgewiesen (siehe Abbildung 9). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 33 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Ob der gesamte Karbonatstock zwischen Schottwien im Osten und Kohleben im Westen ein einheitlich zusammenhängendes hydraulisches System darstellt, ist nicht bekannt. Die hydrogeologische Modellvorstellung der unterirdischen Entwässerung geht eher von größeren hydraulischen Einheiten aus, die voneinander durch minder permeable bis stauende Schichten getrennt sind. Regional gesehen entwässert der östliche Abschnitt der Karbonatgesteine nach Osten, der westliche Abschnitt nach Westen. Im Wallersbachgraben, im Zentralbereich dieser Karbonatgesteine der Kampalpe sind die sogenannten Wallersbachquellen gelegen, die einen Teil der Trinkwasserversorgungsanlage der Stadtgemeinde Mürzzuschlag darstellen (Lage der Quellen siehe Abbildung 9). Diese Wallersbachquellen entspringen auf einer Seehöhe von etwa 1050 m, während die Karstquellen im Bereich Kapellen und Kohleben im Tal auf einer Seehöhe von etwa 700-800 m austreten. In diesem Abschnitt liegt somit eine Entwässerungsrichtung der Karbonatgesteine im Untergrund in südliche Richtung vor. Aufgrund der unterschiedlichen Entwässerungsrichtung sowie auch Austrittsseehöhen etwa 200-300 von auf m Grund kann der ein deutlich unterschiedlichen hydraulisch abgeschlossenes Einzugsgebiet im hinteren Abschnitt des Wallersbachgrabens angenommen werden. Die im hintersten Abschnitt des Wallersbach abfließenden Oberflächengerinne aus den phyllitischen Gesteinsbereichen verlieren ebenfalls ihr Wasser zur Gänze beim Durchfließen der Karbonatgesteinspassagen, und treten hier an den Wallersbachquellen wieder zu Tage. Im Rahmen des Projektes Semmering-Basistunnel alt, wurden bereits verkarstete, stark wasserführende Karbonatgesteine durch den Begleitstollen aufgeschlossen. Dabei wurden im Portalbereich Mürzzuschlag, und bei und nach der Querung des Wallersbachgrabens Karbonatgesteine durchörtert. Detaillierte Ausführungen zu den hydraulischen, isotopenhydrologischen und hydrochemischen Auswertungen und Interpretationen ist in den entsprechenden hydrogeologischen Berichten zu entnehmen, die zum damaligen Zeitpunkt noch im Auftrag der HL-AG erstellt wurden. Zusammenfassend kann für die Karbonatgesteine, die im Rahmen des Begleitstollens aufgefahren wurden ausgesagt werden, dass sie sehr gut wasserwegig sind, und ein gut durchlässiges Karst-Kluftnetz vorliegt. Sehr große Hohlräume und/oder Höhlen wurden beim Vortrieb nicht angetroffen. Im Bereich Wallersbachgraben kam es beim Antreffen der Karbonatgesteine (Karbonatbereich II – Benennung im Projekt SBT_alt-Pilotstollen) zu großen Bergwasserzuflüssen. Nach diesen Karbonatgesteinen wurden beim Begleitstollen phyllitische Gesteine aufgefahren, um In weiterer Folge beim Vortrieb erneut Karbonatgesteine (Karbonatbereich III – Benennung im Projekt SBT_alt-Pilotstollen) zu durchörtern. Im Zuge von Pumpmaßnahmen innerhalb der Karbonatgesteine bei der Querung des Wallersbachgrabens (Brunnenfilternische 1 - Karbonatbereich II) konnte der Bergwasserspiegel bis unter Stollenniveau abgesenkt werden. Beim Antreffen der Karbonatgesteine des Karbonatbereiches III wurden trotz der ständigen Pumpmaßnahmen im Karbonatbereich II erneut große Bergwassermengen angetroffen. Für den weiteren Vortrieb wurde im Karbonatbereich III ebenfalls eine Brunnenfilternische errichtet, um auch in diesem Abschnitt den Bergwasserspiegel unter Stollenniveau absenken zu können. Bei Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 34 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie anschließenden 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Pumpversuchen zeigte sich, dass beide Karbonatgesteinsbereiche hydraulisch zusammenhängen (siehe Abbildung 10). Pegelstände Pilotstollen Semmering 655 650 P 2785 - Karbonatbereich II P 3240 - Karbonatbereich III Seehöhe Bergwasserspiegel [m] 645 640 635 Aufspiegelversuch Jänner 1999 630 625 620 Aufspiegelversuch August 1998 615 610 605 15.04.98 06.05.98 27.05.98 17.06.98 08.07.98 29.07.98 19.08.98 09.09.98 30.09.98 21.10.98 11.11.98 02.12.98 23.12.98 13.01.99 03.02.99 24.02.99 17.03.99 Abbildung 10: Zeitlicher Verlauf des Bergwasserspiegels in den Karbonatbereichen II und III während der beiden Aufspiegelversuche Aufgrund der Tatsache, dass durch die lang anhaltenden Pumpmaßnahmen im Karbonatbereich II keine deutliche Vorentwässerung im Karbonatbereich III stattgefunden hat, muss davon ausgegangen werden, dass Karbonatgesteinsabschnitte immer wieder durch minder durchlässige Zonen voreinander getrennt sind, hydraulisch jedoch kommunizieren. Dies sollte bei der Planung des Vortriebes innerhalb der Karbonatgesteine berücksichtigt werden, um z.B. durch Vorbohrungen Entwässerungsmaßnahmen einleiten zu können. 5.2.3 Hydrogeologische Verhältnisse der Keuperserie Entlang eines Westsüdwest verlaufenden Zuges von Spital am Semmering über Semmering weiter in den Myrtengraben, den Ortsteil Greis, nördlich Maria Schutz bis zum Göstrizgraben stehen Serizitschiefer („Keuperschiefer“) mit Karbonateinschaltungen, Rauhwacken und Quarziten an, die teilweise gipsführend sind. Diese Gesteine gehören ebenfalls dem Permomesozoikum der Semmering-/ Wechsel-Einheit und Tattermannschuppe an. Die Gesteine bilden sanfte Geländeformen und sind selten an der Oberfläche aufgeschlossen. Vernässungszonen und Quellaustritte sind im Gegensatz zu den Gebieten mit Karbonatgesteinen häufiger. Generell dominiert in diesem Bereich der oberflächennahe Abfluss des Niederschlagswassers. Artesisch gespannte Grundwasserverhältnisse in eingeschuppten Karbonatspänen wurden in der Bohrung KB-49/06 (siehe Lageplan Erkundungsmaßnahmen 5510-EB-5000AL-02-0102-E02) beobachtet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 35 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mit gespanntem Wasser und durch Lösungsvorgänge erweiterte Trennflächen muss gerechnet werden. Verbindungen und in die Tiefe reichende Wasserführungen in angelösten Evaporitpartien sind nicht auszuschließen. Im Rahmen des Projektes S6 Semmering Schnellstraße wurden die Gesteine der „Keuperserie“ im steirischen Abschnitt bereits durch die beiden Tunnel Steinhaus und Spital durchörtert. Hinsichtlich der hydrogeologischen Situation beim Tunnel Spital und Tunnel Steinhaus kann ausgesagt werden, dass die Bergwasserzutritte ein nur sehr lokal begrenztes Einzugsgebiet aufwiesen. Die Hauptwasserzutritte waren an die Karbonatgesteinseinschaltungen innerhalb der „Keuperserie“ gebunden. Durch ihre isolierte Lage innerhalb der „Keuperserie“ waren die Auswirkungen der Bergwasserzutritte räumlich sehr begrenzt. Weitreichende Auswirkungen traten prognosegemäß nicht ein. Neben den Hauptwasserzutritten aus den Karbonatgesteinen wurden im Rahmen der Vortriebsarbeiten immer wieder Bereiche geringfügiger Wasserführung angetroffen. Diese, vorwiegend aus phyllitischen Gesteinen stammenden Wasserzutritten manifestierten sich in Form strähniger Zutritte und Tropfwässern im Bereich von Gebirgsankern und Feuchtbereichen. Nur in unmittelbarer Nähe zum Tunnelvortrieb wurden an Pegelbohrungen Auswirkungen auf den lokalen Grundwasserstand gemessen. Weiterreichende zusammenhängende hydrogeologische Systeme wurden prognosegemäß nicht angetroffen, sodass das lokale Absinken des Wasserspiegels in den beobachteten Bohrungen nur als ein sehr lokaler, eng begrenzter Vorgang zu interpretieren war. Neben der Tatsache, dass sich daraus keine weitreichenden Auswirkungen ergeben können, ist es aus Beweissicherungsgründen von Bedeutung, dass an einigen Bohrungen wieder deutliche Aufspiegelungsvorgänge stattgefunden haben. 5.2.4 Kristalline Gesteine – Phyllite, Schiefer und Gneise der Semmering Einheit und der Wechseleinheit Die kristallinen phyllitischen Gesteine des Semmering-Kristallins können als schlecht wasserwegig bezeichnet werden, untergeordnet sind geringe Kluftwasserführungen und Durchnässungen des Gebirges im Untergrund vorstellbar. Diese Gesteine wurden bereits durch den Begleitstollen zum Projekt Semmering-Basistunnel alt aufgefahren. Es hat sich dabei gezeigt, dass lokal nur untergeordnete Kluftwasserführung vorhanden ist. Zudem konnte auch beobachtet werden, dass anfangs gering bis sehr gering rinnende Kluftwasserzutritte nach einiger Zeit trocken fielen. Im Zentralbereich des Untersuchungsgebietes ist zudem zu beobachten, dass eine Vielzahl von oberirdischen Gerinnen, die aus den phyllitischen Gesteinsbereichen abfließen, beim anschließenden Abfluss in den Karbonatgesteinen zur Gänze in den Untergrund versickern bzw. versinken. Sehr markant ist dies im Bereich Talhof und im Krampusgraben zu beobachten. An diesen Stellen wird der oberirdische Abfluss zur Gänze direkt über eine Höhle in den Untergrund abgeleitet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 36 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Orographisch rechts der Mürz, westlich bzw. nordwestlich von Mürzzuschlag, nehmen die Quarzphyllite bis Glimmerschiefer des Semmering-Kristallins im Wesentlichen die zur Mürz abfallenden Talflanken südlich bzw. südöstlich der Linie Lammer – Kreuzschober – Hauzenberg ein. Sie stellen eine Abfolge stark geschieferter Gesteine mit schwankendem Quarzgehalt und unterschiedlich starker tektonischer Überprägung dar. Das überlagernde Permomesozoikum ist im Grenzbereich zum Semmering-Kristallin stark tektonisch verschuppt, mit Wechsellagerungen von Quarzit und Karbonatgesteinen. Orographisch links der Mürz, können vier verschiedene Bereiche hinsichtlich des Gefüges unterschieden werden. Den Bereich „Bärenkogel“ begrenzen im Norden das Mürztal und im Osten der Ganz- und Kogelbach bzw. dessen Fortsetzung über die Einsattelung östlich des Bärenkogels zur südlichen Grenze des Pretulbaches. Er wird von den Gesteinen des Semmeringkristallins und den karbonatisch dominierten Abfolgen des Permomesozoikums aufgebaut, wobei Karbonatgesteinsschollen unterschiedlicher Mächtigkeit in das aus Quarzphylliten bis Glimmerschiefern bestehende Kristallin eingeschuppt sind. Die Einfallsrichtungen des Semmering-Kristallins und des Permomesozoikums variieren bei flachen bis steilen Einfallswinkeln von SW bis NW und von NE bis SE. Diese heterogene Gefügesituation ist auf eine starke tektonische Beanspruchung an SW-NE-, N-S- und NWSE-streichenden Störungen und Störungszonen zurückzuführen und wird durch das Auftreten von Massenbewegungen verstärkt. Die Kluftflächen des Semmering-Kristallins sowie des Permomesozoikums zeigen ein überwiegend mittelsteiles bis steiles Einfallen in alle Richtungen, wobei sich zwei dominante Kluftscharen mit Streichrichtungen NNW-SSE bis NNE-SSW bzw. ENE-WSW bis ESE-WNW und einem um die Vertikale pendelndem Einfallen abzeichnen. Obwohl in diesen Abschnitten auch Karbonatgesteine größeren Ausmaßes vorhanden sind (z.B. Bärenkogel), werden sie hier beschrieben, dass sie als Art Schollen in das Kristallin eingeschuppt sind. Die orographisch rechts der Mürz im Bereich südlich der Linie Lammer – Kreuzschober – Hauzenberg gelegenen phyllitischen Gesteine des Semmering-Kristallins zeigen auf Grund ihrer geringen Durchlässigkeiten eine deutliche Oberflächenentwässerung. Sämtliche, die Einzugsgebiete entwässernde Gräben, sind Wasser führend und alle Einzugsgebiete weisen ähnliche Abflussspenden auf. In diesen Gebieten sind lokal begrenzte Grundwasserkörper ausschließlich auf oberflächennahe Verwitterungs- und Auflockerungsbereiche beschränkt. In tieferen Abschnitten sind nur begrenzte, gering ergiebige Bergwasserführungen bevorzugt entlang von Störungen zu erwarten. Südöstlich des Stürzerkogels versickern im südöstlichsten Abschnitt des Einzugsgebietes die Oberflächenwässer des Grabens /Schwemmkegelsedimenten. Eine zur Gänze in Alimentierung gut durchlässigen des Hangschutt- Karstwasserkörpers der unterlagernden, stark verkarsten Karbonatgesteine ist wahrscheinlich. Südlich der Mürz zeigen die Einzugsgebiete, in denen phyllitischen Gesteine des Semmering-Kristallins mit eingeschalteten permomesozoischen Karbonatschollen dominieren eine ähnliche Abflusssituation wie die Kristallin-dominierten Einzugsgebiete orographisch rechts der Mürz. Der Abfluss findet hauptsächlich oberflächlich statt. In den Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 37 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie kristallinen Gesteinen oberflächennahe 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 sind lokal Verwitterungs- begrenzte und Grundwasserkörper Auflockerungsbereiche ausschließlich beschränkt. In auf tieferen Abschnitten sind nur begrenzte, gering ergiebige Bergwasserführungen bevorzugt entlang von Störungen zu erwarten. Die Karbonatschollen des Bärenkogels sind weitgehend abflusslos und weisen auf Grund ihrer z.T. ausgeprägten Verkarstung gute Durchlässigkeiten auf. Die einzelnen Karbonatkörper sind vermutlich durch gering durchlässige Gesteine oder Störungszonen in einzelne Kompartements aufgegliedert. Eine Kommunikation untereinander konnte nicht festgestellt werden. In den meist von Lockergesteinen überlagerten Randbereichen zu den kristallinen Gesteinen treten an Tiefpunkten der Karbonatschollen Quellen zu Tage, und werden meist zur Einzelversorgung herangezogen. Der zwischen Kranzbauer (Nord) und Strauß (Süd) gelegene Karbonatkörper wird für die Trinkwasserversorgung von Mürzzuschlag genutzt. Die im Süden des Untersuchungsgebietes vorhandenen Gneise im Semmering Kristallin weisen zusammengefasst generell etwas bessere Durchlässigkeiten auf, als die schiefrigen, phyllitischen Gesteine. Lokal muss innerhalb der massigen Gneise mit tieferreichenden Kluftwasserführungen gerechnet werden, die jedoch als nicht großräumig hydraulisch zusammenhängend prognostiziert werden. Die hydrogeologische Modellvorstellung geht davon aus, dass Kluftwasserführungen im Untergrund hinsichtlich ihrer Verbreitung und hydraulischen Wirksamkeit nur lokalen Charakter haben werden. Ebenso sind flächenhafte Zutritte in Form von Firstregen vorstellbar. Im Bereich des Oberlaufs des Ganzbachs findet sich eine große Anzahl an Einzelquellen. Viele davon sind gefasst und stellen einen Teil der Trinkwasserversorgung der Gemeinde Mürzzuschlag dar. Aufgrund der großen Anzahl an Quellen kann angenommen werden, dass die Entwässerungssysteme innerhalb der Gesteine des Semmering-Kristallins im Untergrund zum überwiegenden Anteil nur sehr seicht vorliegen. Weiters kann angenommen werden, dass diese hauptsächlich an die Lockerüberlagerungen über dem Festgesteinsuntergrund gebunden sind. Der Dürrgrabenbach entwässert in seinem hinteren Abschnitt schlecht durchlässige Gesteine der Wechseleinheit. In diesem Bereich liegt eine Vielzahl an Einzelquellen vor. Viele davon sind gefasst und stellen einen Teil der Trinkwasserversorgung der Gemeinde Semmering dar. Aufgrund der Vielzahl der Quellen kann interpretiert werden, dass die Entwässerungssysteme innerhalb der Gesteine der Wechseleinheit im Untergrund zum überwiegenden Anteil nur sehr seicht vorliegen, und diese hauptsächlich an die Lockerüberlagerungen über dem Festgesteinesuntergrund gebunden sind. Tieferreichende Entwässerungsbahnen sind nur lokal und sehr eingeschränkt vorstellbar. Hydrogeologisch können diese Einheiten überblicksmäßig so zusammengefasst werden, dass die Wechseleinheit wegen ihrer lithologischen Zusammensetzung aus vorwiegend phyllitisch-schiefrigen Gesteinen geringe Wasserdurchlässigkeiten aufweisen. Aus diesem Grund erfolgt die Entwässerung hier vorwiegend oberflächig. Nahezu jeder kleine Taleinschnitt wird über ein Oberflächengerinne entwässert. In diesen Gebieten sind lokal Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 38 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 begrenzte Grundwasserkörper ausschließlich auf oberflächennahe Verwitterungs- und Auflockerungsbereiche beschränkt. In tieferen Abschnitten sind nur begrenzte, gering ergiebige Bergwasserführungen bevorzugt entlang von Störungen zu erwarten. 5.2.5 Karbonatgesteine im Südosten des Untersuchungsgebietes – Grasberg/Otter/Sonnwendstein/Hirschenkogel/Erzkogel In den großteils tiefgreifend verkarsteten Karbonatgesteinszügen des mittleren Abschnitts erfolgt die Entwässerung hingegen zum überwiegenden Teil über Klüfte im Berginneren. Oberflächengerinne fehlen hier großflächig. Sie sind nur am Übergang zu stauenden Gesteinseinheiten als Abflussgerinne teils starker Überlaufquellen ausgebildet. Die Karbonatgesteine weisen im Bereich Grasberg/Otter auch eine interne Gliederung durch E-W-streichende Störungszonen auf, die wegen ihrer lithologischen Zusammensetzung aus weitgehend wasserundurchlässigen Störungsgesteinen nicht nur eine morphologische Gliederung in einzelne E-W verlaufende Karbonatgesteinszüge sondern auch eine hydraulisch wirksame Trennung in einzelne sehr ergiebige Bergwasserkörper bewirken. Analog zur Oberflächenentwässerung der größeren Gerinne (Schwarza, Auebach, Trattenbach) erfolgt offensichtlich auch die Entwässerung der Bergwasserkörper in den Karbonatgesteinszügen bevorzugt in östlicher Richtung. Dies ist vermutlich auf das östlich angrenzende Wiener Becken zurückzuführen, wo über Staffelbrüche die Gesteine der alpinen Decken tief unter die heutige Geländeoberfläche abgesenkt werden. Die größten Quellaustritte befinden sich demnach immer beim östlichen Auskeilen der Karbonatgesteinszüge. Die Karbonatgesteine des Sonnwendsteins und des Hirschenkogels wurden bereits durch den Semmering Tunnel im Rahmen des Projektes S6 Semmering Schnellstraße aufgefahren. Der Tunnel durchörterte zunächst noch die Gesteine der Keuperserie, und gelangte nach Karbonatgesteine der Semmering des Störung in die verkarsteten, Sonnwendstein-Hirschenkogelmassivs. wasserführenden Die Gesteine der „Keuperserie“ im Norden der Karbonatgesteine stellen den Stauer dar, an welchem eine Reihe von Überlaufquellen austreten. Ähnlich ist die Situation im Bereich der Karbonatgesteine des Kaltenberges zu den stauenden Gesteinen der Tattermannschuppe zu bewerten. Die größten Quellen, die an dieser Überschiebungslinie austreten, sind die die sogenannten Göstritzquellen (Nr. 541 und 542 Im Detaillageplan der Messstellen Teil West und siehe auch Abbildung 36). Ein Austritt der Göstritzquellen ist gefasst, und wird derzeit von der Gemeinde Schottwien für Trinkwasserzwecke genutzt. Bei Auffahren der Karbonatgesteine hat sich gezeigt, dass ein Großteil der Bergwasserzutritte eher flächenhaft zutritt. Größere Einzelzutritte waren selten. Der Schüttungsverlauf der gesamten Bergwassermenge, die beim Ostportal im Bereich Greis in den Greisbach eingeleitet werden, zeigt große saisonal bedingte Schwankungen (siehe Abbildung 11). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 39 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 11: Bergwassermenge Tunnel Semmering Diese mehrjährige Ganglinie zeigt, dass es sich bei den anfallenden Bergwässern nicht um ein „Auslaufen“ handelt, sondern der Verlauf als wiederkehrendes Schüttungsverhalten interpretiert werden kann. Daraus lässt sich für den beobachteten Zeitraum ableiten, dass der Aquifer bzw. die Aquifere nicht entleert wurden, sondern davon ausgegangen werden kann, dass die kontinuierlich gemessene gesamte Bergwassermenge die natürlich bedingten jahreszeitlichen Schwankungen repräsentiert. Somit findet eine Regeneration der drainagierten Bergwässer statt und der zyklische Verlauf der Bergwassermenge ist auch in Zukunft zu erwarten. Südwestlich der Linie Sonnwendstein-Hirschenkogel schließt noch der Karbonatstock des Erzkogels bis in das Fröschnitztal an. Der Erzkogel selbst, ist wie auch der Sonnwendstein und der Hirschenkogel nahezu oberflächenabflusslos. Große Karstquellen sind nur im Fröschnitztal bekannt. Eine dieser Karstquellen ist gefasst und stellt heute einen Teil der Trinkwasserversorgung der Gemeinde Spital am Semmering dar. Der Dürrgrabenbach entwässert in seinem hinteren Abschnitt schlecht durchlässige Gesteine der Wechseleinheit. Der Oberflächenabfluss des Dürrgrabenbaches schneidet infolge seiner nach Nordwesten ausgerichteten Abflussrichtung in die Karbonatgesteinseinheiten des Hirschenkogels bzw. Erzkogels ein. Beim Durchfließen dieser Passage, wo im Untergrund die verkarsteten Karbonatgesteine anstehen, verliert der Bach zur Gänze sein Wasser. Der Grabenausgang ist die meiste Zeit des Jahres über trocken: Nur zu Zeiten der Schneeschmelze oder zu bzw. kurz nach Starkregenereignissen führt der Dürrgarbenbach über seine gesamte Strecke Wasser. Ein Großteil dieser Wässer fließt unterirdisch in Richtung Westen ins Fröschnitztal ab, um hier u.a. wieder an den hier gelegen Karstquellen auszutreten. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 40 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5.3 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abflussentstehungsmodellierung – Wasserbilanz Für die Erstellung der Wasserbilanz wurde das flächendetaillierte hydrologische Modell MIKE-SHE (DHI, 2008) verwendet. Mit diesem Modell können neben den hydrologischen Bilanzgrößen Abfluss, Niederschlag und Verdunstung auch Aussagen über die in Boden und Untergrund gespeicherten Wassermengen erfolgen. Zudem können auch Abschätzungen über Abflussanteile getätigt werden, welche tiefer zirkulieren und auch einzugsgebietesübergreifend vorhanden Ausgangsparameter sind sein in können. den Die dazu nachfolgenden notwendigen Kapiteln Grundlagen kurz erläutert und und zusammengefasst. In dieser Phase der hydrologisch-hydrogeologischen Untersuchungen kann nur auf einen sehr kurzen Zeitraum der Messungen zurückgegriffen werden. Da aber die Messungen derzeit selbstverständlich weiter laufen, werden die Aussagen zur Wasserbilanz in weiterer Folge mit neuen und längeren Datensätzen zusätzlich abgesichert. 5.3.1 Gebietsdaten für die hydrologische Modellierung Für die flächendetaillierte Modellierung wurden folgende Gebietsdaten verwendet: • Digitales Höhenmodell • Geologie (vereinfacht nach hydrogeologischen Gesichtpunkten) • Landnutzung • Böden Die folgende Karte (Abbildung 12) zeigt die räumliche Verteilung der Landnutzung im Untersuchungsgebiet des Semmering. Die Landnutzungsverteilung wurde aus einer Kombination von Satellitendaten und Daten aus dem CORINNE System (ist ein EUProgramm seit 1985 - Flächendeckende Erfassung der Flächennutzung aus Satellitendaten) erstellt. Die geologischen Verhältnisse, vereinfacht nach hydrogeologischen Gesichtpunkten, samt orographischen Einzugsgebieten ist im Maßstab 1:25.000 als eigene Kartenbeilage im Projektsordner mit der Nummer 510-EB-5300 AL - 02 – 0003 beigelegt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 41 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 12: Landnutzungsformen im Untersuchungsgebiet Semmering 5.3.2 Abflussdaten An eine Reihe von Bächen sind derzeit 16 Datenlogger zur Abflussregistrierung im Einsatz. Dadurch stehen für die Berechnungen und Abschätzungen der Wasserbilanz hochauflösende Zeitreihen zur Verfügung. In Tabelle 1 sind die einzelnen Pegelmessstellen und deren orographisch abgegrenzte Teileinzugsgebiete aufgelistet. Manche Pegeleinzugsgebiete setzen sich dabei aus mehreren Teilgebieten (in weiterer Folge als TG bezeichnet) zusammen. In den Einzugsgebieten mit Datenloggeraufzeichnungen und einer durchgehenden Abflussganglinie kann das hydrologische Modell kalibriert bzw. verifiziert werden. Eine Kalibration des Modells bedeutet, dass einige Teilkomponenten des hydrologischen Modells an die spezielle Situation in einem Teileinzugsgebiet angepasst werden können, indem einzelne Parameter im Modell verändert werden. Ziel ist es, eine Deckung der simulierten Ganglinie mit der beobachteten Abflussganglinie zu erreichen. Ein Modell muss immer als ein vereinfachtes Abbild der Natur verstanden werden. Nicht alle Parameter im hydrologischen Modell können aufgrund ihrer räumlichen und zeitlichen Variabilität zuverlässig gemessen oder aus physikalischen Überlegungen abgeleitet werden. Manche Parameter müssen aus Abflussdaten rückgeschlossen, also kalibriert, werden. Die Möglichkeit einer Kalibration des Modells führt daher meist zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit des Modells und somit zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Aussagen, welche anhand des Modells getroffen werden. Zu den Messstellen mit Datenloggern am Semmering wurden in mehreren Einzugsgebieten periodische Einzelmessungen des Abflusses durchgeführt. In diesen Gebieten erfolgte Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 42 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ebenfalls eine Simulation der Abflussganglinie. Es wurde jedoch keine Modellkalibration durchgeführt. Die Parameter für die Berechnungen wurden entsprechend der vorliegenden geologischen Situation aus den kalibrierten Einzugsgebieten übernommen. Dadurch liegen auch für kleine Einzugsgebiete entsprechende simulierte Abflussganglinien vor, die für die hydrogeologische Beweissicherung eine sehr wesentliche Basis darstellen. In der Planbeilage 5510-EB-5300AL-02-0003 sind diejenigen Einzugsgebiete räumlich dargestellt, an welchen die Abflüsse messtechnisch mittels Datenloggerdaten in hochauflösenden Zeitreihen errechnet werden. Unterlegt ist diese Darstellung mit den vereinfachten geologischen-hydrogeologischen Verhältnissen. Zur Nomenklatur im folgenden Bericht ist anzumerken, dass der aus den Wasserstandsmessungen (Datenlogger) über einen Pegelschlüssel umgerechnete Abfluss als „beobachteter“ Abfluss und der durch periodische Kontrollmessungen ermittelte Abfluss als „gemessener“ Abfluss bezeichnet wird. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 43 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 1: Pegelmessstellen und zugeordnete Teileinzugsgebiete für die Modell-Kalibration. Pegel EZG 5.3.3 EZG Bez. Gewässer Gebietsnummer im Modell (TG) Fläche [km²} 389 M93 Wallersbach 14 8.5 JRN213 M9 Kohlgrabenbach 37 3.8 JRN1076 M7 Auersbach 38 8.6 JRN1077 M6 Steinbach 39 9.3 JRN1082 M5 Kaltenbach 41 8.8 JRN1085 M14 Dürrgraben 43 3.2 JRN1090 M1 Raxenbach 37 + 206 24.6 FS128 T4 Otterthalbach 110 5.1 FS127 T2 Trattenbach 174 35.8 FS332 S60 Fuchsgrabenbach 164 1.35 JRN1084 M96 Fröschnitz oben 188 10.2 JRN1185 S63 Göstritzbach oben 189 2.15 Fröschnitz-Pegel M97 Fröschnitz Mzz 38 + 39 + 41 + 188 + 43 + 14 + 208 90.2 575 S64 Göstritzbach unten 189 + 209 7.42 Fue31 S65 Auebach-Schottw. 201 28.8 Meteorologische Eingangsdaten in das Modell Meteorologische Daten wurden für den Zeitraum von 1999 bis 2008 erhoben, der Simulationszeitraum orientierte sich allerdings an der Verfügbarkeit der Abflussdaten und wurde von 2004 bis 2008 gewählt. Das hydrologische Modell benötigt als Eingangsdaten den Niederschlag, die Lufttemperatur und die potentielle Verdunstung. Die Daten wurden vom Hydrographischen Dienst Steiermark, von der ZAMG und vom Hydrographischen Dienst Niederösterreich zur Verfügung gestellt. Die Regionalisierung der Daten, d.h. die Interpolation der Punktdaten zur Ermittlung eines flächenhaften Modellinputs, erfolgte nach der Gradientenmethode (lineare Höhenabhängigkeit) auf Tagesbasis. Für jeden Tag wird die lineare Regression angewandt. Als Input in das Modell wurden die Tageswerte für 100mHöhenstufen ausgewiesen. Niederschlag Tabelle 2 zeigt die verwendeten Niederschlagsstationen und Abbildung 13 die mittleren Jahressummen an den Stationen gegen die Seehöhe aufgetragen. Es wurden drei Regionen mit unterschiedlicher Höhenabhängigkeit (Gradienten) identifiziert: Das Gebiet der Mürz in der Steiermark, das Gebiet der Schwarza und das Gebiet des Trattenbaches in Niederösterreich. Die Station Hirschenkogel an der Grenze zwischen Steiermark und Niederösterreich wurde sowohl in die Region Mürz als auch in die Region Schwarza eingeordnet. Einige hoch liegende Stationen wiesen vor allem im Winter auffällig niedrige Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 44 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Niederschläge auf. Hier wurden die Werte nach RICHTER (1995) entsprechend ihrer Exponiertheit gegen Windeinflüsse, vor allem in Passlage, geringfügig korrigiert. Allerdings wurden nicht alle Stationen für die Regression verwendet. Es sind von nicht allen Stationen Daten für den gesamten Zeitraum 1999 bis 2008 verfügbar, weshalb die Analyse der Höhenabhängigkeit in Abbildung 13 für unterschiedliche Zeiträume durchgeführt wurde. Außerdem wurden einige Stationen aus der Berechnung von 2004 bis 2008 heraus genommen, da sie sich nicht in das Bild fügten. Zum Beispiel wurde die Station Semmering nicht verwendet, da sie in diesem Zeitraum vermutlich zu geringe Werte zeigte. Dies deutet sich trotz Korrektur nach Richter auch in den anderen Zeiträumen an. Weiters wurde die Station Reichenau an der Rax nicht verwendet. Die Station liegt zwar nur einige Kilometer von Gloggnitz entfernt und auf etwa gleicher Seehöhe, zeigt aber um eine Größenordnung höhere Werte. Hier am Fuße der Rax treten aufgrund der starken Anströmung aus Nordwest und der starken Hebungseffekte sehr hohe Niederschläge auf, die für das restliche Semmering-Gebiet nicht übertragbar scheinen. Ebenso verhält es sich mit Stationen im Nordwesten an der steirischen Seite (Kalte Mürz, Schneealpe-Region), die nicht verwendet wurden und daher hier nicht aufgelistet sind. Das Ergebnis der Interpolation sind Tagessummen für 100m-Höhenstufen in jeder der drei Regionen. Abbildung 14 zeigt eine Karte mit dem mittleren Jahresniederschlag von 20042008. Naturgemäß kann mit dem vorliegenden Stationsnetz und dem verwendeten Regionalisierungsansatz, der sich nur auf die Seehöhenverteilung bezieht, nicht für alle Ereignisse die genaue räumliche Verteilung der Niederschläge erfasst werden, vor allem bei sommerlichen konvektiven Ereignissen können erhebliche Fehler auftreten. Tabelle 2: Stationsliste Niederschlag (M ... Mürz-Stmk, S … Schwarza-Nö, T … Trattenbach-Nö) HZB-Nr Betreiber Name 111914 HDST Preiner Gscheid 112920 HDST 111435 Kürzel Flussgebiet PrG Seehöhe Daten (m ü.A.) verfügbar korr. verwendet 2004-2008 x M x M Mürz 890 1999-2008 Zwieselgraben Zwi Feistritz 1080 1999-2002 HDST Alpl Alpl Feistritz 1020 1999-2008 111922 ZAMG Mürzzuschlag Mz(Z) Mürz 700 1999-2008 110247 ZAMG Semmering Sem Schwarza 985 1999-2008 x 116475 ZAMG Hirschenkogel Hir Schwarza 1258 1999-2008 x 109643 ZAMG Reichenau/Rax Rei Schwarza 486 1999-2008 110213 HDNÖ Trattenbach Trat1 Trattenbach 803 1999-2008 T 116186 HDNÖ Trattenbach Trat2 Trattenbach 1105 1999-2008 T, S 109868 HDNÖ Gloggnitz Glo Schwarza 512 1999-2008 S 115691 HDNÖ Breitenstein Brei Schwarza 909 1999-2008 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc M x M, S S Seite 45 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 1400 Mürz Schwarza Trattenbach 1999-2002 1200 1000 Hir Zwi 2 R = 0.51 PrG Sem Rei Trat2 Brei R 2 = 0.95 800 Hir Alpl Mz (Z) Mittl. Jahresniederschlag (mm) Mittl. Jahresniederschlag (mm) 1400 Trat1 Glo Mürz Schwarza Trattenbach 1200 1999-2008 Hir Hir Mz (Z) Rei PrG Alpl 2 R = 0.20 Sem 1000 Brei Trat1 800 Glo 2 R = 0.97 korrigiert 600 400 600 800 1000 Trat2 korrigiert 1200 600 400 1400 600 800 Seehöhe (m üA) 1000 1200 1400 Seehöhe (m üA) 1400 Hir Mittl. Jahresniederschlag (mm) 2004-2008 Hir Mz (Z) 1200 R 2 = 0.59 PrG Alpl Trat2 Rei 1000 Brei R2 = 0.94 800 600 400 Trat1 Glo Mürz Schwarza Trattenbach 600 800 1000 korrigiert 1200 1400 Seehöhe (m üA) Abbildung 13: Höhenabhängigkeit der mittleren Jahresniederschläge für unterschiedliche Zeiträume (2004 bis 2008 wurde als Simulationszeitraum gewählt). Schwarz: Stationen zur Regionalisierung für das Gebiet der Mürz auf der steirischen Seite; blau: Stationen zur Regionalisierung für das Gebiet der Schwarza und grün: für das Gebiet des Trattenbaches, jeweils auf der niederösterreichischen Seite Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 46 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 14: Mittlerer Jahresniederschlag von 2004 bis 2008 im Gebiet des Semmering. Zusätzlich eingezeichnet sind die Stationen, die zur Regionalisierung verwendet wurden (ausgenommen Station Alpl, da weiter außerhalb gelegen) Lufttemperatur Zur Regionalisierung der mittleren Tageslufttemperaturen wurde ähnlich wie beim Niederschlag vorgegangen. In diesem Fall wurden aber nur zwei Regionen mit unterschiedlichen Höhengradienten ausgewiesen. Die Gebiete auf der niederösterreichischen Seite (Schwarza und Trattenbach) wurden zusammen gefasst. Abbildung 15 zeigt die mittlere Tagestemperatur im Zeitraum 2004 bis 2008 in Abhängigkeit von der Seehöhe. Die Stationen, die verwendet wurden, sind in Tabelle 3 aufgelistet. Grundsätzlich zeigen die Lufttemperaturen weniger starke räumliche und zeitliche Variabilität als die Niederschläge, weshalb sich bei der Übertragung auf flächenhafte Werte durch die Regionalisierung geringere Unsicherheiten ergeben. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 47 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 3: Stationsliste Lufttemperatur (M ... Mürz-Stmk, S … Schwarza-Nö) HZB-Nr Betreiber Name Kürzel Flussgebiet 111914 HDST Preiner Gscheid 112920 HDST 111435 PrG Seehöhe Daten verwendet (m ü.A.) verfügbar 2004-2008 Mürz 890 1999-2008 M Zwieselgraben Zwi Feistritz 1080 2000-2008 M HDST Alpl Alpl Feistritz 1020 1999-2008 M 111922 ZAMG Mürzzuschlag Mz (Z) Mürz 700 1999-2008 M 110247 ZAMG Semmering Sem Schwarza 985 1999-2008 M, S 116475 ZAMG Hirschenkogel Hir Schwarza 1258 1999-2008 M, S 116186 HDNÖ Trattenbach Trat2 Trattenbach 1105 1999-2008 S 109868 HDNÖ Gloggnitz Glo Schwarza 512 1999-2008 S 109643 ZAMG Reichenau/Rax Rei Schwarza 486 1999-2008 S 12 mittl. Tagestemperatur (°C) 2004-2008 10 Rei Glo R2 = 0.97 Mz (Z) 8 Sem Trat2 R 2 = 0.72 PrG 6 Hir Alpl Zwi 4 2 400 600 800 1000 1200 1400 Seehöhe (m üA) Abbildung 15: Höhenabhängigkeit der mittleren Tageslufttemperatur von 2004 bis 2008 (Simulationszeitraum). Schwarz: Stationen zur Regionalisierung auf der steirischen Seite (Mürz); blau: Stationen zur Regionalisierung auf der niederösterreichischen Seite (Schwarza und Trattenbach) Potentielle Verdunstung Zusätzlich zu Niederschlag und Lufttemperatur benötigt das Modell als Input die potentielle Verdunstung, d.h. die maximal mögliche Verdunstung bei optimalem Wasserdargebot. Für diesen Input-Parameter wurde die Grasreferenzverdunstung ET0 nach FAO-PenmanMonteith (ALLEN ET AL., 1998) herangezogen. Die Daten ausgegeben als Tagessummen wurden von der ZAMG zur Verfügung gestellt. An vier Stationen der ZAMG sind die Daten verfügbar (Tabelle 4). In Abbildung 16 sind die mittleren jährlichen Verdunstungshöhen von Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 48 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 1999 bis 2008 an den Stationen gegen die Seehöhe aufgetragen. Es zeigt sich ein klarer Höheneffekt, weshalb für die einzelnen Höhenstufen die ET0 für jeden Zeitschritt ebenfalls aus einer linearen Regression gewonnen wurde. Die Werte nach Penman-Monteith sind auf eine Standardvegetation bezogen. Für andere Vegetationstypen müssen die Werte mit einem Vegetationsfaktor („Crop-Factor“ kc) multipliziert werden. Dieser wird in weiterer Folge für die verschiedenen Vegetationseinheiten parametrisiert. Tabelle 4: Stationen der ZAMG im Gebiet des Semmering, an welcher die Referenzverdunstung ET0 verfügbar ist Name Flussgebiet Seehöhe (m ü.A.) Mürzzuschlag Mürz Semmering Schwarza 985 Hirschenkogel Schwarza 1258 Reichenau Schwarza 486 700 800 mittl. ET0 (mm/Jahr) Reichenau 700 Semmering Mürzzuschlag 600 Hirschenkogel 500 R2 = 0.89 400 400 600 800 1000 Seehöhe (m üA) 1200 1400 Abbildung 16: Höhenabhängigkeit der mittleren jährlichen potentiellen Verdunstung ET0 nach PenmanMonteith im Gebiet des Semmering 5.3.4 Beschreibung des Modells MIKE-SHE und Ermittlung der Modellparameter Als flächendetailliertes, hydrologisches Modell kann MIKE SHE (DHI, 2008) für Fragestellungen auf dem Gebiet der landnutzungsbezogenen Grundwasser- und Oberflächenwassermodellierung herangezogen werden. MIKE SHE bildet physikalische Prozesse dreidimensional im gesamten Wasserkreislauf ab, angefangen vom Oberflächenabfluss durch Niederschlag, über das Grundwasser und die Fließgewässer. Der Schwerpunkt bei diesem Modell liegt auf der Koppelung aller hydrologischen Prozesse, sodass MIKE SHE als physikalisches, flächendetailliertes und integriertes hydrologisches Modell bezeichnet werden kann, das alle wichtigen hydrologischen Prozesse anhand physikalischmathematischer Gleichungen nachbildet. Um eine flexible Modellierung zu gewährleisten, ist MIKE SHE modular aufgebaut, d.h., dass jeder bedeutende hydrologische Prozess in einem Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 49 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Modul, welches verschiedene Lösungsansätze beinhaltet, simuliert wird. In der vorliegenden Arbeit werden Schneefall, Schneeschmelze, Evapotranspiration (Verdunstung plus Transpiration), Oberflächenabfluss, Infiltration und die Wasserbewegung in der ungesättigten Zone sowie der Grundwasserabfluss nachgebildet (Abbildung 17). Auf dieser Abbildung ist auch die in MIKE SHE verwendete Raumdiskretisierung dargestellt. In der Ebene ist der Raum in gleichgroße viereckige Zellen (Pixel) aufgeteilt. Für diese Arbeit wurde als Zellweite des Modells eine Größe von 100 mal 100 Metern gewählt. Die Wahl der Zellweite hängt davon ab, welche Größe die zu betrachtenden Teilgebiete besitzen, welche hydrologischen Prozesse man einbezieht, in welcher Auflösung Geländedaten wie DGM oder Landnutzung vorliegen, welche Dichte an meteorologischen Stationen man vorfindet und schließlich welche Computerrechenzeiten zu erwarten sind. Die Zellweite 100 x 100 m ist ein Kompromiss zwischen den erwähnten Faktoren. Als Rechenzeitschritt wurde 1 Tag gewählt. Abflussdaten liegen zwar im 15min-Intervall vor, die meteorologischen Daten aber in Tagesintervallen. Der Fokus in der Berechnung liegt hier auf die Abbildung der längerfristigen Wasserbilanz und der Grundwasserneubildung, die kurzen Abflussspitzen, die in den kleinen Einzugsgebieten in der Regel nur geringe Abflussvolumina besitzen, sind von untergeordneter Bedeutung. Zusätzlich sind viele Pegelschlüssel im Hochwasserbereich nicht abgesichert (Ausuferung), was einen Vergleich der Simulation mit den Pegeldaten erschwert. Für jede Zelle werden die oben angeführten Prozesse simuliert. Die Abflüsse aus den Pixeln werden sodann den orographischen Teileinzugsgebieten entsprechend zusammengefasst. Meteorologische Inputdaten zur Simulation standen von 1999 bis 2008 zur Verfügung. Abflussdaten sind bei den meisten Pegeln allerdings erst ab 2006 vorhanden. Da es sich um ein kontinuierlich rechnendes Modell handelt und die Modellzustände am Beginn nicht bekannt sind, wird eine Vorlaufzeit benötigt. Die Simulation beginnt im Oktober 2004, die Auswertung erfolgt aber ab dem Jänner 2006. Die Zeit bis 2006 wird als Vorlaufzeit benötigt. Abbildung 17: Räumliche Aufgliederung eines Einzugsgebietes und simulierte hydrologische Prozesse in MIKE SHE Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 50 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.3.4.1 Verdunstung (Evapotranspiration) Die aktuelle Verdunstung (Evapotranspiration) wird in MIKE SHE, abhängig von der aktuellen Bodenfeuchte, über einen empirischen Ansatz aus der potentiellen Verdunstung ET0 berechnet. Maßgebend für die Berechnung der aktuellen Verdunstung sind die vegetationsbezogenen Parameter des Blattflächenindex (engl. Leaf Area Index – LAI) und die Tiefe der durchwurzelten Zone Tw. Der LAI ist definiert als die Gesamtfläche der Laubbedeckung in Bezug zur Bodenoberfläche. Je größer der Index, desto höher ist die aktuelle Verdunstung. Tw beschreibt, bis zu welcher Tiefe Wasser von den Pflanzen aufgenommen werden kann. Gemäß der maßgebenden Landnutzungseinheiten Wald, Wiese, Acker und bebautes Gebiet - die versiegelten Gebiete der Industrie wurden ausgeklammert - wurden typische Werte anhand Erfahrungen bzw. Messungen in ähnlichen Gebieten bzw. Studien gewählt (z.B. BENISCHKE ET AL., 2010). Abbildung 18 zeigt beispielhaft die gewählte Dynamik der Verdunstungsparameter für die beiden dominierenden Landnutzungstypen „Alm & Wiese“ und „Wald“. Für den LAI des Landnutzungstyps „Alm & Wiese“ wurde ein typischer Jahresgang gewählt, mit einem Maximum von 2 im Sommer und mit einem Rückgang im Oktober auf 1. Ein ähnlicher Jahresgang wurde für den Parameter Tw gewählt. Für den Landnutzungstyp „Wald“ ist die Verteilung des LAI und des Tw homogener, da ein Großteil aus Nadelwald besteht. Der LAI erreicht im Sommer einen maximalen Wert von 4.5 und geht im Winter auf 3 zurück. Der Tw folgt im Großen und Ganzen, leicht verzögert, diesem Verlauf. Ein wichtiger Parameter ist der Crop-Faktor kc, der die Erhöhung der potentiellen Verdunstung ET0 nach Penman-Monteith, die auf einen Standard-Gras-Bewuchs bezogen ist, aufgrund verstärkter Aufnahme durch die Vegetation charakterisiert. In Waldgebieten wurde im Sommer ein Faktor kc = 1.15 im Winter und kc = 1.0 angenommen (Erhöhung um 15% im Sommer, während der Wachstumsperiode). Bei Alm & Wiese wurde ein Faktor kc von unter 1.0 angenommen, was einer Verringerung der potentiellen Wasseraufnahme durch die Vegetation gegenüber dem Standardgras bedeutet (0.9 im Sommer und 0.85 im Winter). Eine Verringerung wurde gewählt, da es sich hier um alpine, niedrige Gras- und Flechtentypen mit relativ geringer Bewuchsdichte und Durchwurzelung handelt. 3 5 40 120 LAI Alm & Wiese LAI Tw Wald Tw 4 100 3 80 2 60 1 40 Tw (cm) LAI 20 Tw (cm) LAI 2 1 0 0 0 60 120 180 240 300 360 0 20 0 60 120 Tag im Jahr 180 240 300 360 Tag im Jahr Abbildung 18: Beispiel für gewählte Werte des LAI (Blattflächenindex) und Tw (Durchwurzelungstiefe) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 51 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.3.4.2 Schneeakkumulation und Schneeschmelze Schneeakkumulation und –schmelze Bodenabflussbildung vorgeschalteten werden Modul in MIKE simuliert. Zu SHE den in einem der Parametern des Schneeschmelzmoduls zählt erstens der Schwellenwert für die Lufttemperatur Tm für den Übergang von flüssigem zu festem Niederschlag. Liegt die aktuelle Lufttemperatur über diesem Wert, fällt der Niederschlag als Regen; umgekehrt fällt der Niederschlag als Schnee, wenn die aktuelle Lufttemperatur unter diesem Wert liegt. Dieser Parameter steht im Modell gleichzeitig für die Temperatur, ab welchem die Schmelze beginnt. Das Ausmaß des Abschmelzbetrages geht für jedes °C über diesen Schwellenwert in die Berechnungen ein. Der Abschmelzbetrag, d.h. die Menge der Schneeschmelze, wird über den zweiten Parameter, den Tag-Grad-Faktor (TGF) beschrieben. Dieser Parameter gibt an, wie viel mm Schmelze je °C und Tag zum Abfluss gelangt bzw. in die Berechnung der Grundwasserneubildung eingehen. Die Parameter werden auf Teileinzugsgebietsbasis kalibriert (d.h. ein Wert pro Teileinzugsgebiet), indem die simulierten Abflüsse im Detail in ihrer Dynamik mit den Pegeldaten während der Schneeakkumulations und –schmelzperiode verglichen werden. Aus der Kalibration ergeben sich Werte für den Parameter Tm zwischen -1 und 0 °C, und für den TGF Werte zwischen 0.8 und 2.8 mm/°C/d. Tabelle 5 zeigt die kalibrierten Parameter für die einzelnen Teileinzugsgebiete. Tabelle 5: Kalibrierte Parameter des Schneemoduls (Tm und TGF) für die einzelnen Einzugs/Teileinzugsgebiete Einzugs/Teileinzugsgebiet Gebiets-Nr. im Modell Tm [°C] GTF [mm/(°C.d)] Wallersbach *) 14 -0.5 1.0 Kohlgrabenbach 37 -1.0 1.0 Auersbach 38 -0.2 1.1 Steinbach 39 -0.2 1.1 Kaltenbach 41 -0.2 1.1 Dürrgraben 43 0.0 1.0 Otterthalbach *) 110 0.0 1.2 Fuchsgrabenbach *) 164 0.0 1.1 Trattenbach 174 0.0 2.8 Fröschnitz oben 188 -1.0 1.0 Göstritzbach oben 189 0.0 0.8 Auebach-Schottw. *) 201 0.0 1.2 Raxenbach Sub 206 -1.0 0.8 Fröschnitz Sub bis Mzz 208 -0.2 1.1 Göstritzbach Sub 209 0.0 1.2 *) Kalibrierte Parameter mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich ist (wird in weiterer Folge erläutert) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 52 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.3.4.3 Oberflächenabfluss Die Berechnung mit dem Modell SHE erfolgt in Tagesschritten. Die Reaktionszeiten für den direkten Oberflächenabfluss liegen aber in den meisten Gebieten darunter, wodurch die Dynamik in dieser raschen Abflusskomponente im Modell nicht entsprechend abgebildet werden kann. Dies hat aber keine großen Auswirkungen auf die Wasserbilanz, da die Abflussvolumina der kurzen Spitzen i.A. relativ gering sind. Zur Exaktheit der numerischen Berechnung verwendet der Modul für den Oberflächenabfluss dennoch kürzere Zeitschritte. Der höher zeitlich aufgelöste Input ist dann ein Bruchteil des Tagesniederschlages für jeden Zeitschritt (konstanter Wert, Blockregen). Neben einer voll physikalisch basierten Lösung über den Diffusionsansatz ist der Oberflächenabfluss in MIKE SHE auch über einen konzeptionellen Ansatz formuliert, der auf einer empirischen Beziehung zwischen Fließtiefe und Rückhalt an oberflächlichen Strukturen basiert, unter Einbeziehung der Manning-Strickler-Gleichung zur Beschreibung des Abflusses unter turbulenten Bedingungen (Crawford & Linsley, 1966). Dieser vereinfachte Ansatz wurde für diese Untersuchung gewählt, da hier der Fokus auf der Grundwasserneubildung, also der Wasserbewegung im Boden, lag. Entsprechend der Infiltrationseigenschaften der Böden erfolgt eine Auftrennung in infiltrierendes und oberflächlich ablaufendes Wasser. Aus dem gewählten Ansatz ergeben sich drei Parameter, welche an Pegelabflussganglinien kalibriert werden. Es sind dies die Manningzahl M, die die Oberflächenrauheit repräsentiert, die mittlere Hanglänge und die mittlere Hangneigung, die den Weg bzw. die Geschwindigkeit des Wassertropfens an der Oberfläche charakterisieren. Für die Bestimmung letzterer werden auch Anhaltspunkte aus der Topographie gewonnen. 5.3.4.4 Wasserbewegung in der ungesättigten Zone Zur Beschreibung der Wasserbewegung in der ungesättigten Zone wird im Modellpaket MIKE SHE die Verwendung der vollen Richards-Gleichung angeboten, oder vereinfacht, indem nur von einer von der Schwerkraft bestimmten vertikalen Wasserbewegung ausgegangen wird („Gravity-Flow“). Die volle Richards-Gleichung beschreibt physikalisch die Wasserbewegung im Boden unter Einbeziehung der Darcy- und der Kontinuitätsgleichung. Die Gleichung beinhaltet neben der Schwerkraftkomponente auch die Komponente des Matrixpotentials (Saugspannung), die in der ungesättigten Zone negativ zur Schwerkraft wirkt, wodurch die Lösung der Differentialgleichung numerisch aufwändiger wird. Alternativ dazu kann über einen rein konzeptionellen Ansatz eines 2-Zonen Modells gerechnet werden (DHI, 2008). Im vorliegenden Fall wurde als Basiskonzept der vereinfachte Ansatz „GravityFlow“ gewählt, da generell zu erwarten war, dass durch die seichten Gebirgsböden in steilem, bewaldeten Gelände, vielen Fels- und Schuttkörper sowie Karstsystemen, die Komponente der Saugspannung eher eine untergeordnete Rolle spielt, und zudem schwer abschätzbar ist. Darüber hinaus verkürzt der gewählte Ansatz die Rechenzeiten signifikant. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 53 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Bodenparameter - Pedohydrotope Aus Gründen der Handhabbarkeit, d.h. hauptsächlich zur Verringerung der zu bestimmenden Parameter im Modell, wurden einzelne Zellen gemäß ihrer hydrologischen Eigenschaften zu hydrologisch ähnlichen Einheiten („Hydrotope“) zusammengefasst. 26 Hydrotope wurden aus der GIS-Verschneidung von Landnutzung und Geologie gewonnen. Diesen wurden jeweils gleiche bodenphysikalische bzw. hydraulische Eigenschaften zugeordnet („PedoHydrotope“). Abbildung 19 zeigt das Ergebnis der GIS-Verschneidung. Zur Klassifizierung der Böden wurde im Gelände eine Aufnahme und Kartierung von acht Bodenpunkten auf charakteristischen Flächen vorgenommen (Tabelle 6). Diese sind ebenfalls in der Karte eingezeichnet. Aus der Kartierung wurden der Bodenaufbau (Anzahl der Horizonte), die Mächtigkeiten und sogenannte Boden-Grundparameter wie, Grob-/Feinanteil, Humusanteil, etc. ausgewiesen. Anhand der Grundparameter wurden dann aus Datenbanken und aus einschlägiger Literatur die hydraulischen Parameter ausgewiesen: Sättigungswassergehalt (max. Wasseraufnahme), Residualwassergehalt (Grenze für den Wassergehalt im Boden, ab welchem kein Wasser mehr für Pflanzen verfügbar ist), die Wasserleitfähigkeit bei Sättigung ks, sowie die Formparameter der Van Genuchten-Mualem Funktion α und n. Der MualemVan Genuchten-Ansatz wurde hier gewählt zur Beschreibung des funktionalen Zusammenhangs zwischen Saugspannung und Wassergehalt sowie zwischen Wasserleitfähigkeit und Wassergehalt. Konkret wurden die Van-Genuchten-Mualem-Parameter folgendermaßen bestimmt: (1) Mit einer Methodendatenbank basierend auf den Daten von AG Boden (1994) wurde der Sättigungswassergehalt, die Feldkapazität (FK) und der Permanente Welkepunkt (PWP) der einzelnen Horizonte berechnet. Böden ähnlicher Eigenschaften wurden dabei zusammenfasst (z.B. Humus zw. 10 und 30 %; <20 % Grobanteil) und Mittelwerte von Sättigungswassergehalt, FK und PWP berechnet. (2) In RETC (Retention Curve Model for Soil Water Models and Modelling Software der Scientific Software Group, Utah, USA) wurde an die drei Werte Sättigungswassergehalt, FK und PWP die Van-Genuchten-Mualem-Funktion angepasst, woraus sich die Formparameter (α und n) ergaben. Werte für die Wasserleitfähigkeit im gesättigten Zustand (ks) wurden aus dem Fachbuch "Waldböden der Schweiz", Bd. 2 und Bd. 3 (Walthert et al., 2004-2006) in Anlehnung an Horizonte mit vergleichbaren Grobanteil, Humusgehalt und Bodenart gewonnen. Nicht in allen Einheiten waren Bodenaufnahmepunkte verfügbar. Hier wurden die Parameter basierend auf ähnlicher Lithologie und Landnutzung übertragen. Tabelle 7 zeigt die verwendeten bodenphysikalischen Parameter. Die Böden besitzen ähnliche Eigenschaften und sind durchwegs mäßig durchlässig, es ergab sich eine einheitliche Größenordnung für die Wasserleitfähigkeit im gesättigten Zustand von 10-5 m/s. Der Sättigungswassergehalt ergab sich von 19 bis 70 Vol. %, der Residualwassergehalt von 9 bis 30 Vol. %. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 54 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 19: Karte der Pedohydrotope nach Verschneidung von Landnutzung und Geologie Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 55 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 6: Lage der Bodenaufnahmepunkte gemäß der Landnutzungs- und lithologischen Einheiten ID Bezeichnung Landnutzung Lithologie 64 SEMW01 Wald Phyllit und Schiefer - Wechseleinheit 65 SEMA02 Alm und Wiese Gneis 66 SEMW03 Wald Gneis 67 SEMA04 Alm und Wiese Phyllit und Schiefer - Semmeringeinheit 68 SEMW05 Wald Phyllit und Schiefer - Semmeringeinheit 69 SEMW06 Alm und Wiese Phyllit und Schiefer - Grauwackenzone 70 SEMW07 Wald Phyllit und Schiefer - Grauwackenzone 71 SEMW08 Wald Karbonatgesteine Tabelle 7: Verwendete bodenphysikalische Parameter für die einzelnen Bodentypen. [Abkürzungen gemäß allg. Bezeichnungsregeln in der Bodenkunde - Großbuchstaben: Bezeichnung des Horizonts Kleinbuchstaben: geogene, anthropogene, pedogene Merkmale - ks = Wasserleitfähigkeit bei Sättigung] ID Horizont 64 65 66 67 68 69 70 71 von bis Sättigungswasser α Mualem-n [cm] [cm] [hPa-1] gehalt [cm3cm-3] Residualwassergehalt [cm3cm-3] ks [m/s] A 0 8 0.01 3.528 0.63 0.26 1.16E-05 AB 8 25 0.01 3.529 0.48 0.19 1.16E-05 B 25 80 0.01 3.790 0.34 0.14 1.16E-05 Ag 0 8 0.01 3.528 0.65 0.26 1.16E-05 Eg 8 35 0.01 3.525 0.54 0.23 1.16E-05 Bs 35 55 0.01 3.525 0.43 0.18 1.16E-05 Cgd 55 110 0.01 3.525 0.40 0.17 1.16E-05 A 0 13 0.01 3.528 0.58 0.25 1.16E-05 Ahe 13 30 0.01 3.796 0.33 0.14 1.16E-05 Bh 30 45 0.01 3.796 0.34 0.15 1.16E-05 Bs 45 80 0.01 3.790 0.31 0.13 1.16E-05 Aeg 0 10 0.01 3.529 0.43 0.18 1.16E-05 B 10 40 0.01 3.796 0.21 0.09 1.16E-05 A 0 15 0.01 3.528 0.62 0.25 1.16E-05 A Beg 15 40 0.01 3.790 0.29 0.12 1.16E-05 B 40 65 0.01 3.790 0.29 0.12 1.16E-05 A 0 20 0.01 3.529 0.66 0.27 1.16E-05 Bv 20 75 0.01 3.525 0.43 0.18 1.16E-05 BCv 75 140 0.01 3.796 0.19 0.08 1.16E-05 A 0 5 0.01 3.528 0.70 0.30 1.16E-05 Bv 5 60 0.01 3.796 0.31 0.13 1.16E-05 A 0 20 0.01 3.529 0.51 0.21 1.16E-05 Die Mächtigkeit der ungesättigten Zone, also die Tiefe bis zur gesättigten Zone, variiert in gebirgigen Gebieten stark. Er wird daher hier als Kalibrationsparameter im Modell angesehen. Dieser Parameter steht für den Weg bzw. die Zeit, die das Wasser benötigt, um in die gesättigte Zone zu gelangen und kann daher aus der Dynamik des Basisabflusses rückgeschlossen werden. Aus der Kalibration ergaben sich Werte, die sich zwischen 0.7 und Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 56 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 0.8 m bewegen. Eine Ausnahme ergab sich im Gebiet des Trattenbaches, wo sich mit einem Wert von 0.4 m die besten Ergebnisse erzielen lassen. Bei manchen sehr seichten Bodenprofilen wird der Untergrund in der Berechnung der ungesättigten Zone im Modell erreicht. Die hydraulischen Parameter für den Untergrund spielen hier daher auch eine Rolle. Diese wurden aus hydrogeologischen Überlegungen und der geologischen Karte gesetzt: Im Karbonat beispielsweise wurden aufgrund der Verkarstung relativ hohe Durchlässigkeiten und geringes Wasserrückhaltevermögen angenommen, dem Phyllit, Schiefer und Gneis wurden hingegen relative dichte Eigenschaften (ks = 10-8 - 10-7 m/s) zugeordnet, und diese können begrenzt Wasser aufnehmen. Makroporenfluss In MIKE SHE besteht die Möglichkeit, einen Makroporenfluss in der ungesättigten Zone zu berücksichtigen. Über Makroporen, das sind bevorzugte Fließwege, beispielsweise Röhren hervorgerufen durch Durchwurzelung, wird die Bodenmatrix überbrückt, und das infiltrierte Wasser gelangt sehr rasch in die gesättigte Zone bzw. es wird unmittelbar abflusswirksam („Bypass“). Im Modell wird der Anteil an Makroporenfluss abhängig von der aktuellen Bodenfeuchte angesetzt; er tritt erst bei höherer Bodenfeuchte auf und wird mit höherer Bodenfeuchte größer. Dahinter steht der Ansatz, dass die bevorzugten Fließwege erst im vollen Ausmaß aktiviert werden, wenn viel Wasser im Boden vorhanden ist. Der maximale Anteil und die Grenzen der Bodenfeuchte für das Auftreten des Bypass-Flusses werden parametrisiert und im Zuge des Kalibriationsprozesses aus der Dynamik der raschen Basisabflusskomponente (Interflow) bestimmt. Ist die Dynamik stärker, d.h. ist in den Pegelabflussganglinien zu sehen, dass der Basisabfluss rasch auf den Niederschlag reagiert, so müssen die Parameter im Modell so gewählt werden, dass viel Makroporenfluss entsteht. Darüber hinaus wird darauf geachtet, dass im Modell auf den bewaldeten Flächen der Bypass-Fluss stärker ist, als auf Wiesen, Feldern und bebauten Flächen. In den einzelnen Teilgebieten ergeben sich aus der Kalibration durchwegs recht hohe Werte für den Anteil des Makroporenflusses an der Grundwasserneubildung, was aufgrund des hohen Waldanteils im Gebiet des Semmering plausibel ist. Beispielsweise sind es im Gebiet des Kaltenbach im Mittel rd. 70 % der simulierten Grundwasserneubildung, die aus dem Makroporenfluss stammen. Der Prozess des Makroporenflusses (Bypass) wurde auch verwendet, um in verkarsteten, karbonatischen Gebietsteilen die rasche Entwässerung durch Röhren- und Spaltensysteme zu beschreiben. Das Wasser gelangt hier sehr rasch in die gesättigte Zone, in diesem Fall jedoch unabhängig von der Bodenfeuchte. Auch letzteres wurde im Modell berücksichtigt, indem der Bypass so parametrisiert wurde, dass er schon bei geringer Bodenfeuchte auftritt. Begehung von Teilen des Untersuchungsgebietes im Zuge der hydrologischen Modellierung Aufgrund ihrer räumlichen und zeitlichen Variabilität können einige Parameter für die Bodenzone (ungesättigte und gesättigte Bereiche) nicht eindeutig aus physikalischen Gesichtspunkten definiert werden, sondern müssen aus Abflussdaten kalibriert oder aus hydrologisch-hydrogeologischen Überlegungen und Einschätzungen gesetzt werden. Zur Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 57 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Absicherung der Annahmen war es notwendig, bei unterschiedlichen hydrometeorologischen Verhältnisse Geländebegehungen durchzuführen. Vor allem bei einer Begehung am 4.9.2009 bei sehr starken Regenfällen konnten wesentliche bereits zuvor getroffene Annahmen auch in der Natur beobachtet und über weite Strecken bestätigt werden. Im Gebiet Trattenbach wurde die Begehung in der Wechseleinheit durchgeführt. An Hanganschnitten (Beispiel in Abbildung 20) konnten im Wald sehr gering mächtige Böden beobachtet werden. Teilweise handelte es sich um sehr steiles Gelände. Klar erkennbar war, dass die Bodenmächtigkeit von der Steilheit abhängt. Dazu ist die Durchwurzelungstiefe der niedrigen Vegetation gering (im Hanganschnitt im Bereich von 10 bis 30 cm). Auffallend war, dass der Oberboden (Humus) trotz der Niederschläge relativ trocken war. Nur stellenweise war ein höherer Anteil an bindigem Material, welches unter Umständen mehr Wasser halten kann, feststellbar. Abbildung 20: Hanganschnitt im Gebiet des Trattenbaches Unterhalb der Bodenkrume ist blättriges, schiefriges z.T. stark bindiges Schuttmaterial erkennbar, welches sehr kompakt scheint und stauend wirkt (Abbildung 21). An der Grenze Boden-Schieferschutt konnte ein starker Zwischenabfluss beobachtet werden. Die Gesteinssplitter zusammen mit dem schluffigen Bodenmaterial bilden eine mit Wasser vollgesogene Bodenschicht (Schlammschicht), wie in Abbildung 22 erkennbar ist. An einem Aufschluss mit sichtbaren tieferen Schichten konnte beobachtet werden, dass unterhalb der Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 58 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 „Schiefer-Schlamm-Schichte“ der Untergrund relativ trocken war, obwohl die Regenmengen sowohl am Tag der Begehung als auch in der Nacht davor beträchtlich waren. Für die hydrologischen Prozesse bedeutet dies, dass der unterhalb der seichten Bodenauflage auftretende Zwischenabfluss sehr rasch reagiert und sehr stark zum Abfluss aus dem Gebiet beiträgt. Zusätzlich war viel Oberflächenabfluss - an der hohen Anzahl von kleinen Bächen und Rinnsalen - erkennbar. Abbildung 21: Detailaufnahme des Schuttmaterials unterhalb der Bodenkrume am Hanganschnitt von obiger Abbildung Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 59 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 22: Mit Wasser voll gesogenes Schiefer-Schuttmaterial am Hanganschnitt der vorangegangenen Abbildungen Im Gebiet des oberen Fröschnitzgrabens zeigten sich im Vergleich zum Trattenbachgebiet Unterschiede. Die Böden waren durchwegs, auch an den steilen Hängen und im Wald, mit dichtem Gras bewachsen. Daraus lässt sich schließen, dass der Oberboden relativ viel Wasser halten kann, welches dadurch für die Pflanzen verfügbar wird. Die Mächtigkeiten im Steilen sind auch hier gering (10 bis 20 cm). Zudem zeigten sich im Tal am Hangfuß ausgedehnte vernässte Flächen und dichte Sumpfvegetation (Abbildung 23). Diese traten, wie vielleicht anzunehmen, nicht nur konzentriert bei temporär wasserführenden Einschnitten oder Rinnen auf, sondern waren auf der ganzen Hangfußlinie zu beobachten, wie auf der Abbildung 23 zu erkennen ist. Dies deutet auf einen signifikanten Zwischenbodenabfluss hin, der am Hang entsteht, im Boden – unter Umständen auch in tieferen Bodenschichten - abfließt und am Hangfuß an die Oberfläche tritt. Im Vergleich zum begangenen Bereich am Trattenbach ist im Bereich der Fröschnitztalflanken also ein stärkerer Abflussbeitrag aus dem tieferen Untergrund und somit ein stärker verzögerter und dadurch gedämpfter Zwischen- und Basisabfluss zu erwarten. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 60 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 23: Vernässter Hangfuß im Fröschnitztal Die folgende Abbildung 24 zeigt die obere Bodenzone an einem Hanganschnitt im Longsgraben, ebenso im Fröschnitzgebiet gelegen. Hier zeigt sich ein relativ durchlässiger Oberboden mit Mächtigkeiten von 50 bis 70 cm. Zudem waren deutlich Makroporen und Röhren, hervorgerufen durch die Durchwurzelung, zu erkennen. Unterhalb der Bodenkrume herrscht wie am Trattenbach ein blättrig gebrochenes Schiefermaterial vor, das jedoch hier deutlich durchlässiger erscheint als am Trattenbach. Schluffreichere Zonen, wie etwa in Abbildung 22, wurden nicht so häufig beobachtet. Dieses Bild bestätigt die Aussagen von zuvor, dass im Fröschnitzgebiet mit einem stärkeren Abflussbeitrag aus dem Boden und dem tieferen Untergrund zu rechnen ist als im Gebiet des Trattenbaches. Abbildung 24: Bodenanschnitt im Longsgraben, im Gebiet der Fröschnitz Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 61 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Im Fröschnitztal knapp vor Steinhaus stehen an der Straße Karbonatgesteine des Erzkogels wandbildend an (Abbildung 25). Es zeigt sich ein gering mächtiger Boden (ca. 10 cm) über dem zerklüfteten Festgestein, welches als sehr gut durchlässig anzusprechen ist. Abbildung 25: Karbonatgesteinswände im unteren Fröschnitztal Im Einzugsgebiet des Kaltenbaches (Semmering Kristallin) kann in Abbildung 26 ein Hanganschnitt beobachtet werden, an welchem Bodenmächtigkeiten von 0.5 bis 1m mit hohem Humusanteil und Streuauflage auftreten. Darunter ist eine relativ gut durchlässige Auflockerungszone erkennbar. Die Durchwurzelung dieser Zone ist stark. Aufgrund der relativ durchlässigen Böden und des durch die Durchwurzelung zu erwartenden Makroporenflusses sind Boden und Untergrund als relativ durchlässig einzuschätzen, wodurch das Wasser in tiefere Schichten gelangt und länger gespeichert wird. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 62 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 26: Anschnitt im Gebiet des Kaltenbaches Zusammenfassend ergaben sich aus den Aufschlüssen in der beschriebenen Gebietsbegehung folgende Auswirkungen auf die Wahl und Kalibration der Parameter in der ungesättigten Zone. Zu Beginn der Kalibrationsarbeiten wurden sowohl dem Gneis des Semmering Kristallins als auch dem Gneis innerhalb der Wechseleinheit (bezogen auf die über dem Festgesteinsuntergrund liegende Lockergesteinsauflage) die gleichen Eigenschaften zugeordnet. Auf Basis der Erkenntnisse der Geländebegehungen wurde der Lockergesteinsauflage über dem Wechselgneis etwas geringere Durchlässigkeiten zugeordnet. Die Böden im Gebiet des Trattenbaches sind geringer mächtig und der seicht liegende Untergrund (kompaktes, splittriges Bruchmaterial des Gneises/Phyllits) besitzt dichtere Eigenschaften, sodass ein starker Zwischenabfluss (Interflow) sehr rasch einsetzt. Das heißt aber auch, dass, verglichen mit der Situation etwa im Gebiet der Fröschnitz, mit weniger Bodenspeicher, d.h. mit geringerem Basisabfluss bzw. weniger Abfluss über den Untergrund zu rechnen ist,. Demgegenüber steht ein hoher Anteil an Oberflächenabfluss. Dass der Zwischenabfluss (Interflow) sehr rasch einsetzt, kann auf eine seicht liegende Stauschicht bzw. eine geringere Mächtigkeit der ungesättigten Zone zurückgeführt werden. Bei der Kalibration ergab sich im Gebiet Trattenbach ein Wert für den Modellparameter der Mächtigkeit der ungesättigten Zone von 0,4 m, der geringste Wert im Untersuchungsgebiet. Nach den Aufschlüssen bei der Begehung scheint dieser Wert plausibel, obwohl sich fast doppelt so hohe Werte in den benachbarten Gebieten mit scheinbar ähnlichen lithologischen Verhältnissen ergaben. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 63 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Es ist geplant, dass vor allem in denjenigen Einzugsgebieten, in welchen sehr komplexe Untergrundverhältnisse vorherrschen, zusätzliche Untersuchungen in Hinblick auf Bodenaufbau und dessen Durchlässigkeiten vorgenommen werden. 5.3.4.5 Gesättigte Zone Das Wasser, das in der gesättigten Zone ankommt, wird als Grundwasserneubildung angesehen. Die Definition einer „gesättigten“ Zone ist in gebirgigen Regionen allerdings nicht immer eindeutig. Es handelt sich dabei oft um temporär gesättigte Bereiche an der Grenze zu einer Zone mit dichteren Eigenschaften, z.B. Festgestein, die auch recht bodennah auftreten können, woraus sich ein relativ rascher Abflussbeitrag ergibt. Ein Teil des Wassers gelangt aber auch durch Klüfte und Spalten, sowie Röhrensysteme vor allem in verkarsteten Gebieten, in tiefer reichende Bereiche, in denen das Wasser länger gespeichert wird, woraus entsprechend lange Verweil- und Entleerungszeiten hervorgehen. Zur Beschreibung der Wasserbewegung in der „gesättigten“ Zone wird daher kein detailliertes Grundwasserströmungsmodell herangezogen, sondern auf ein vereinfachtes Konzept zurückgegriffen. Es wird das Konzept des Linearspeichers verwendet, nach welchem der Ausfluss aus einem Speicher proportional zum Füllstand im Speicher ist (Q ~ S). Es handelt sich dabei um einen konzeptionellen Füllstand im Bodenspeicher, der nicht unmittelbar mit dem im Boden gespeicherten Wasser vergleichbar ist. Die Proportionalitätsfaktoren sind die Speicherkoeffizienten ki, die das Speicher- bzw. Auslaufverhalten charakterisieren und kalibriert werden müssen. Abbildung 27 zeigt schematisch das Konzept. Das System besteht aus mehreren Speichern, die teilweise miteinander verbunden sind und den Ausfluss aus verschiedenen Bodenzonen charakterisieren: Der Interflow oder Zwischenabfluss (Speicher SI) beschreibt die raschere, in der Regel die oberflächennahe und unter Umständen nur nach Ereignissen auftretenden Komponente (kI klein), und der Basisabfluss beschreibt die langsameren Komponenten bzw. die Abflussbeiträge aus den tieferen Bodenschichten (kBF > kI). Gesucht werden die Speicherkoeffizienten des lateralen Abflusses aus dem Hang in das Gerinne und des vertikalen Ausflusses, der den Austausch zwischen der oberen und unteren Zone beschreibt, sowie die Aufteilungsfaktoren α bzw. (1-α) zwischen den zwei parallelen tieferen Grundwasserspeichern (SBF1 und SBF2). Ziel ist die Nachbildung der Dynamik der Abflussganglinien mit dem Fokus auf den Basisabfluss, der in direktem Zusammenhang mit der Grundwasserneubildung steht. Qperc beschreibt die Versickerung in tiefere Boden- bzw. Festgesteinsabschnitte, aus denen ein langsamer Basisabfluss hervor geht. Die Größe dieser Komponente weist darauf hin, dass größere Anteile der Grundwasserneubildung auch längere und tiefere Wasserpfade im Untergrund besitzen. Bei der Kalibrierung des Modells wird versucht, die simulierte und die beobachtete Abflussganglinie durch Anpassung der oben beschriebenen Parameter weitgehend zur Deckung zu bringen. Beim Erreichen einer guten Anpassung ohne die Parameter in physikalisch unplausible Größenordnungen zu verschieben, kann von einer guten Modellqualität und Zuverlässigkeit des Modellansatzes gesprochen werden. Vor allem bei einzugsgebietsübergreifenden unterirdischen Entwässerungen wird eine Deckung der beiden Abflussganglinien nicht möglich sein, was jedoch hydrogeologisch erklärt werden Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 64 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 kann. Derartige Aussagen sollten jedoch auch von zusätzlichen Untersuchungsergebnissen gestützt werden (z.B. Markierungsversuche). Bei einer weitgehenden Deckung der beiden Abflussganglinien und gleichzeitig höheren Abflüssen in tieferen Festgesteinseinheiten darf dabei nicht zwangsläufig ein hydraulischer Zusammenhang mit dem Tunnelvortrieb abgeleitet werden. Dies deshalb, da ja auch die längerfristig gespeicherten Grundwasseranteile bei der Pegelmessstelle wieder im Vorfluter messbar vorhanden sind. Grundwasserneubildung aus Bypass aus Boden Interflow Reservoir SI QI Qperc α 1−α SBF1 Basisabfluss Reservoir 1 SBF2 QBF1 Basisabfluss Reservoir 2 QBF2 Abbildung 27: Konzept der Abflusskomponenten der gesättigten Zone im Modell Der Ausfluss aus den Bodenspeichern wird auf Teilgebietsbasis berechnet, d.h. für jedes Teilgebiet wird die Abflussbildung (Niederschlag plus Schneeschmelze minus Verdunstung) aus den einzelnen Rasterelementen zusammengefasst. Daraus wird ein Gesamtausfluss ermittelt. Die Speicherkoeffizienten werden an den gemessenen Ganglinien kalibriert, wobei der Fokus auf dem Basisabfluss liegt. Die sehr raschen Komponenten im Abfluss (steile Anstiege und Rückgang im Bereich des Scheitels der Abflussganglinie) werden dem Oberflächenabfluss zugeordnet. Das Ergebnis sind mittlere oder „effektive“ Parameter für jedes Einzugsgebiet. Für die Gebiete, in denen keine kontinuierlichen Messungen vorliegen, werden die Parameter von benachbarten Gebieten mit Abflussmessungen übertragen. Als Unterstützung der Kalibrierung können die Speicherkoeffizienten vorabgeschätzt werden. Der Ausfluss aus dem Speicher kann mathematisch mit der Form einer e-Funktion mit k als Rückgangskoeffizienten angenähert werden. Abbildung 28 zeigt einen Ausschnitt aus der gemessenen Abflussreihe (Tageswerte) am Pegel Raxenbach und die Anpassung von e-Funktionen mit verschiedenen Rückgangskoeffizienten an die Ganglinie. Die Abbildung zeigt die sehr unterschiedlichen Rückgangskoeffizienten in unterschiedlichen Phasen der Auslauflinie. Dies lässt vermuten, dass abhängig von der Durchflussmenge verschiedene bzw. verschieden tief gelegene Speicher abflusswirksam werden. An zwei markanten Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 65 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Bereichen der Auslauflinie sind Speicherkoeffizienten von 7 bzw. 40 Tagen ablesbar, welche das Auslaufverhalten unterschiedlich tief gelegener Grundwasserspeicher charakterisieren. Die langsamste Komponente (k etwa 1000 Tage) wird dabei dem tiefsten Grundwasserspeicher zugeordnet. Für letztere (BF2) bestehen allerdings Unsicherheiten in den Parametern. Diese können nur zuverlässig bestimmt werden, wenn genügend lange Trockenphasen, welche zu einem langen Auslaufverhalten der Abflüsse an den Pegeln führen, in den Daten vorhanden sind (Niederwasserperioden). Dies war aber im Zeitraum Anfang 2006 bis Ende 2008 jedoch nicht der Fall. Wie eingangs erwähnt, laufen die Messungen an den Pegelmessstellen aber unvermindert weiter. In der nachfolgenden Tabelle 8 sind die entsprechenden Parameter gemäß Abbildung 27 nach der Kalibrierung aller Pegeleinzugsgebiete mit Datenloggerausstattung dargestellt. An den Messstellen Wallersbach, Otterthalbach, Fuchsgrabenbach und Auebach in Schottwien war eine Deckung der simulierten und beobachteten Abflussganglinie nicht möglich. Die in der Tabelle aufgelisteten Parameter für diese genannten Einzugsgebiete wurden aus benachbarten Einzugsgebieten mit ähnlichem geologisch-lithologischen Aufbau übernommen. Detaillierte Ausführungen und hydrogeologische Interpretationen dazu sind den entsprechenden Unterkapiteln zu entnehmen. Anzumerken wäre hier, dass die aus der Kalibration gewonnenen Parameter betreffend die Unterschiede der benachbarten Gebiete Trattenbach und Fröschnitz-oben mit den in der Begehung am 4.9.2009 gewonnenen Einschätzungen konsistent sind. Die Unterschiede in den Speicherkonstanten (höhere Werte im Gebiet der Fröschnitz, das heißt stärker verzögert und gedämpft) entsprechen den Vorstellungen über die unterschiedlichen Abläufe der Abflussprozesse im Untergrund der beiden Gebiete. 10000 Raxenbach k=7d k = 40 d k = 1000 d logQ [l/s] 1000 100 10 0 100 200 300 400 Tage 500 600 700 800 Abbildung 28: Anpassung von e-Funktionen mit verschiedenen Rückgangskoeffizienten zur Vorabschätzung der Speicherkoeffizienten am Beispiel der Abflussganglinie des Raxenbaches Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 66 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 8: Kalibrierte Parameter des Moduls zur Berechnung des Ausflusses aus der gesättigten Zone (vgl. Abbildung 27) [kI ist der Speicherkoeffizient (Zeitkonstante) für den lateralen Ausfluss aus dem Interflow Speicher - kperc ist der Speicherkoeffizient (Zeitkonstante) für den vertikalen Ausfluss aus dem Interflow Speicher - kBF1 und KBF2 sind die Speicherkoeffizienten (Zeitkonstanten) für den Ausfluss aus den Basisabfluss-Speichern - α ist der Aufteilungsfaktor zwischen den beiden parallel geschalteten BasisabflussSpeichern] Einzugs/Teileinzugsgebiet Teilgebietsnr. im Modell kI [d] kperc [d] Aufteilung zw. SBF1 (α) und SBF2 (1-α) kBF1 [d] kBF2 [d[ Wallersbach *) 14 10 5 0.5 / 0.5 40 900 Kohlgrabenbach 37 6 2.5 0.6 / 0.4 30 250 Auersbach 38 10 4.5 0.4 / 0.6 70 600 Steinbach 39 20 3 0.5 / 0.5 40 600 Kaltenbach 41 15 2.5 0.5 / 0.5 30 600 Dürrgraben 43 8 2 0.6 / 0.4 40 500 Otterthalbach *) 110 8 2 0.4 / 0.6 30 900 Fuchsgrabenbach *) 164 8 1.5 0.4 / 0.6 40 600 Trattenbach 174 7 1 0.5 / 0.5 15 250 Fröschnitz oben 188 10 2 0.5 / 0.5 40 500 Göstritzbach oben 189 6 3 0.1 / 0.9 30 600 Auebach Schottwien *) 201 6 1 0.3 / 0.7 40 900 Raxenbach sub 206 7 5 0.5 / 0.5 40 1000 Fröschnitz sub 208 10 5 0.1 / 0.9 40 1500 Göstritzbach sub 209 8 0.5 0.1 / 0.9 30 900 *) Kalibrierte Parameter mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich ist 5.3.5 Ergebnisse der Simulation in der Kalibrationsperiode Die folgenden Abbildungen zeigen die Ergebnisse der Simulation von Jänner 2006 bis Dezember 2008 nach der Kalibration an die beobachteten Pegeldaten. Die simulierten Abflussganglinien sind den beobachteten gegenübergestellt, wobei auch die vorgenommenen Kontrollmessungen eingetragen sind. Zusätzlich sind die Zeitreihen des Niederschlagsinputs und des simulierten Schneewasserwertes (SWE), jeweils als Gebietsmittel dargestellt. Im Gebiet des Semmering ist die Erfassung der Dynamik der Schneeakkumulation und –schmelze von großer Bedeutung. Fällt im Winter der Niederschlag in fester Form, so wird durch die Schneerücklage der Abfluss stark verringert. Mit Beginn der Schneeschmelze im Frühjahr setzt dann ein mitunter starker Abfluss ein. Bis in den Frühsommer hinein können sich die Auswirkungen der Schneeschmelze zeigen, beispielsweise in erhöhten Abflüssen oder erhöhten Bodenfeuchtebedingungen. Daher wird die Dynamik des simulierten Schneewasserwertes (SWE) in die Analyse mit einbezogen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 67 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 In Tabelle 9 und Abbildung 29 bzw. Abbildung 30 sind zusammenfassend Mittelwerte der Abweichungen zwischen Beobachtung und Simulation für den jeweiligen Datenzeitraum für jeden Pegel aufgelistet. Diese Auflistung und die dazu gehörenden Darstellungen beinhalten einerseits Abflüsse in l/s als auch andererseits Abflussspenden, um die Ergebnisse in den Gebieten besser vergleichen zu können. Ein Minus der Beobachtung gegenüber der Simulation am Pegel bedeutet, dass nicht der gesamte Abfluss aus dem Gebiet, wie er gemäß der Wasserbilanz auftreten müsste, am Pegel vorhanden ist („Defizit“ im beobachteten Gebietsabfluss). Auf der anderen Seite bedeutet ein Plus der Beobachtung gegenüber der Simulation, dass am Pegel eine größere Abflussmenge beobachtet wird, als sich aus der simulierten Wasserbilanz ergeben würde („Überschuss“ im beobachteten Gebietsabfluss). Die simulierte Wasserbilanz fußt auf den orographisch zugeordneten Einzugsgebietsgrenzen, auf den zur Verfügung stehenden meteorologischen Eingangsdaten und den Berechnungen des hydrologischen Modells MIKE SHE. Vor allem im Gebirge ist sowohl mit Unsicherheiten der meteorologischen Eingangsdaten (vor allem in der Regionalisierung, Schneemessungen udgl.) zu rechnen, als auch mit Unsicherheiten der Abflussmengenermittlung an Naturprofilen (häufige Änderungen der WasserstandsAbflussbeziehung, z.B. hervorgerufen durch Hochwässer). Vor diesem Hintergrund sind die Ergebnisse der Modellberechnungen im Vergleich zu den beobachteten Abflussganglinien ebenfalls zu bewerten. Die Möglichkeit der Kalibration einzelner Komponenten im Modell führt allerdings zu einer Verminderung dieser Unsicherheiten. In weiterer Folge haben auch die Vergleiche der simulierten und beobachteten Abflussganglinien in der Kalibrationsphase dazu geführt, einzelne Fehlerquellen zu identifizieren und nachträglich zu korrigieren (z.B. Änderungen in der Wasserstands-Abflussbeziehung [Pegelschlüssel], Feinabstimmung von Niederschlagsund Verdunstungsdaten, udgl.). Vor allem im Gebirge und bei schwierigen geologisch-tektonisch-hydrogeologischen Verhältnissen kann immer wieder beobachtet werden, dass die Anpassungen der Abflussganglinien durch Kalibration nicht zufriedenstellend abgeschlossen werden können. Dies zeigt sich vor allem dann, wenn Parameter derart verändert werden müssen, dass sie ihre physikalische Plausibilität verlieren, oder gar unrealistische Veränderungen an den Eingangsdaten (N, T, ET0) vorgenommen werden müssten, um eine gute Anpassung der Simulation an die Beobachtung zu erzielen. In diesen Fällen erfolgte eine detaillierte Analyse der hydrogeologischen Randbedingungen (z.B. Karsteinfluss, einzugsgebietsübergreifende Entwässerungen,…). Aus den Ergebnissen des Kalibrationsprozesses (Erreichen und auch Nicht-Erreichen einer Anpassung der Abflussganglinien) können somit Aussagen über die hydrologischen Verhältnisse und dem Wasserhaushalt im Untersuchungsgebiet getroffen werden, welche zudem sehr wertvolle Basisdaten für weiterführende hydrogeologische Interpretationen darstellen. Die Ergebnisse in den einzelnen Pegeleinzugsgebieten werden im Folgenden auf regionaler Basis analysiert und diskutiert. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 68 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 9: Ergebnisse der Kalibration und Vergleich mit beobachteten Abflüssen Pegel Bez. EZG-Bez. Gewässer Teilgebiet im Modell Fläche [km²] Daten seit beob. mittlere Anmerkung Spende [l/(s.km²)] Entnahme für Wasserversorgung simulierte mittl. Spende Differenz Differenz für den beob-sim beob-sim Datenzeitraum [l/(s.km²)] [l/s] [l/(s.km²)] 18.1 -9.3 -79.0 15.8 -1.3 -5.1 17.2 -0.3 -2.5 19.9 2.2 20.6 17.5 -0.3 -2.6 15.4 16.3 -0.9 -2.9 17.08.2006 12.8 15.2 -2.5 -60.7 5.1 30.06.2008 3.1 Lücke Ende Dez 2008 15.2 -12.1 -61.6 174 35.8 07.01.2007 21.4 Lücke 12/07 bis 04/08 19.2 2.2 79.5 Fuchsgrabenbach 164 1.35 29.07.2008 21.4 Lücke Ende NovAnfang Dez 2008 9.1 12.0 16.2 M96 Fröschnitz oben 188 10.2 14.06.2006 16.1 Lücken 10/07 und 06/08 16.5 -0.4 -4.0 S63 Göstritzbach oben 389 M93 Wallersbach 14 8.5 18.04.2005 8.8 JRN213 M9 Kohlgrabenbach 37 3.8 27.06.2006 14.5 JRN1076 M7 Auersbach 38 8.6 20.06.2006 16.9 JRN1077 M6 Steinbach 39 9.3 06.02.2008 22.1 JRN1082 M5 Kaltenbach 41 8.8 14.06.2006 17.2 JRN1085 M14 Dürrgraben 43 3.2 03.08.2008 JRN1090 M1 Raxenbach 37 + 206 24.6 FS128 T4 Otterthalbach 110 FS127 T2 Trattenbach FS332 S60 JRN1084 JRN1185 Lücke 09/08 bis 03/09 189 2.15 06.02.2008 11.9 15.4 -3.5 -7.6 38 + 39 + 41 + 188 + 43 + 14 + 208 90.2 02.07.2008 15.9 17.1 -1.2 -108.7 FröschnitzPegel M97 Fröschnitz Mzz 575 S64 Göstritzbach unten 189 + 209 7.42 06.02.2008 7.9 Lücke 07/08 bis 12/08, Pegel versetzt 11.9 -4.0 -29.8 Fue31 S65 Auebach-Schottw. 201 28.8 07.08.2008 6.5 Palkaquelle unmittelbar nach Pegelstelle 13.4 -6.9 -199.6 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 69 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Differenz Beobachtung minus Simulation für den Datenzeitraum 15 Abflussspende [l/(s.km²)] 10 5 0 -5 Fröschnitz Mzz Göstritzbach unten Auebach-Schottw. Fröschnitz Mzz Göstritzbach unten Auebach-Schottw. Göstritzbach oben Fröschnitz oben Fuchsgrabenbach Trattenbach Otterthalbach Raxenbach Dürrgraben Kaltenbach Steinbach Auersbach Kohlgrabenbach -15 Wallersbach -10 Abbildung 29: Differenz Beobachtung minus Simulation in Abflussspenden [(l/s.km²)] Differenz Beobachtung minus Simulation für den Datenzeitraum 100 50 Abfluss [l/s] 0 -50 -100 -150 Göstritzbach oben Fröschnitz oben Fuchsgrabenbach Trattenbach Otterthalbach Raxenbach Dürrgraben Kaltenbach Steinbach Auersbach Kohlgrabenbach -250 Wallersbach -200 Abbildung 30: Differenz Beobachtung minus Simulation in Gebietsabflussmengen [l/s] Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 70 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 (a) Raxenbach mit Kohlgrabenbach: Die ersten beiden Abbildungen zeigen die Ergebnisse am Kohlgrabenbach (Abbildung 31) und Raxenbach (Abbildung 32) im Nordwesten des Semmeringgebietes. Am unterliegenden Pegel am Raxenbach setzt sich der simulierte Abfluss zusammen aus der Simulation am Kohlgrabenbach (TG Nr. 37), an welcher das Modell kalibriert werden konnte, und der Simulation im Sub-Einzugsgebiet des Raxenbaches (Raxenbach sub – TG Nr. 206). Es zeigt sich eine recht hohe Simulationsgüte bei beiden Pegeln. Die meteorologische Station Preiner Gscheid befindet sich direkt im Gebiet, was sich positiv auf die Simulation auswirkt. Auch die Simulation in Zeiten der Schneeschmelze stimmt mit der Beobachtung sehr gut überein. Pegelabflussdaten sind seit Juli 2006 verfügbar, die Pegelschlüssel sind darüber hinaus durch viele Einzel- bzw. Kontrollmessungen gut abgesichert, vor allem im Nieder- und Mittelwasserbereich. Diese beiden Einzugsgebiete liegen weit außerhalb des möglichen Einflussgebietes des SemmeringBasistunnels neu und stellen daher auch für weiterführende Aussagen aus der hydrogeologischen Beweissicherung sehr wesentliche Kontrolleinzugsgebiete dar. Geologisch überwiegen im Einzugsgebiet Raxenbach-Kohlgrabenbach Gesteine des Semmering Kristallins und der Grauwackenzone. Zudem stehen auch verkarstete Karbonatgesteine orographisch links des Raxenbaches (Raxenbach sub) an. Vor allem am Kohlgrabenbach zeigen die Abflüsse aus Bereichen von sehr schlechten Durchlässigkeiten im Untergrund, hervorgerufen durch die dichten, stauenden Gesteine der nördlichen Grauwackenzone, das typische Bild eines geringen Basisabflusses und kurzen Spitzen mit steilen Anstiegen, die auf einen relativ hohen Anteil an Oberflächenabfluss schließen lassen. Dieser ist jedoch mit dem Modell nicht im vollen Ausmaß nachzubilden. Es wurde im Modell mit Tagesniederschlägen gerechnet, sodass kurze Starkregenereignisse in den Daten nicht zur Gänze erfasst wurden, da sich die Niederschlagsintensitäten über 24 Stunden ausmitteln. Zudem lag der Fokus in der Parametrisierung des Modells auf der entsprechenden Abbildung der Wasserbilanz über einen längeren Zeitraum. Bezüglich der Wasserbilanz ergab sich in der Simulation an beiden Bächen eine leichte Überschätzung des über die Beobachtungsperiode gemittelten Abflusses (Tabelle 9). Am Kohlgrabenbach ist diese gering (knapp 10%), am Raxenbach ist die Überschätzung etwas höher (knapp 20%). Erklärbar ist dieses „Defizit“ in den beobachteten Abflüssen sehr wahrscheinlich und nachvollziehbar dadurch, dass in beiden orographischen Einzugsgebieten Karbonatgesteinesanteile der Rax vorhanden sind, die jedoch unterirdisch in ein anderes Einzugsgebiet hin entwässern und daher die den Berechnungen zu Grunde gelegte Gesamtfläche zu groß ist. Dabei handelt es sich zudem um einen sehr hoch gelegenen Gebietsteil, in welchem die Niederschläge am stärksten und die Verdunstung am geringsten ist, also der Abflussanteil relativ gesehen sehr hoch sein muss. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 71 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Unter den genannten Gesichtspunkten können die Modellergebnisse für den Kohlgraben- und den Raxenbach als zuverlässig eingeschätzt werden. Abbildung 31: Simulationsergebnisse am Kohlgrabenbach (Teileinzugsgebiet TG 37 – Abflusspegel JRN213) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 72 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 32: Simulationsergebnisse am Raxenbach (Teileinzugsgebiet TG 37 + 206 – Abflusspegel JRN1090) (b) Auersbach, Steinbach und Kaltenbach (südliche Zubringer zur Fröschnitz) In den Teilgebieten der südlichen Zubringer zur Fröschnitz, Auersbach (TG 38), Steinbach (TG 39) und Kaltenbach (TG 41), stellte sich die Schwierigkeit dar, dass keine meteorologische Station in dieser Region derzeit existiert. Gerechnet wurde daher mit regionalisierten Niederschlägen und Lufttemperaturen, die auf die Daten der Stationen Mürzzuschlag, Preiner Gscheid und Hirschenkogel aufbauen. Diese befinden sich in einiger Entfernung zu den genannten Teilgebieten. Dennoch ergaben sich recht gute Simulationsergebnisse (Abbildung 33 bis Abbildung 35). Geringfügige Abweichungen ergaben sich in Perioden, in denen Abfolgen von starker Schneeakkumulation und –schmelze auftraten. Zum Beispiel in der kurzen Periode mit starken Schmelzraten im Mai 2008 konnten die Abflüsse in allen drei Teilgebieten durch das Modell nicht entsprechend nachgebildet werden. Am Steinbach ist die Unterschätzung am deutlichsten. Treten kurze, starke Schmelzphasen auf, so können diese mit dem Modell eventuell durch die Verwendung von Tagesmittelwerten unterschätzt werden, da wärmere Temperaturen über den Tag (etwa während der Mittagsstunden) nicht einfließen werden. In dieser Zeit erfolgt jedoch der Hauptteil der Schmelze. Diese Unterschiede ergeben sich allerdings nur kurzfristig während der Abschmelzphase, am Ende der Abschmelzperiode stimmen die simulierten Abflüsse Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 73 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 wieder mit den beobachteten überein, wie aus den Darstellungen sehr gut abgelesen werden kann. Am Steinbach und Kaltenbach könnte aber auch die Beschneiung der Schipisten ein hinausgezögertes Schmelzverhalten und einen dementsprechend späteren Anstieg im Abfluss bewirken. Besonders am Kaltenbach weisen die Unterschiede zwischen Simulation und Beobachtung im Winter 2006/07 auf den möglichen Einfluss der Pistenbeschneiung hin (Abbildung 35). Erstens zeigt sich in den Abflussdaten im schneearmen Dezember 2006 ein starker, unnatürlicher Abfall in der Ganglinie, welcher durch die Entnahme von Bachwasser zu erklären ist. Zweitens weisen die erhöhten Pegelabflüsse im April und Mai 2007 auf eine hinausgezögerte Schneeschmelze hin. Am Auersbach in Abbildung 33 zeigt sich hingegen in dieser Periode eine Überschätzung der Abflüsse in der Simulation, die auf eine Überschätzung der Abflüsse über das gesamte Jahr 2006 zurückzuführen sein könnte. Auch die Unterschätzung der Schneeschmelze im Frühjahr 2008 ist nicht so stark wie am Steinbach und Kaltenbach ausgebildet. In der Zeit von Oktober 2007 bis März 2008 traten am Auersbach messtechnische Schwierigkeiten auf, weshalb für diesen Zeitraum nur monatliche Einzelmessungen des Abflusses zur Verfügung stehen. Nach der Schneeschmelze 2008 zeigen sich an allen drei Bächen für das restliche Jahr sehr gute Übereinstimmungen zwischen simulierter und beobachteter Abflussganglinie. Differenzen zwischen simulierter und beobachteter Abflüsse im Mittel ergeben sich beim Auersbach und Kaltenbach trotz der Abweichungen in den Zeiträumen, in denen Schnee eine Rolle spielt, nicht. Dies spricht für eine zuverlässige Simulation des Wasserhaushalts. Am Steinbach (Abbildung 34) sind die simulierten Abflüsse im Mittel leicht zu niedrig. Jedoch ist dabei zu berücksichtigen, dass die Einrichtung dieser Abflussmessstelle erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgte. Für den Vergleich lag daher nur eine kurze hochauflösende Abflussganglinie vor (Februar bis Dezember 2008). Zudem fällt in diese Zeit auch die Schneeschmelze 2008 mit den zuvor beschriebenen Abweichungen. Die Struktur der restlichen Simulation am Steinbach scheint plausibel; zuverlässige Aussagen über die Wasserbilanz sind hier aber derzeit, ob der kurzen Beobachtungsdauer noch nicht möglich. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 74 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 33: Simulationsergebnisse am Auersbach (Teileinzugsgebiet TG 38 – Abflusspegel JRN1076) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 75 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 34: Simulationsergebnisse am Steinbach (Teileinzugsgebiet TG 39 – Abflusspegel JRN1077) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 76 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 35: Simulationsergebnisse am Kaltenbach (Teileinzugsgebiet TG 41 – Abflusspegel JRN1082) (c) Obere Fröschnitz und Dürrgraben An der oberen Fröschnitz (TG 188) und im Dürrgraben (TG 43) gilt derzeit bezüglich Verteilung der Niederschlagsstationen ähnliches wie im Vorkapitel beschrieben. Auch traten zu Beginn der Messungen am Naturprofil der Messstelle an der Fröschnitz ständige Profiländerungen auf, die erschwerend bei der Erstellung der Abflussganglinien beitrugen. Aus diesem Grund wurde auch die Messstelle verlegt. An der Fröschnitz ist die Simulation unter diesen Gesichtspunkten dennoch als recht gut einzuschätzen (Abbildung 36). Die simulierte Abflussganglinie entspricht der Beobachtung; die Differenz zwischen simulierten und beobachteten Abflüssen ist gering (0.4 l/(s.km²)). Lediglich nach der starken Schneeschmelze 2006 wird die zeitliche Dynamik nicht entsprechend nachgebildet. Vor allem bei der Schneeschmelze zeigen sich die Unsicherheiten in den meteorologischen Modelleingangsgrößen, wie sie in hoch gelegenen Regionen aufgrund von Unsicherheiten in den Messungen und in der Regionalisierung immer wieder vorkommen können. Aber die Unterschiede gleichen sich in diesem Fall über das Jahr 2006 wieder aus, sodass die längerfristige Wasserbilanz dadurch nicht beeinflusst wird. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 77 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Im Dürrgraben liegen nur über einen sehr kurzen Zeitraum Abflussdaten vor, da hier erst zu einem späteren Zeitpunkt ein Datenlogger installiert wurde (Abbildung 37). Der Vergleichszeitraum erstreckte sich nur von August bis Dezember 2008. In dieser Phase konnte das Auslaufverhalten der Abflussganglinie sehr gut angepasst werden. Die Abflussdaten beinhalten aber derzeit noch keine Schneeschmelzperiode. Dies wird erst durch das Vorliegen längere Messreihen erreicht. Abbildung 36: Simulationsergebnisse an der oberen Fröschnitz (Teileinzugsgebiet TG 188 – Abflusspegel JRN1084) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 78 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 37: Simulationsergebnisse am Dürrgraben (Teileinzugsgebiet TG 43 – Abflusspegel JRN1085) (d) Trattenbach Im Gebiet des Trattenbaches (TG 174) sind seit Jänner 2007 Abflussdaten verfügbar. Abbildung 38 zeigt die Simulationsergebnisse. Wie anhand von Geländebegehungen herausgefunden wurde, weist das Gebiet hydrologisch Besonderheiten im Vergleich mit den übrigen Gebieten ähnlicher Geologie auf. Dies zeigt sich auch an den Daten mit relativ hohen Abflussspenden trotz etwas geringerer Gebietsniederschläge, die auf die beiden im Gebiet befindlichen Stationen basieren (siehe Abbildung 13 - Höhenabhängigkeit der Niederschläge). Das Verhältnis Abflusshöhe zu Niederschlag ist am Trattenbach das größte in der Region. Darüber hinaus ist der Anteil an Oberflächenabfluss hoch. Betrachtet man die Niederschlagsdaten, so zeigt sich, dass die zwei Stationen direkt im Gebiet des Trattenbaches gelegen deutlich weniger aufzeichnen als die Stationen auf der steirischen Seite. Aus den meteorologischen Bedingungen ist dies allerdings erklärbar: Generell werden nach Osten hin die Niederschläge geringer, da die Hauptanströmrichtung Nordwest-Südost darstellt; die größten Niederschläge in dieser Region treten im Bereich Schneealpe, Rax auf. Dennoch sind Messfehler, vor allem bei Schneefall und Wind, nie auszuschließen (leichte Unterschätzung der Schneeschmelze sowohl im Frühjahr 2007 als auch im Frühjahr 2008). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 79 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Das hydrologische Modell wurde auf die spezielle Situation im Einzugsgebiet des Trattenbachs abgestimmt. Die Dynamik konnte gut wieder gegeben werden. Dennoch waren die hohen Spenden durch das Modell nicht zu erreichen. Es bleibt eine Unterschätzung der mittleren Abflussspenden in der Simulation mit knapp über 2 l/(s.km²) bzw. der mittleren Abflüsse um rd. 80 l/s. Sieht man von Messunsicherheiten ab, so könnten diese Überschüsse hydrogeologisch gesehen auch durch einzugsgebietsübergreifende Entwässerungen hervorgerufen werden. Zumindest Teile der sehr gut durchlässigen, verkarsteten Karbonatgesteine des Otters bieten sich als mögliches zusätzliches Einzugsgebiet an, zumal z.B. am Göstritzbach und auch am Fuchsgrabenbach Defizite bestehen. Die laufenden Messungen und auch die Tatsache, dass in Zukunft längere Messreihen zur Verfügung stehen werden, werden dazu beitragen, diese Vermutungen bzw. Interpretationen zu überprüfen. Zusätzlich würden sich nach erfolgten Detailkartierungen im Bereich der Talauen seichte Bohrungen anbieten, um Pumpversuche durchführen zu können. Einerseits können dabei Aussagen über die Durchlässigkeit abgeleitet werden und andererseits wird es möglich sein, Wasserproben der Grundwässer zu gewinnen und diese mit den Quellwässern aus dem Otter-Stock zu vergleichen. Abbildung 38: Simulationsergebnisse am Trattenbach (Teileinzugsgebiet TG 174 – Abflusspegel FS127) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 80 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 (e) Göstritzbach Am Göstritzbach wurden zwei Pegel eingerichtet; ein Pegel am Oberlauf (TG 189) und ein Pegel am Unterlauf im Bereich der Ortschaft Schottwien (TG 209 & TG 189). Zudem werden am Zwischenabschnitt (Göstritzbach Mitte) zusätzlich monatliche Einzelmessungen des Abflusses durchgeführt. Abbildung 39 zeigt einen Überblick über die Lage der Messstationen am Göstritzbach. Am oberen Pegel sind Daten ab Februar 2008 verfügbar. In der Simulation werden die Abflüsse überschätzt, die im Datenzeitraum simulierte Spende ist um ca. 30 % höher als die beobachtete. Aber auch die Dynamik ist unterschiedlich (Abbildung 41). Auffallend gering ist die Dynamik während der Schneeschmelzphase in den beobachteten Pegelabflüssen im Vergleich zur Simulation. Im Sommer hingegen zeigt sich eine starke Dynamik in den Pegelabflüssen. Dies wird vor allem darauf zurückgeführt, dass zu Beginn der Messungen an dieser Messstelle immer wieder Sedimentanlandungen im Bereich der Drucksonde festgestellt wurden, die einen Umbau nach sich zogen. Diese Sedimentanlandungen führten natürlich zu extrem gedämpften bis hin zu stagnierenden Druckaufzeichnungen, was die nicht bzw. kaum vorhandene Dynamik erklärt. Eine zusätzliche Möglichkeit der Interpretation, dass am Pegelstandort weniger Wasser abfließt, als die Simulation ergibt, kann auch mit dem Vorhandensein quarzitischer Festgesteine im Zusammenhang gebracht werden. Vor allem die orographisch linke Grabenseite wird von Semmeringquarzit aufgebaut. Hier sind zudem deutlich ausgeprägte Schutthalden zu beobachten, die als sehr gut wasserdurchlässig eingestuft werden. In diesem Abschnitt liegen auch keine nennenswerten Oberflächenabflüsse als Zubringer zum Göstritzbach vor, was die Annahme eines sehr gut durchlässigen Untergrundes stützt. In weitere Folge können diese Abschnitte auch bereits als mögliches Einzugsgebiet für die Göstritzquelle in Frage kommen. Wie anhand der Abbildung 40 abgelesen werden kann, zeigen die termingleichen Einzelmessungen zwischen Göstritzbach oben und Göstritzbach Mitte keine Zunahme im Abfluss, obwohl sich das Einzugsgebiet um rd. 2 km² vergrößert. Das heißt, dass aus dem Gebiet dazwischen keine Zuflüsse in den Göstritzbach gelangen. Dies wird dahingehend interpretiert, dass zwischen den beiden Messstellen ausschließlich sehr gut wasserwegige, verkarstete Karbonatgesteine anstehen. Der westliche Abschnitt wird dem Einzugsgebiet der Göstritzquelle zugeordnet. Im östlichen Abschnitt sind unterirdische Entwässerungsbahnen nach Osten in Richtung Großer Otter ebenso vorstellbar. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 81 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 39: Überblick über die Messstellen am Göstritzbach 180 160 140 Göstritz oben (2.15 km²) 575b (4.11 km²) Göstritz unten (7.42 km²) Q [l/s] 120 100 80 60 40 20 0 01.01.2008 31.12.2008 31.12.2009 Abbildung 40: Einzelmessungen am Göstritzbach Die Abflüsse am Pegel Göstritz unten zeigen naturgemäß höhere Werte. Jedoch kann aus Abbildung 42 abgelesen werden, dass in der kurzen zur Verfügung stehenden Abflussganglinie ein Defizit zur simulierten Abflussganglinie besteht. Es sind jedoch dafür nur kurze Zeiträume vorhanden und zusätzlich ist im Sommer/Herbst 2008 eine Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 82 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Datenlücke vorhanden, 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 die durch eine hochwasserbedingte Zerstörung der Pegelmessstelle hervorgerufen wurde. Wie auch bei anderen Messstellen bereits erläutert, werden nach Vorliegen von längeren Messreihen die Simulationen überprüft und die Modellparameter gegebenenfalls korrigiert. Sollten sich diese Defizite auch in den zukünftigen Auswertungen bestätigen, so ist es aus hydrogeologischer Sicht denkbar, dass Entwässerungen am Unterlauf des in Richtung Osten Göstritzbaches vorhanden einzugsgebietsübergreifende sein könnten. Östlich des Göstritzgrabens ist ein Graben gelegen, der vom Probstwald in Richtung Norden zum Auebachtal abfällt. Dieser Graben führt nur Wasser, welches von den gefassten Auequellen herstammt. Die simulierte Abflussganglinie (siehe Abbildung 57) zeigt eine deutlich geringere Abflussmenge, als tatsächlich durch die Quellschüttung gegeben ist, was für eine derartige einzugsgebietsübergreifende Entwässerung sprechen könnte. Einem simulierten Basisabfluss im Bereich von etwa 3-5 l/s steht eine gemessene Quellschüttung in der Größenordnung von etwa 10 l/s gegenüber. Das Einzugsgebiet des hinteren Göstritzgrabens ist an der Grenze der „Wetterscheide Steiermark-Niederösterreich“ sehr abgeschottet gelegen (geschützte Lage). Deshalb wäre es auch vorstellbar, dass bei der Regionalisierung der Niederschläge diese möglicherweise überschätzt wurden, und dadurch auch lokal geringe Wassermengen zur Verfügung stehen würden. Der hintere Abschnitt des Göstritzbaches bietet sich demnach an, dass hier eine Niederschlagsmessstation errichtet werden sollte, um bessere Daten für zukünftige Berechnungen und Vergleiche zur Verfügung zu haben. Dabei würde sich der Kummerbauerstadl anbieten, da hier einerseits früher eine Station bestanden hatte und andererseits eine Wartung der Anlage durch vor Ort wohnende Personen ohne großen Aufwand möglicht ist. Dies würde auch für die angrenzenden Gebiete im Westen bzw. Südwesten (Dürrgraben, obere Fröschnitz) von Nutzen sein. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 83 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 41: Simulationsergebnisse am oberen Göstritzbach (Teileinzugsgebiet TG 189 – Abflusspegel JRN1185) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 84 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 42: Simulationsergebnisse am Göstritzbach unten (Teileinzugsgebiet TG 189 + 209 Abflusspegel 575) (f) Otterthalbach, Fuchsgrabenbach Am Otterthalbach (TG 110 – auch Raachtalbach genannt) wurden die beobachteten Abflüsse deutlich überschätzt (Abbildung 43). Nur ein Teil des Abflusses aus dem orographisch zugrunde gelegten Einzugsgebiet wird hier am Pegel beobachtet. Dies ist durch die großräumige Verkarstung im Gebiet (Großer Otter) mit einzugsgebietsübergreifenden Entwässerungen erklärbar. In der Simulation sind jedoch Karbonatgesteine im Einzugsgebiet mit berücksichtigt, aus welchen alle Grundwässer zum Pegel gelangen. Es wird jedoch dahingehend interpretiert, dass Teile des orographischen Einzugsgebietes des Otterthalbaches in den Fuchsgrabenbach (TG 164) entwässern, an welchem ein Überschuss in der Abflussmenge gegeben ist. Dies zeigt sich auch in der Abbildung 44, wo die simulierten Abflüsse deutlich niedriger sind als die beobachteten Abflüsse. Zusammenfassend kann ausgesagt werden, dass, bezogen auf die sehr kurzen ausgewerteten Zeiträume, am Otterthalbach ein Defizit und am Fuchsgrabenbach ein Überschuss der Beobachtung gegenüber der Simulation besteht. In der Gesamtbetrachtung der beiden Gebiete sind jedoch die Defizite höher als die Überschüsse. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 85 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die sehr hohen Abflussspitzen im Sommer 2008 am Otterthalbach sind keine gemessenen Mengen, sondern ergeben sich nur rechnerisch aus der Extrapolation des Pegelschlüssels. Es kommt bei derartigen hydrometeorologischen Ereignissen (kurze Starkregenereignisse) mit Sicherheit zu Ausuferungen und Verklausungen, weshalb diese Spitzenwerte nicht zuverlässig sind. Zudem stand für den Vergleich zwischen Simulation und Beobachtung nur ein kurzer Zeitraum zur Verfügung. Wie auch bei anderen Einzugsgebieten werden nach Vorliegen längerer Messreihen Überprüfungen und gegebenenfalls Korrekturen stattfinden müssen. Abbildung 43: Simulationsergebnisse am Otterthalbach (Teileinzugsgebiet TG 110 - Abflusspegel FS128) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 86 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 44: Simulationsergebnisse am Fuchsgrabenbach (Teileinzugsgebiet TG 164 – Abflusspegel FS332) (g) Auebach Am Auebach im Nordosten des Untersuchungsgebietes werden die Daten von zwei Pegeln herangezogen. Der erste befindet sich bei Schottwien (eigentlich noch am Heidbach) kurz vor dem Zusammenfluss mit dem Göstritzbach und Greisbach. Die zweite Pegelmessstelle liegt östlich von Weissenbach im Bereich der Brücke der Landesstraße über den Auebach. Für diese Messstelle liegt derzeit noch kein Vergleich zwischen simulierten und beobachteten Abflussganglinien vor. Für das orographische Einzugsgebiet, welches dem Pegel am Auebach (TG 201 Haidbach) zugeordnet wird, überschätzen die simulierten Abflüsse die beobachteten Abflüsse (Abbildung 45). In der ebenfalls kurzen Beobachtungsperiode (August bis Dezember 2008) sind dies im Mittel rd. 200 l/s. Unterhalb der Pegelmessstelle liegt die Palkaquelle, die eine Schüttung von > 100 l/s aufweist. Das Einzugsgebiet der Palkaquelle ist nach der hydrogeologischen Modellvorstellung überwiegend in den Adlitzgräben bis in den Bereich Talhof zu suchen. Beide Bereiche liegen im orographischen Einzugsgebiet des Auebaches. Die Quellschüttung der Palkaquelle erklärt somit einen Großteil der Differenzen zwischen Simulation und Beobachtung. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 87 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 45: Simulationsergebnisse am Auebach bei Schottwien (Teileinzugsgebiet TG 201 – Abflusspegel FUE31) (h) Wallersbach Am Wallersbach (TG 14), einem orographisch rechten Zubringer zur unteren Fröschnitz liegen längere Zeitreihen vor; die Daten decken den gesamten Simulationszeitraum ab. Abbildung 46 zeigt, dass zwischen Simulation und Beobachtung große Differenzen bestehen. Eine Anpassung der Simulation an die beobachteten Abflussdaten war nicht möglich. Das Einzugsgebiet des Wallersbaches reicht bis in die Karbonatgesteine der Kampalpe. In diesem Abschnitt sind große Karstquellen der Trinkwasserversorgungsanlage der Stadtgemeinde Mürzzuschlag gelegen. Ein Großteil dieser Wässer wird daher an der Pegelmessstelle nicht erfasst. Die Wasserentnahmen aus diesen Quellen erklären somit die Differenzen zwischen Simulation und Beobachtung. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 88 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 46: Simulationsergebnisse am Wallersbach (Teileinzugsgebiet TG 14 - Abflusspegel 389) (i) Fröschnitz bis Mürzzuschlag Abbildung 47 zeigt die Simulation am Pegel an der Fröschnitz in Mürzzuschlag. Diese setzt sich zusammen aus den Simulationen an den Zubringern, an denen eine Kalibration möglich war (Auersbach, Steinbach, Kaltenbach, obere Fröschnitz, Dürrgraben) sowie den beobachteten Abflüssen am Wallersbach. Am Wallersbach wurden deshalb die beobachteten Abflüsse herangezogen, um nicht im Vergleich zwischen Simulation und Beobachtung die bereits bekannten und erklärten Fehlmengen vom Wallersbach einzubeziehen und dadurch eine Verzerrung der Ergebnisse zu erreichen. Um das Simulationsergebnis zu erzielen, musste der Basisabfluss aus dem Teilgebiet Fröschnitz sub (TG 208) stark gedämpft werden (kBF2 = 1500 d, siehe Tabelle 8 Speicherkoeffizienten); dennoch bleibt eine Differenz zwischen Simulation und Beobachtung (im Mittel knapp über 100 l/s). Im Jänner 2010 erfolgten zusätzliche Abflussmessungen, um zu Niedrigwasserzeiten den Pegelschlüssel abzusichern. Dabei hat sich gezeigt, dass für die bisher vorliegenden Simulationen zu niedrige Abflüsse verwendet wurden. Bei den weiterführenden Berechnungen und Kalibrationsarbeiten mit längeren Zeitreihen wird dieser Umstand entsprechend berücksichtigt und eine Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 89 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Korrektur vorgenommen. Zudem ist auch zu berücksichtigen, dass durch die Errichtung des Semmering Straßentunnels im Rahmen des Projektes S6 Semmering Schnellstraße, am Unterlauf des Dürrgrabens eine Quelle in Folge der Tunnelarbeiten in ihrer Schüttung beeinträchtigt wurde. Daraus lässt sich auch eine Verschiebung der unterirdischen Wasserscheide in Richtung Osten nach Niederösterreich ableiten. Abbildung 47: Simulationsergebnisse an der Fröschnitz in Mürzzuschlag (TG 14 (Beobachtung) + TG 38 + TG 39 + TG 41 + TG 188 + TG 43 + TG 208 – Abflusspegel Fröschnitz-Pegel) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 90 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5.3.6 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Detailergebnisse auf Teilgebietsbasis: Abfluss, Grundwasserneubildung, tiefere Versickerung – Mittelwerte über die Periode 2006 bis 2008 Die Abbildung 48 zeigt die simulierte Aufteilung Oberflächenabfluss-Basisabfluss auf Teilgebietsbasis. Im Basisabfluss ist auch der Interflow inkludiert. Der Oberflächenabfluss ist hier allerdings als Abschätzung zu verstehen; er war nicht der Fokus in der Modellierung. Der simulierte Oberflächenabfluss kann als untere Grenze angesehen werden, kurze Spitzen wurden nicht erfasst, da mit mittleren Niederschlagsintensitäten über den Tag gerechnet wurde. Zudem wurden in denjenigen Bereichen, in welchen verkarstete Karbonatgesteine anstehen, die Modellparameter so gesetzt, dass kein Oberflächenabfluss simuliert wird. In Wirklichkeit wird jedoch entgegen dieser Modellannahme in diesen Bereichen an einigen Flächen oberflächlicher Abfluss mit Sicherheit auftreten. Derartig kleinskalige Verhältnisse sind bei solchen großräumigen Betrachtungen und Simulationen nicht zu berücksichtigen, obwohl die Zellgröße mit 100 mal 100 Meter ohnehin schon sehr klein gewählt wurde. Der größte Anteil an Oberflächenabfluss wurde am Kohlgrabenbach simuliert. Dieses Gebiet liegt fast zur Gänze in Gesteinen der Grauwackenzone. Bei den Berechnungen und Vergleichen der hydraulischen Durchlässigkeiten hat sich ebenfalls gezeigt, dass innerhalb der Gesteine der Grauwackenzone mit den niedrigsten Durchlässigkeiten zu rechnen ist. Mittl. simulierte Abflussspende [l/(s.km²)] 25 Oberflächenabfluss Basisabfluss (Grundwasser) 20 15 10 5 Auebach-Schottw. *) Göstritzbach Sub Fröschnitz Sub bis Mzz Göstritzbach oben Fröschnitz oben Fuchsgrabenbach *) Trattenbach Otterthalbach *) Raxenbach Sub Dürrgraben Kaltenbach Steinbach Auersbach Kohlgrabenbach Wallersbach *) 0 Abbildung 48: Vergleich zwischen simulierten Oberflächenabfluss und Basisabfluss als mittlere Spenden. *) Kalibrierte Spenden mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich war Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 91 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die folgende Tabelle 10 und die Abbildung 49 zeigen die Ergebnisse der simulierten Grundwasserneubildung (GWNb) auf Teilgebietsbasis. Es wurden mittlere Werte über den Zeitraum von 01/2006 bis 12/2008 ausgewiesen (zur Vergleichbarkeit bezogen auf die Einzugsgebietsfläche in [mm/d] und in [l/(s.km²)]). Als Grundwasserneubildung wird im Modell der direkte Eintrag in eine gesättigte Zone aus der ungesättigten Zone angesehen. Dort wird das ankommende Grundwasser noch in die einzelnen zusätzlichen Speicher (vgl. Abbildung 27) weiter aufgeteilt. Die Abflusskomponente Qperc ist derjenige Grundwasseranteil, von welchem der Interflow bereits abgezogen wurde. Diese Abflusskomponente wurde in einem weiteren Schritt noch in zwei Speicher unterteilt, die sich in ihrer Auslaufcharakteristik unterscheiden lassen (unterschiedliche Speicherkonstanten). Speicherkonstanten) im Untergrund Längere werden im Verweilzeiten Modell mit tiefer (höhere reichenden Entwässerungspfaden interpretiert (in Tabelle 10 als tiefere Entwässerung Res. BF2 bezeichnet) und daher näherungsweise für die Prognose der zutretenden Bergwassermengen verwendet. Tabelle 10: Simulierte Grundwasserneubildung (GWNb) für den Zeitraum 2006-2008 (Mittel über 3 Jahre) Gebiets Nr. im Gewässer Modell Simulation Zeitraum 01/2006-12/2008 (Mittelwerte) Qperc (seichte & Tiefere Fläche GWNb tiefere Entwäss. in % Entwäss. [km²] GWNb [mm/d] [l/(s.km²)] GWNb Res. BF1 & 2) (Res. BF2) [l/(s.km²)] [l/(s.km²)] 14 Wallersbach *) 8.5 1.84 21.3 13.6 64 6.8 37 Kohlgrabenbach 3.8 1.48 17.1 11.6 68 4.6 38 Auersbach 8.6 1.87 21.6 14.1 65 8.4 39 Steinbach 9.3 1.90 22.0 18.0 82 9.0 41 Kaltenbach 8.8 1.86 21.6 17.4 81 8.7 43 Dürrgraben 3.2 1.80 20.9 15.8 75 6.3 206 Raxenbach Sub 20.8 1.71 19.8 11.1 56 5.5 110 Otterthalbach *) 5.1 1.18 13.7 10.3 75 6.2 174 Trattenbach 35.8 1.77 20.5 15.9 78 8.0 164 Fuchsgrabenbach *) 1.35 0.86 9.9 7.6 77 4.6 188 Fröschnitz oben 10.2 1.83 21.2 16.6 78 8.3 189 Göstritzbach oben 2.15 1.52 17.6 10.9 62 9.8 208 Fröschnitz Sub bis Mzz 41.7 1.77 20.5 12.8 62 11.5 209 Göstritzbach Sub 5.27 1.18 13.6 12.2 89 11.0 201 Auebach-Schott. *) 28.8 1.32 15.3 12.7 83 8.9 *) Kalibrierte Daten mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich war Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 92 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die hohen Grundwasserneubildungsraten wurden in den hoch gelegenen Gebieten Auersbach, Steinbach und Fröschnitz oben simuliert. Hier sind entsprechend der Regionalisierung die Niederschläge am größten und die Verdunstung am geringsten. In den tiefer liegenden Gebieten des Fuchsgraben- und Otterthalbaches ergaben sich deutlich niedrigere Werte der Grundwasserneubildung. Da an den Messstellen Wallersbach, Otterthalbach, Fuchsgrabenbach und Auebach in Schottwien eine Deckung der simulierten und beobachteten Abflussganglinie nicht möglich war, wurden aus benachbarten Einzugsgebieten mit ähnlichem geologischlithologischen Aufbau die entsprechenden Parameter für die Berechnungen übernommen. Die Grundwasserneubildungsraten wurden jedoch für alle aufgelisteten Teilgebiete gebietsspezifisch gerechnet, können jedoch modelltechnisch für die vier genannten Gebiete wegen vorhandener gebietsübergreifender Entwässerungen nicht durch gemessene Abflussdaten überprüft werden. Mittlere Grundwasserneubildung simuliert (2006-2008) 25 GWNb [l/(s.km²)] 20 15 10 5 Auebach-Schottw. *) Göstritzbach Sub Fröschnitz Sub bis Mzz Göstritzbach oben Fröschnitz oben Fuchsgrabenbach *) Trattenbach Otterthalbach *) Raxenbach Sub Dürrgraben Kaltenbach Steinbach Auersbach Kohlgrabenbach Wallersbach *) 0 Abbildung 49: Simulierte mittlere Grundwasserneubildung in [l/(s.km²)]. *) Kalibrierte Daten mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich war 5.3.7 Flächenhafte Darstellung Die Verwendung eines flächendetaillierten Modells wie MIKE SHE ermöglicht eine flächenhafte Darstellung der einzelnen Komponenten der Wasserbilanz – simuliert und beobachtet - zur räumlichen Interpretation. Beispielhaft ist hier aus der Simulation die aktuelle Verdunstung (Abbildung 50) und die Grundwasserneubildung (Abbildung 51) dargestellt. Es ist jeweils das Mittel der Jahressummen 2006, 2007 und 2008 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 93 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ausgewiesen. Die simulierte aktuelle Verdunstung ist ein Resultat der höhenabhängigen potentiellen Verdunstung, der aktuellen Bodenfeuchte (verfügbares Wasser im Boden – hängt auch mit dem Niederschlag zusammen) und der unterschiedlichen Wahl der Parameter zur Beschreibung der Wasseraufnahme durch Pflanzen in den verschiedenen Vegetationseinheiten. In den höheren Regionen über der Waldgrenze zeigt sich somit die geringste Verdunstung (unter 400 mm/Jahr), und in bewaldeten tieferen Regionen die stärkste Verdunstung mit über 750 mm/Jahr. Bei der simulierten Grundwasserneubildung zeigen sich die größten Werte gemäß den Gradienten in den Inputgrößen Niederschlag und Verdunstung in den hoch gelegenen Regionen. Abbildung 50: Simulierte mittlere aktuelle Jahresverdunstung (mm/Jahr) von 2006 bis 2008 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 94 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 51: Simulierte mittlere Grundwasserneubildung (mm/Jahr) von 2006 bis 2008 5.3.8 Vergleich der statistischen Eigenschaften Eine Möglichkeit zur Darstellung von Unterschieden zwischen Simulation und Beobachtung ist der Vergleich der statistischen Eigenschaften anhand z.B. der Summenhäufigkeitslinie. Ähnlich wie die Dauerlinie gibt diese an, in wie vielen Fällen ein bestimmter Abfluss erreicht und unterschritten wird. Dadurch kann ein rascher Überblick über Abweichungen zwischen Simulation und Beobachtung in allen Abflussbereichen gewonnen werden. Niedrige Abflüsse besitzen eine niedrige Unterschreitungswahrscheinlichkeit, hingegen besitzen die hohen Abflüsse eine hohe Unterschreitungswahrscheinlichkeit. Ebenso ist es möglich, nur die Abweichung zwischen Simulation und Beobachtung statistisch auszuwerten, um eventuell zukünftige durch den Einfluss des Tunnelbaus hervorgerufene Unterschiede sehr rasch sichtbar zu machen. Abbildung 52 links zeigt ein Beispiel. Dargestellt ist das Ergebnis am Kaltenbach (bis Dezember 2008, 1.5 Jahre Beobachtung). Die Übereinstimmung zwischen Simulation und Beobachtung ist sehr gut. Der Fokus der Modellierung lag auf dem Nieder- und Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 95 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mittelwasserbereich (Basisabfluss, Auslaufkomponente). Ein Abfluss von 100 l/s, zum Beispiel, wird in 20 % der Fälle unterschritten, sowohl in Simulation als auch in der Beobachtung. Die Abbildung 52 rechts zeigt die statistischen Eigenschaften der Abweichung Simulation minus Beobachtung. Die mittlere Abweichung (Median 0.5) ist ungefähr 0. In sehr wenigen Fällen ist die Abweichung größer als +100 bzw. -100 l/s. In einigen Gebieten ist der Beobachtungszeitraum für eine statistische Analyse allerdings derzeit noch zu kurz. Durch die Weiterführung der kontinuierlichen Messungen wird dieser Vergleich aber zukünftig im Zuge der Beweissicherung möglich sein. Die Kalibrationsperiode ohne Beeinflussung des Wasserhaushalts kann dann als „Kontrollzeitraum“ angesehen werden, auf Basis dessen zukünftige Veränderungen in der Bauphase, aber auch generelle Änderungen in der Landnutzung interpretiert werden können. 1 Summenhäufigkeit (-) 0.8 Kaltenbach 0.6 0.4 0.2 sim beob 0 0 100 200 300 Q (l/s) 400 500 600 1.0 Summenhäufigkeit (-) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -200 -150 -100 -50 0 50 100 Abweichung sim-beob (l/s) 150 200 Abbildung 52: Vergleich der statistischen Eigenschaften der simulierten und beobachteten Abflüsse am Beispiel Kaltenbach. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 96 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5.3.9 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Vergleich der Modellsimulationen in Teileinzugsgebieten mit monatlichen Einzelmessungen In denjenigen Einzugsgebieten (Abbildung 53 und Planbeilage 5510-EB-5300AL-020003), an welchen monatliche Einzelmessungen des Abflusses durchgeführt wurden, erfolgte ebenfalls eine Simulation der Abflussganglinie. In den nachfolgenden Abbildungen sind den simulierten Abflussganglinien die monatlichen Einzelmessungen gegenübergestellt. Die Parameter für die Berechnungen wurden entsprechend der vorliegenden geologischen Situation aus den kalibrierten Einzugsgebieten übernommen. Nachfolgend ist dies anhand einiger Beispiele auch graphisch dokumentiert. Somit liegen auch für kleine Einzugsgebiete entsprechende Abflussganglinien vor, die für die hydrogeologische Beweissicherung eine sehr wesentliche Basis darstellen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 97 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 53: Lage der Einzelmesspunkte mit deren orographischen Einzugsgebiete, die für den Vergleich mit den Modellsimulationen verwendet wurden Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 98 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 1400 simuliert Einzelmessungen 1200 1000 Q [l/s] 800 600 400 200 0 01.01.06 01.01.07 01.01.08 31.12.08 Abbildung 54: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN740 im Einzugsgebiet Steinbach 1400 simuliert Einzelmessungen 1200 1000 Q [l/s] 800 600 400 200 0 01.01.06 01.01.07 01.01.08 31.12.08 Abbildung 55: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN742, im Einzugsgebiet Steinbach, unterhalb der Messstelle JRN740 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 99 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 450 simuliert Einzelmessungen 400 350 Q [l/s] 300 250 200 150 100 50 0 01.01.06 01.01.07 01.01.08 31.12.08 Abbildung 56: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN849 im Einzugsgebiet Kaltenbach An der Messstelle FS096 zeigt sich sehr deutlich, dass ein Überschuss zur simulierten Ganglinie vorhanden ist (Abbildung 57). Dies ist darauf zurückzuführen, dass diesem Messpunkt nur ein flächenmäßig sehr kleines orographisches Einzugsgebiet zuzuordnen ist. Gleichzeitig besteht der Abfluss nahezu zur Gänze aus der Quellschüttung der Auequellen, die an die Karbonatgesteine des Grasberges gebunden sind, und aller Voraussicht nach ein größeres Einzugsgebiet unterirdisch entwässern. Wie bereits im Detail für das Einzugsgebiet Göstritzgraben beschrieben kommen Teile des unteren Göstritzgrabens als mögliches Einzugsgebiet in Frage. An der Messstelle 574 am Unterlauf des Greisbaches kommt sehr deutlich zum Ausdruck, dass die gemessenen Abflüsse über den simulierten liegen (Abbildung 58). Dies ist nicht verwunderlich, gelangt nun am Greisbach auch die gesamte Wassermengen aus dem Semmering Scheiteltunnel der S6 zum Abfluss. In der nachfolgenden Abbildung 59 ist dies auch sehr deutlich an der zeitlichen Entwicklung des Abflusses dieser Messstelle vor, während und nach dem Tunnelvortrieb graphisch dargestellt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 100 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 50 simuliert 45 Einzelmessungen 40 35 Q [l/s] 30 25 20 15 10 5 0 01.01.06 01.01.07 01.01.08 31.12.08 Abbildung 57: Simulationsergebnis an der Messstelle 096 (Auequellen) 700 simuliert Einzelmessungen 600 500 Q [l/s] 400 300 200 100 0 01.01.06 01.01.07 01.01.08 31.12.08 Abbildung 58: Simulationsergebnis an der Messstelle 574 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 101 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ASFINAG S6 - Semmering Schnellstraße 574 Beginn Vortriebsarbeiten am Semmering Scheiteltunnel 220 200 180 Schüttung [l/s] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 31.12.2008 01.01.2008 01.01.2007 31.12.2005 31.12.2004 01.01.2004 01.01.2003 31.12.2001 31.12.2000 01.01.2000 01.01.1999 31.12.1997 31.12.1996 01.01.1996 01.01.1995 31.12.1993 31.12.1992 01.01.1992 01.01.1991 Abbildung 59: Langzeitbeobachtungen an der Messstelle 574 am Unterlauf des Greisbaches kurz vor dem Zusammenfluss mit dem Göstritzbach 5.4 Hydrogeologische Gebirgscharakterisierung 5.4.1 Datengrundlage Für das Trassenauswahlverfahren und die Detailuntersuchungen der Trasse Semmering-Basistunnel neu wurden im Rahmen von 2 groß angelegten Bohrphasen Bohrungen abgeteuft. Im Rahmen dieser Arbeiten wurden geophysikalische und hydraulische Bohrlochversuche durchgeführt. Insgesamt erfolgten zur hydraulischen Gebirgscharakterisierung dabei mehr als 260 hydraulische Auswertungen Bohrlochversuche standen für die (vorwiegend meisten Packertests). Bohrungen Ergänzend für die bohrlochgeophysikalische Messergebnisse von Temperatur- und elektr. Leitfähigkeitslogs, Flowmetermessungen und Tracer-Fluid-Logging Messungen zur Verfügung. Die Testintervalle der hydraulischen Versuche wiesen Längen zwischen 4 m und 253 m auf, wobei die Überlagerungshöhen der Testintervallmittelpunkte zwischen 4 m und 693 m liegen (Tabelle 1). Das Ziel der hydrogeologischen/hydraulischen Untersuchungen war die hydrogeologische/hydraulische Charakterisierung der verschiedenen tektonischen und lithologischen Einheiten unter Berücksichtigung folgender Aspekte: Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 102 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 • Die hydraulische Charakterisierung der einzelnen tektonischen Einheiten und die Unterschiede zueinander. • Der Einfluss von Störungsgesteinen (Kataklasite bis fault gouges) auf die hydraulischen Durchlässigkeiten der Testintervalle unter Berücksichtigung von variablem Kataklasitanteil • Zusammenhang der hydraulischen Durchlässigkeit mit der Teufe (bis ca. 700 m) unter Berücksichtigung der unterschiedlichen tektonischen Einheiten • Zusammenhang der statischen Grundwasserspiegel mit der Teufe (bis ca. 700 m) unter Berücksichtigung der unterschiedlichen tektonischen Einheiten • Charakterisieren der Aquifersysteme der unterschiedlichen tektonischen Einheiten (großräumig zusammenhängende oder kleinräumige Aquifersysteme) Eine Übersicht über die Anzahl der durchgeführten hydraulischen Tests sowie den Kennzahlen der mittleren Überlagerungen der Testintervalle ist der Tabelle 11 zu entnehmen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 103 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 11: Tektonische Einheiten mit den Testintervallüberlagerungen und der Anzahl der Tests Tektonische Einheit mittlere Überlagerungshöhe [m u GOK] Minimum Maximum Hydraulische Tests Mittelwert Medianwert Anzahl Grauwackenzone 18 290 121 118 31 Wechsel-Einheit (Basement) 14 693 291 257 42 Semmering-Kristallin (Basement) 27 687 288 219 76 29 601 151 90 38 15 645 173 119 53 108 151 129 127 3 4 132 27 12 18 ZAPM (Semmering/Wechsel-Einheit, Tattermannschuppe) ZAPM - Karbonatgesteine (Semmering/Wechsel-Einheit, Tattermannschuppe) Kirchberger Neogenbecken Quartär ZAPM … Zentralalpines Permomesozoikum Die Überlagerungswerte wurden bei geneigten Bohrungen unter Berücksichtigung der Bohrloch- und Hangneigung korrigiert. Wie in Tabelle 11 aufgelistet werden im Untersuchungsgebiet 6 tektonische Einheiten bzw. zusätzlich quartäre Lockersedimente für die weiteren Untersuchungen unterschieden. Die detaillierte Beschreibung der einzelnen tektonischen Einheiten und ihrer Lithologien sind dem geologischen Bericht bzw. den Bohrprofilen zu entnehmen. 5.4.2 Ergebnisse der hydraulischen Bohrlochversuche Da einige Ergebnisse der hydraulischen Versuche in Whisker-Box-Plot dargestellt werden, wird diese Diagrammform kurz erläutert (Abbildung 60). Die Box entspricht dem Bereich, in dem die mittleren 50% der Daten liegen. Sie wird also durch das obere (Q1 = 25% der Daten) und das untere Quartil (Q3 = 75% der Daten) begrenzt und die Länge der Box entspricht dem Interquartilabstand (IQR). Dieser ist ein Maß der Streuung der Daten, welches durch die Differenz des oberen und unteren Quartils bestimmt wird. Des Weiteren wird der Median als durchgehender Strich in der Box eingezeichnet. Dieser Strich teilt das gesamte Diagramm in zwei Hälften, in denen jeweils 50 % der Daten liegen. Durch seine Lage innerhalb der Box bekommt man also einen Eindruck von der Schiefe der den Daten zugrunde liegenden Verteilung. Durch die Whisker (Striche außerhalb der Box) werden die außerhalb der Box liegenden Werte dargestellt. Im Gegensatz zur Definition der Box ist die genaue Definition der Whisker nicht einheitlich. Eine mögliche Standarddefinition (Tukey 1977) beschränkt die Länge der Whisker maximal auf das 1,5-fache des Interquartilsabstands (1,5×IQR). Dabei endet der Whisker jedoch nicht genau nach dieser Länge, sondern bei dem Wert aus den Daten, der noch innerhalb dieser Grenze liegt. Die Länge der Whisker wird also durch die Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 104 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Datenwerte und nicht allein durch den Interquartilsabstand bestimmt. Werte außerhalb der Grenze von 1,5×IQR werden als „Ausreißer“ bezeichnet. Abbildung 60: Whisker-Box-Plot mit Erläuterungen 5.4.2.1 Hydraulische Eigenschaften der tektonischen Einheiten Für die hydraulische Charakterisierung der tektonischen Einheiten wurden die aus den hydraulischen Bohrlochversuchen berechneten Transmissivitäten der Formation (Golder Associates 2008) als direkte Auswerteergebnisse der hydraulischen Tests herangezogen. Die Umrechung von Transmissivität in hydraulischer Durchlässigkeit (T = kf x M => kf = T / M) wurde unter Berücksichtigung der bohrlochgeophysikalischen Messergebnisse zur Bestimmung der hydraulisch wirksamen Mächtigkeit (M) durchgeführt. Basierend auf der Literatur zu Fließ- und Transportvorgängen in klüftigen Festgesteinen (z.B. NRC 1996, Singhal and Gupta 1999, Neumann 2005) wurde davon ausgegangen, dass die Wasserbewegung vorwiegend im Trennfugensystem und/oder den Störungen erfolgt und die Durchlässigkeit der Ausgangs- und Festgesteinsmatrix wesentlich geringer und daher vernachlässigbar ist. Deshalb wurde jede einzelne Teststrecke anhand der geophysikalischen Bohrlochergebnisse aus den Messverfahren optischer und akustischer Bohrloch Imager (OBI, ABI), Temperaturlog (TEMP), elektr. Leitfähigkeitslog (COND), Flowmeter (FLOW), Tracer-Fluidlogging und deren Auswertungen bezüglich etwaiger Wasserzutritte oder Verlustzonen und/oder stark geklüfteter Abschnitte untersucht. Die Summe der Abschnitte eines Testintervalls, welche Indikationen eines Wasserzutrittes oder -verlustes bzw. stark klüftige Bereiche beinhalten, ergibt die Mächtigkeit zur Bestimmung der hydraulischen Leitfähigkeit aus der Transmissivität eines Testintervalls. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 105 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 12 und Abbildung 61 geben einen Überblick über die hydraulischen Kenngrößen der tektonischen Einheiten. Tabelle 12: Transmissivität und hydraulische Leitfähigkeit der tektonischen Einheiten Tektonische Einheit Transmissivität (m²/s) hydraulische Leitfähigkeit (m/s) Hydraulische Tests Minimum Maximum Medianwert Minimum Maximum Medianwert Anzahl Grauwackenzone 1.7E-09 1.8E-05 4.4E-08 4.1E-11 2.3E-07 1.2E-09 31 Wechsel-Einheit (Basement) 1.8E-09 3.3E-06 6.4E-08 5.2E-11 2.3E-06 2.0E-09 42 Semmering-Kristallin (Basement) 7.5E-10 3.0E-04 3.1E-07 2.9E-11 1.6E-05 7.4E-09 76 7.8E-09 1.3E-03 1.6E-06 1.3E-11 6.5E-04 4.7E-08 38 4.9E-07 6.0E-02 3.0E-04 1.3E-09 6.0E-02 4.7E-05 51 Kirchberger Neogenbecken 2.4E-08 1.1E-07 6.9E-08 1.3E-10 1.1E-09 4.7E-10 3 Quartär 9.3E-08 1.6E-02 6.7E-04 2.4E-09 1.9E-03 6.4E-05 18 ZAPM (Semmering/WechselEinheit, Tattermannschuppe) ZAPM - Karbonatgesteine (Semmering/Wechsel-Einheit, Tattermannschuppe) ZAPM … Zentralalpines Permomesozoikum Die Abbildung 61 und Tabelle 12 zeigen, dass die tektonische Einheit Kirchberger Neogenbecken die deutlich geringsten hydraulischen Durchlässigkeitswerte hat, ihr Medianwert liegt bei ca. kf = 5E-10 m/s, wobei das Minimum einen Wert bei ca. kf = 1,3E-10 m/s und das Maximum bei ca. kf = 1E-09 m/s aufweisen. Ebenfalls sehr geringe Durchlässigkeiten weisen die Grauwackenzone und die Wechsel-Einheit auf, die Mediane liegen bei ca. kf = 1E-09 m/s bzw. ca. kf = 2E-09 m/s. Das Semmering Kristallin zeigt zwar die gleichen Durchlässigkeits-Minima mit ca. kf = 3E-011 m/s, es ist aber durch einen höheren Anteil an etwas besser durchlässigen Testintervallen (Abbildung 61) charakterisiert, wodurch der Median um eine halbe Zehnerpotenz höher bei ca. kf = 7E-09 m/s liegt. Das Zentralalpine Permomesozoikum wird im Rahmen dieser Auswertung in karbonatische Gesteinsserien Gesteinsserien (ZAPM) (ZAPM-Karbonate) gegliedert. Generell und zeigen die nicht karbonatische permomesozoischen Deckgebirgsschichten höhere Durchlässigkeitswerte, wobei die nicht karbonatische tektonische Einheit ZAPM mit einem Median von ca. kf = 5E-08 m/s um ca. eine Zehnerpotenz höhere hydraulische Durchlässigkeiten zeigt als die vorhin erläuterten kristallinen Gesteinsserien. Die Minima-Werte entsprechen den Werten der anderen Kristallineinheiten. Die Ausreißer (Dreiecke in Abbildung 61) mit Durchlässigkeiten bis ca. kf = 1E-04 m/s stammen von Testintervallen, die anteilig Karbonatgesteine in den Testintervallen aufweisen, gesamtheitlich aber nicht zur Einheit ZAPM-Karbonate gezählt werden. Die besten Durchlässigkeiten zeigen die Tests aus der tektonischen Einheit ZAPM-Karbonate mit einem Median von kf = ca. 4E-05 m/s und Maxima-Werten von kf = 5E-02 m/s. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 106 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 61: Whisker-Box Darstellung der hydraulischen Durchlässigkeiten der tektonischen Einheiten (ZAPM .. Zentralalpines Permomesozoikum); graues Rechteck .. Bereich zwischen oberer und unterer Quartile mit Medianwert als schwarzer Strich Die tektonischen Einheiten der Grauwackenzone und der Wechseleinheit zeigen sehr ähnliche Verteilungen mit einer Schwankung der hydraulischen Durchlässigkeiten zwischen oberer Quartile [Q1] und unterer Quartile [Q3] von ca. einer Zehnerpotenz (Abbildung 61). Die Schwankungen der Einheiten Semmering-Kristallin und ZAPM liegen bei ca. zwei Zehnerpotenzen, wobei die hydraulischen Durchlässigkeiten der Einheit ZAPM generell um ca. eine Zehnerpotenz höher sind. Die Testergebnisse der tektonischen Einheit ZAPM-Karbonate zeigen die größte Streuung und liegen ca. drei bis vier Zehnerpotenzen über den Testergebnissen der kristallinen Einheiten. Bei allen tektonischen Einheiten zeigen sich Ausreißer (Dreiecke in Abbildung 61), dies sind Werte, die entweder 1,5 mal die Interquartile (Q1-Q3) ober der oberen Quartile oder unter der unteren Quartile liegen (Abbildung 60). Die Werte sind nicht auf wenige Bohrungen oder auf lokale Gegebenheiten beschränkt, sondern resultieren aus mehreren Bohrungen innerhalb jeder Einheit. Alle Tests, die ganz oder nur zum Teil in quartäre Lockersedimente hineinreichten, wurden für die Auswertung zusammen gefasst (Abbildung 61). Es zeigt sich, dass in Abhängigkeit der umgebenden Lithologien, kristalline Gesteine oder Karbonatgesteine, die hydraulischen Durchlässigkeiten stark variieren. Höhere Durchlässigkeiten zeigen sich in Bereichen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 107 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 der Karbonatgesteine, die niedrigeren Durchlässigkeiten sind vorwiegend in den kristallinen tektonischen Einheiten angetroffen worden. Um die Streuung der Testanzahl zu den hydraulischen Durchlässigkeiten zu untersuchen, wurde in einem Histogramm die Testanzahl zu Durchlässigkeitsklassen (Klassengröße = eine Zehnerpotenz) analysiert. Die Verteilungen der hydraulischen Durchlässigkeiten aller tektonischen Einheiten entsprechen Log-Normal-Verteilungen (Abbildung 62, Abbildung 63 und Abbildung 64). Es bestätigt sich die enge Streubreite aus den Quartilen (Abbildung 61) der Einheiten Grauwackenzone und Wechsel-Einheit, die einen nahezu identen Kurvenverlauf mit hoher Amplitude aufweisen (Abbildung 62). Trotz einer deutlich höheren Gesamtanzahl an Tests (76 Stück) zeigt die Einheit Semmering-Kristallin einen ähnlichen Kurvenverlauf mit einer etwas größeren Streuung der Werte zu höheren Durchlässigkeiten. Andere Kurvenverläufe zeigen die beiden zentralalpinen Einheiten ZAPM und ZAPM-Karbonate. Diese beiden Kurven sind zueinander in Streuung und Maximalwert ähnlich, zeigen aber eine Verschiebung von ca. 3 Zehnerpotenzen (Abbildung 62 und Abbildung 64). Abbildung 62: Log-Normal-Verteilungen der tektonischen Einheiten; orange Säulen … ZAPM; Klassenintervall = eine Zehnerpotenz Die Histogramme der Testintervallanzahl zu hydraulische Durchlässigkeitsklassen über eine Dekade wird in den Abbildung 63 und Abbildung 64 dargestellt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 108 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 63: Häufigkeitsverteilung der hydraulischen Durchlässigkeiten der tektonischen Einheiten (ohne Karbonatgesteine) Abbildung 64: Häufigkeitsverteilung der hydraulischen Durchlässigkeiten der Gesteine vom ZAPM sowie der ZAPM Karbonatgesteine Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 109 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.4.2.2 Teufenspezifische hydraulische Eigenschaften Eine wesentliche Überlagerungshöhe Fragestellung (also Teufe ist, des ob ein Testintervalls) Zusammenhang und den zwischen hydraulischen Leitfähigkeiten besteht. Die verschiedenen Testintervalle in allen tektonischen Einheiten decken Teufenstufen zwischen ca. 14 m unter GOK und ca. 693 m unter GOK ab. Anhand Abbildung 65 ist eine Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit mit zunehmender Teufe bei allen tektonischen Einheiten zu erkennen. Ähnliche Beobachtungen wurden bereits von Lee & Farmer (1993) zusammenfassend beschrieben und sind in der Literatur jüngst von Stober 2007 mit Daten aus dem Gebiet Schwarzwald publiziert. Bereits die Auswertungen von Testergebnissen der Bohrphase I beim Projekt Semmering-Basistunnel neu zeigten eine gute Vergleichbarkeit mit den Daten von Stober (2007) (Winkler et al. 2008a, Winkler et al. 2009a). Abbildung 65: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten aller tektonischen Einheiten Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 110 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die Teufenkorrelationen können in zwei Gruppen zusammen gefasst werden. 1. Die tektonischen Einheiten Semmering-Kristallin und Wechselkristallin zeigen ähnliche Teufenkorrelationen, wobei auch die Ergebnisse der Grauwackenzone in diese Gruppe gezählt werden können. Diese sind parallel zu geringeren Durchlässigkeit verschoben (Abbildung 66). Hierbei muss berücksichtig werden, dass in dieser Einheit die Testüberlagerungen ausschließlich bis maximal 300 m u. GOK lagen. Die Untereinheiten Glimmerschiefer-, Grüngesteins- und Grobgneisfolge des Semmering-Kristallins zeigen keine Differenzierbarkeiten, wobei auch hier berücksichtigt werden muss, dass für die Analyse der Grobgneisfolge nur hydraulische Tests von Bohrungen bis max. ca. 250 m zur Verfügung standen (Abbildung 66b). 2. Die zweite Gruppe umfasst die Einheiten des Zentralalpinen Permomesozoikums, beide Einheiten (ZAPM und ZAPM-Karbonate) zeigen ähnliche Teufenabnahmen, sind jedoch in ihren Absolutwerten der hydraulischen Durchlässigkeiten um ca. drei Zehnerpotenzen verschoben (siehe auch Abbildung 61 und Abbildung 64). Die Einheit ZAPM-Karbonate zeigt allgemein eine sehr große Streuung der Durchlässigkeiten bis zu einer Überlagerungshöhe von ca. 200 m u.GOK. Darunter ist eine deutliche Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeiten mit der Teufe zu erkennen (Abbildung 67b). Die Testergebnisse aus den Gebiet Otter zeigen teilweise sehr hohe Durchlässigkeiten (> kf = 2E-04 m/s) bis ca. 250 m Überlagerung, darunter jedoch deutlich geringere hydraulische Durchlässigkeiten (< 1E-06 m/s). Keine Korrelation mit der Überlagerungshöhe zeigen jedoch die Ergebnisse des Gebiets Grasberg unter einer Überlagerungshöhe von 100 m u.GOK (Abbildung 67b), die Werte streuen zwischen ca. kf = 5E-04 m/s und ca. kf = 1E-06 m/s. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 111 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 a) b) Abbildung 66: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten; a) Semmering-Kristalin, Grauwackenzone und Wechsel-Einheit; b) Untereinheiten des SemmeringKristallins; GLS … Glimmerschieferfolge, GRÜGST ... Grüngesteinsfolge, Gneis … Grobgneisfolge Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 112 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 a) b) Abbildung 67: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten; a) beide Einheiten des Zentralalpines Permomesozoikum; b) Zentralalpines Permomesozoikum – Karbonate; Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 113 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.4.2.3 Statische Grundwasserspiegel der tektonischen Einheiten Im Zuge der hydraulischen Untersuchungen wurden für alle Testintervalle auch die statischen Grundwasserspiegel (hydraulic heads) und in weiterer Folge die Druckhöhen (Wassersäule über mittlerer Testintervallteufe) ermittelt. Die einzelnen tektonischen Einheiten zeigen unterschiedliche Ergebnisse und können in drei Gruppen zusammen gefasst werden. Die • Die erste Gruppe umfasst die Einheiten der ZAPM, • die zweite Gruppe Grauwackenzone • und die Wechsel-Einheit bildet die dritte Gruppe. Auswertungen des umfasst statischen das Semmering-Kristallin Grundwasserspiegels zu den und die mittleren Überlagerungshöhen der Testintervalle zeigen für die tektonischen Einheiten des Zentralalpinen Permomesozoikums, dass mit zunehmender Überlagerungshöhe der statische Grundwasserspiegel absolut abnimmt und somit mit der Überlagerungshöhe korreliert. Die Druckhöhen sind jedoch deutlich geringer (Abbildung 68b). Bei den Testergebnissen der ZAPM-Karbonate ist eine Ausnahme bei der Bohrung KB42/06 im Bereich Otter Nord zu erkennen, wo bei einer Teufe von ca. 205 m u.GOK artesisches Grundwasser mit einem statischen Grundwasserspiegel von ca. 40 m über GOK angebohrt wurde (Abbildung 68). Die Ergebnisse zeigen, dass die maximalen Druckhöhen (Wassersäule über mittlerer Testintervallteufe) bei ca. 30 bar liegen, was einer Wassersäule von unter 300 m entspricht. Die Bohrungen im Gebiet Grasberg zeigen maximale Druckhöhen unter 100 m unabhängig ihrer Überlagerungshöhe (Abbildung 68b). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 114 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 a) b) Abbildung 68: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der tektonischen Einheiten des Zentralalpinen Permomesozoikums bezogen auf GOK (negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar); b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 115 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 In Abbildung 69 sind die Einheiten Grauwackenzone und das Semmering-Kristallin mit seinen drei Untereinheiten Glimmerschiefer-, Gneis-Grüngesteins- und Grobgneisfolge dargestellt. Die Ergebnisse des Semmering-Kristallin und der Grauwackenzone zeigen, dass bis ca. 400 m für beide Einheiten zwischen Druckhöhe und Überlagerungshöhe eine gute Korrelation vorliegt. Die Druckhöhen zeigen eine leichte Abnahme gegenüber der Überlagerungshöhe mit zunehmender Teufe, wobei hier zu berücksichtigen ist, dass für die Grauwackenzone hydraulische Bohrlochversuche nur bis zu einer Teufe von 300 m u.GOK zur Verfügung standen. Ab einer Teufe von ca. 400 m u.GOK sind die Untereinheiten Glimmerschiefer- und Gneis-Grüngesteinsfolge differenzierbar. Die Druckhöhen der Gneis-Grüngesteinsfolge schwanken zwischen ca. 22,5 bar und ca. 55 bar, wobei keine Teufenkorrelation feststellbar ist. Die stark streuenden Werte stammen aus Tests von nur drei Bohrungen KB29/08, KB51/08 und KB52/08 (Abbildung 70b). Die Testergebnisse der Bohrungen KB29/08 und KB52/08 können einem eigenen hydraulischen System zugeordnet werden. Beide Bohrungen liegen in Nahelage zu nach Südwesten abtauchenden Erzkogelkarbonatgesteinen und dürften hydraulisch von diesen beeinflusst sein. Dies passt auch sehr gut mit den gemessenen Temperaturanomalien in größeren Teufen zusammen. Ohne die Messergebnisse aus diesen Bohrungen entsprechen die Ergebnisse denen der Glimmerschieferfolge. Bei Überlagerungshöhen von mehr als 400 m liegen die Druckhöhen der Glimmerschiefereinheit zwischen ca. 40 bar und ca. 53 bar und zeigen eine deutliche Korrelation mit der Überlagerungshöhe (Abbildung 69b). Der lineare Anstieg der Druckhöhen mit zunehmender Überlagerungshöhe bei den Tests der Bohrungen KB44/08, KB27/08 und eingeschränkt KB43/08 und KB45/08 (Abbildung 69a und b) zeigt, dass die unterschiedlichen Testintervalle einer Bohrung einen gemeinsamen statischen Grundwasserspiegel haben und somit dasselbe hydraulische Potential aufweisen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 116 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 a) b) Abbildung 69: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der Einheiten Grauwackenzone und der Untereinheiten des Semmering-Kristallins (Glimmerschiefer-, GneisGrüngesteins- und Grobgneisfolge) bezogen auf GOK; negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar; b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 117 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Gesamtheitlich liegen bei diesen beiden tektonischen Einheiten gegenüber dem zentralalpinen Permomesozoikum deutlich größere Druckhöhen in Abhängigkeit der Überlagerungshöhen vor. Die Ergebnisse der Wechsel-Einheit weisen ebenfalls auf eine gute Korrelation der Druckhöhen mit den Überlagerungshöhen hin, wobei die Gesteinsserien der WechselEinheit größere Druckhöhen gegenüber den Überlagerungshöhen ab einer Teufe von ca. 175 m u.GOK bis zu einer Teufe von 400 m u.GOK (Abbildung 70b) zeigen. Hier wurden artesisch gespannte Grundwässer mit statischen Grundwasserspiegeln bis ca. 100 m über GOK angebohrt. Ab einer Teufe von 400 m ist eine Abnahme der Druckhöhen gegenüber den Überlagerungshöhen zu erkennen. Die maximalen Druckhöhen liegen bei den Tests der Wechsel-Einheit bis ca. 55 bar, was den Ergebnissen der Glimmerschiefer- und Gneis-Grüngesteinsfolge des SemmeringKristallins entspricht. Die Bohrungen KB03/06 und KB26/08 zeigen eine Sonderstellungen gegenüber den Testergebnissen der restlichen Bohrungen in der Wechsel-Einheit. Sie zeigen die geringsten Druckhöhen mit zunehmender Überlagerung (Abbildung 70). Beide Bohrungen liegen nahe der Überschiebungsgrenze Semmeringeinheit zu Wechseleinheit. Generell liefern die Ergebnisse der WechselEinheit eine gute Übereinstimmung mit den Werten der Glimmerschieferfolge des Semmering-Kristallins (Abbildung 70b), zeigen aber höhere Druckhöhen zwischen 175 m und 400 m Überlagerung. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 118 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 a) b) Abbildung 70: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der WechselEinheit bezogen auf GOK; negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar; b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 119 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.4.2.4 Hydraulische Eigenschaften der Störungszonen Ein weiteres Untersuchungsziel war die Erfassung von Störungen bzw. Störungszonen und deren hydraulische Charakterisierung. Daher wurden für sämtliche hydraulische Testintervalle der Anteil an gestörten Gesteinen (Kataklasit bis hin zu fault gouges) erfasst und quantifiziert. Eine Übersicht über die Variabilität der Kataklasitanteile bezogen auf die tektonischen Einheiten ist der Tabelle 13 sowie der Abbildung 71 zu entnehmen. Es zeigt sich, dass die tektonischen Einheiten Grauwackenzone, ZAPM und Semmering-Kristallin eine große Variabilität (obere Quartile minus untere Quartile) der prozentuellen Kataklasitanteile aufweisen. Jedoch ist an ihren niedrigen Mittelwerten (kleiner 25%) und noch niedrigeren Medianwerten (< 15%) zu sehen, dass nur einige wenige Testintervalle hohe Kataklasitanteile aufweisen (Abbildung 71). Die WechselEinheit sowie die Einheit ZAPM-Karbonate haben eine nur sehr geringe Schwankungsbreite zwischen oberer und unterer Quartile des Kataklasitanteils. Vereinzelt treten jedoch bei diesen Einheiten Kataklasitanteile bis zu 100 % des Testintervalls auf. Die Analysen der Kataklasitanteile auf die hydraulischen Durchlässigkeiten ergaben eine Differenzierbarkeit bei einem bestimmten Kataklasitanteil pro Testintervalllänge. Werden die Testergebnisse der Testintervalle mit einem Kataklasitanteil kleiner 15% der Testlänge zusammen gefasst und jene hydraulischen Testergebnisse mit gleich und größer 15% Kataklasitanteil pro Testlänge, so ist bei allen tektonischen Einheiten eine Differenzierung der hydraulischen Durchlässigkeiten erkennbar (Abbildung 72). Es zeigt sich, dass bei der Wechsel-Einheit, dem Semmering-Kristallin und der Einheit ZAPM eine Zunahme der hydraulischen Durchlässigkeit mit höherem Kataklasitanteil (≥ 15 %) vorliegt. Bei den Einheiten Semmering-Kristallin und ZAPM liegt der Median um ca. eine Zehnerpotenz höher (Abbildung 72). Die Grauwackenzone zeigt eine geringe Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeit mit zunehmendem Kataklasitanteil. Eine deutliche Verringerung der hydraulischen Durchlässigkeiten zeigt sich bei den Tests der Einheit ZAPM-Karbonate, der Median liegt um mehr als eine Zehnerpotenz niedriger. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 120 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 13: statistische Verteilung des Kataklasitanteile der Teststrecken in % bezogen auf die tektonischen Einheiten Tektonische Einheit Kataklasitanteil in % Minimum Maximum Mittelwert Grauwackenzone 0 78 24 Wechsel-Einheit (Basement) 0 100 8 Semmering-Kristallin (Basement) 0 76 13 0 98 21 0 100 8 0 1 1 ZAPM (Semmering/Wechsel-Einheit, Tattermannschuppe) ZAPM - Karbonatgesteine (Semmering/Wechsel-Einheit, Tattermannschuppe) Kirchberger Neogenbecken ZAPM … Zentralalpines Permomesozoikum Abbildung 71: Whisker Box Darstellung der Kataklasitanteile der einzelnen tektonischen Einheiten; graue Felder … Werte zwischen oberer und unterer Quartile, schwarzer Strich … Median Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 121 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 72: Hydraulische Durchlässigkeiten bei Kataklasitanteile von kleiner und größer/gleich 15 % des Testintervalls der einzelnen tektonischen Einheiten; eingefärbte Felder … Werte zwischen oberer und unterer Quartile, schwarzer Strich … Median 5.4.3 Hydraulische Gebirgscharakterisierung - Interpretation und zu erwartende Auswirkungen Die Untersuchungen zur Bestimmung der hydraulischen Eigenschaften der tektonischen Einheiten ergaben nachstehende zusammenfassende Charakterisierung. Zusammenfassend sind die einzelnen tektonischen Einheiten hydraulisch gut charakterisierbar und differenzierbar. Die tektonische Einheit Kirchberger Neogenbecken hat die deutlich niedrigsten hydraulischen Durchlässigkeitswerte, ihr Medianwert liegt bei ca. kf = 5E-10 m/s, wobei das Minimum einen Wert bei ca. kf = 1,3E-10 m/s und das Maximum der Durchlässigkeit bei ca. kf = 1E-09 m/s aufweisen. Da allerdings nur drei hydraulische Bohrlochversuche in dieser tektonischen Einheit durchgeführt wurden, wird diese Einheit in weiterer Folge nicht detaillierter analysiert. Ebenfalls sehr niedrige hydraulische Durchlässigkeiten weisen die Grauwackenzone und die Wechsel-Einheit auf, die Mediane liegen bei ca. kf = 1E-09 m/s bzw. ca. kf = 2E-09 m/s. Die tektonischen Einheiten der Grauwackenzone und der Wechseleinheit zeigen sehr ähnliche Verteilungen mit einer Streuung der hydraulischen Durchlässigkeiten (obere Quartile [Q1] minus untere Quartile [Q3]) von ca. einer Zehnerpotenz (Abbildung 61). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 122 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Das Semmering Kristallin zeigt zwar die gleichen Durchlässigkeits-Minima mit ca. kf = 3E-011 m/s wie die Grauwackenzone und Wechsel-Einheit, es ist aber durch einen höheren Anteil an etwas höher durchlässigen Abschnitten (Abbildung 61) charakterisiert, wodurch der Median um eine halbe Zehnerpotenz höher bei ca. kf = 7E-09 m/s liegt. Die Streuung der Einheiten Semmering-Kristallin und ZAPM liegt bei ca. zwei Zehnerpotenzen, wobei die hydraulischen Durchlässigkeiten der Einheit ZAPM um ca. eine Zehnerpotenz höher sind. Die Einheiten Grauwackenzone, Wechsel-Einheit und Semmering-Kristallin zeigen die gleiche Korrelation zwischen abnehmender hydraulischer Durchlässigkeit mit zunehmender Überlagerungshöhe (Abbildung 65 und Abbildung 66). Die hydraulischen Durchlässigkeiten der kristallinen tektonischen Einheiten entsprechen jüngsten Untersuchungsergebnissen aus dem Schwarzwald (STOBER 2007) und können so als charakteristisch für kristalline Festgesteine angesehen werden. Die Teufenkorrelation der hydraulischen Durchlässigkeiten entspricht ebenfalls den Daten aus dem Schwarzwald (Winkler et al. 2008a, Winkler et al. 2009a). Des Weiteren ist die Korrelation Druckhöhe oder statischer Grundwasserspiegel zu Überlagerungshöhe für die Einheiten Grauwackenzone, Wechsel-Einheit und Semmering-Kristallin ähnlich zu bewerten. Die Druckhöhen zeigen eine leichte Abnahme gegenüber der Überlagerungshöhe mit zunehmender Teufe (Abbildung 69 und Abbildung 70). Die niedrigen hydraulischen Durchlässigkeiten, die Korrelationen Druckhöhen zu Überlagerungshöhen und statischer Grundwasserspiegel zu Überlagerungshöhe lassen für diese tektonischen Einheiten (Grauwackenzone, Wechsel-Einhieit und SemmeringKristallin) vorwiegend kleinräumige hydraulische Systeme und Einzugsgebiete erwarten. Die starke Streuungen der Druckhöhen in Teufen über 400 m bei den Tests in der Gneis-Grüngesteinsfolge (im Wesentlichen KB29/08 und KB52/08) können durch die Beeinflussung durch das hydraulische System der abtauchenden Erzkogelkarbonatgesteine erklärt werden. Dies deckt sich mit Beobachtungen bezüglich Temperaturanomalien, die aus diesen Bohrungen bekannt sind. In der Wechsel-Einheit wurden in Teufen zwischen 175 m und 400 m mehrere artesische Grundwasserkörper angefahren, was durch lokale Heterogenitäten und damit verbunden gespannten Grundwasserverhältnissen erklärt werden kann. Dies deckt sich mit bekannten lokalen Heterogenitäten im geologischen Aufbau. Die Untersuchungen bezogen auf den Kataklasitanteil ergaben bei den Einheiten Semmering-Kristallin und Wechsel-Einheit eine höhere hydraulische Durchlässigkeit mit einem Kataklasitanteil gleich/größer 15% zur Testintervalllänge. Dies entspricht auch den Testergebnissen der ZAPM. Die Ergebnisse der Grauwackenzone zeigen eine geringe Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeiten mit einem Kataklasitanteil gleich/größer 15 % Testintervall. Die Einheit ZAPM zeigt eine deutliche Verschlechterung der hydraulischen Durchlässigkeit mit einem Kataklasitanteil von gleich/größer als 15% pro Testintervall. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 123 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Das Zentralalpine Permomesozoikum ist in nicht karbonatische Gesteinsserien (ZAPM) und karbonatische Gesteinsserien (ZAPM-Karbonate) gegliedert. Generell zeigen die permomesozoischen Deckgebirgsschichten höhere Durchlässigkeitswerte, wobei die nicht karbonatische tektonische Einheit ZAPM mit einem Median von ca. kf = 5E-08 m/s um ca. eine Zehnerpotenz höhere hydraulische Durchlässigkeiten zeigt als die vorhin erläuterten kristallinen Gesteinsserien. Die Minima-Werte entsprechen den Werten der anderen Kristallineinheiten. Die besten Durchlässigkeiten zeigen die Tests aus der tektonischen Einheit ZAPM-Karbonate mit einem Median von ca. kf = 4E-05 m/s und Maxima-Werten von kf = 5E-02 m/s. Die Testergebnisse der tektonischen Einheit ZAPM-Karbonate zeigen die größte Streuung und liegen ca. drei bis vier Zehnerpotenzen über den Testergebnissen der kristallinen Einheiten. Beide Einheiten zeigen eine ähnliche Korrelation zwischen abnehmender hydraulischer Durchlässigkeit und zunehmender Überlagerungshöhe, wobei die Durchlässigkeiten der ZAPM gegenüber den Karbonatgesteinen um ca. 3 Zehnerpotenzen parallel verschoben geringer sind. Die Druckhöhen und die statischen Grundwasserspiegel zeigen bei beiden Einheiten gleiche Ergebnisse. Es ist eine deutlich schlechtere Korrelation mit zunehmender Überlagerungshöhe Grauwackenzone, Wechsel-Einheit als und bei den Ergebnissen Semmering-Kristallin der Einheiten zu erkennen. Beispielsweise liegen die Druckhöhen im Bereich Grasberg generell unter 100 m unabhängig der Überlagerungshöhe, die bei den tiefsten Tests bis zu ca. 400 m erreichte. Trotz der sehr ähnlichen Ergebnisse sind die beiden Einheiten unterschiedlich zu interpretieren. Die Einheit ZAPM-Karbonate läßt aufgrund der guten Durchlässigkeiten, der geringen Korrelation von statischem Wasserspiegel und Druckhöhe zu Überlagerungshöhe auf für Karbonatgesteine typische großräumig hydraulisch verbundene Aquifersysteme schließen. Somit sind auch großräumige Einzugsgebiete in dieser tektonische Einheit zu erwarten. Im Fall der Einheit ZAPM zeigen sich deutlich geringere Durchlässigkleiten, jedoch ähnliche Druckhöhen und statische Grundwasserspiegel in Relation zu den Überlagerungshöhen. Die Tests wurden vorwiegend in der Nähe oder in großen Störunsgzonen durchgeführt, wodurch die starke Streuung der Druckhöhen und statischen Grundwasserspiegel unter Berücksichtigung der geringen Durchlässigkeiten auf den heterogenen geologischen Bau dieser Einheit zurückzuführen ist. Besonders Störungssysteme können einen komplexen, heterogenen Aufbau aufweisen (Caine et al. 1996, Storti et al. 2003, Micarelli et al. 2006, Winkler et al. 2008, Winkler et al. 2010). Es sind daher keine großräumigen Aquifersysteme und Einzugsgebiete sondern vielmehr unterschiedliche kleinräumig abgeschlossene hydraulische Systeme zu erwarten. Alle tektonischen Einheiten zeigen jedoch vereinzelt Ausreißer (Dreiecke in Abbildung 61). Diese Werte errechnen sich aus dem 1,5-Fachen der Interquartile (Q1-Q3) ober der oberen Quartile oder unter der unteren Quartile. Die Werte sind meist auf lokale Besonderheiten oder Heterogenitäten innerhalb der tektonischen Einheiten zurückzuführen. So sind beispielsweise die Testergebnisse der Einheit ZAPM, die sehr gute hydraulische Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 124 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Durchlässigkeiten zeigen (ca. 1E-04 m/s), auf einen Karbonatgesteinsanteil innerhalb der Testintervalle zurückzuführen, die innerhalb der Talhof-Auestörung auftreten können. Des Weiteren entsprechen die hydraulischen Durchlässigkeiten aller tektonischen Einheiten Log-Normal-Verteilungen (Abbildung 62, Abbildung 63 und Abbildung 64), was die bereits beschrieben Ergebnisse untermauert. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 125 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5.5 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Kombinierte Interpretation der hydrochemischen und isotopenhydrologischen Analysen - Übersicht 5.5.1 Datenbestand Der umfassende Datenbestand an hydrochemischen und isotopenhydrologischen Analysen aus der Dauerbeobachtung, welche im laufenden Projekt SemmeringBasistunnel neu erhoben wurde und erhoben wird, bildet eine wesentliche Grundlage der Interpretation dieser Analysen. Zusätzlich wird der Analysenbestand aus den Straßentunnelprojekten im Bereich des Semmerings (Tunnel Steinhaus, Tunnel Spital, Tunnel Semmering) sowie der Datenbestand aus dem Projekt Semmering-Basistunnel alt (Begleitstollen) für die weiterführenden Interpretationen herangezogen. Die laufende Dauerbeobachtung und die Analysen aus diesen „Vorprojekten“ stellen eine umfangreiche Datenbasis dar. Die damit verfügbaren hydrologischen Zeitreihen bieten äußerst günstige Voraussetzungen für die hydrogeologische Interpretationen (siehe dazu Tabelle 14). Tabelle 14: Verfügbarer Datenbestand (Hydrochemie, Isotopenhydrologie) Innerhalb dieses Berichtsteiles erfolgt eine kombinierte Auswertung der isotopenhydrologischen und hydrochemischen Daten im Überblick für das gesamte Untersuchungsgebiet. Eine detaillierte Analyse von einzelnen Quellen, Brunnen und Bohrungen erfolgt in den Beschreibungen der Einzelabschnitte (siehe Kapitel 6). Beprobt und hydrochemisch analysiert wurden vorrangig Quellen und Brunnen. Weiters erfolgten Probennahmen an den Erkundungsbohrungen der verschiedenen Erkundungsphasen im Bereich des Semmerings. Weiters kann auf Untertage-Analysen aus dem Begleitstollen (Semmering-Basistunnel alt) und aus den zitierten Straßentunneln (Erkundungsstollen und Vollausbruch) zurückgegriffen werden. Der gesamte diesbezügliche Datenbestand wird in einer zentralen Datenbank verwaltet und ist mit einem Geografischen Informationssystem (ARCGIS) verknüpft. Diese beiden Werkzeuge sind die Grundlage einer effizienten Interpretation dieses umfassenden Datenbestandes. Die hydrochemischen Analysen erfolgten vorrangig hinsichtlich der Hauptionen (Ca, Mg, Na, K, HCO3, SO4, Cl, NO3). Mit den Gehalten an diesen Inhaltstoffen ist eine Wassertypisierung und die Darstellung der Gesamtmineralisierung möglich. Weiters sind damit anthropogene Beeinflussungen (z.B. Landwirtschaft, Straßensalz) erkennbar. Zusätzlich zu den regelmäßigen Beprobungen innerhalb der Dauerbeobachtung Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 126 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 erfolgten anlassbedingte Spezialanalysen zur Untersuchung von Detailfragestellungen (z.B. Betonaggressivität, Arsengehalt etc.). Die Geländeparameter elektrische Leitfähigkeit, pH-Wert und Schüttung werden in die Interpretation einbezogen. Die isotopenhydrologischen Analysen sind grundsätzlich in die Analyse der stabilen Isotope (Sauerstoff 18 - 18 O, Deuterium 2H) und die Analyse des aktiven Isotops Tritium 3 H zu unterteilen. Während die beiden stabilen Isotope vorrangig Informationen hinsichtlich der Einzugsgebietsseehöhe liefern, gibt Tritium Auskunft über mittlere Verweilzeiten des Wassers im Untergrund und damit Wasseralter und Speichereigenschaften der Gesteinskörper. 5.5.2 Gesamtmineralisierung - Hydrochemische Typisierung 5.5.2.1 Gesamtmineralisierung der Wässer Die Darstellung der Gesamtmineralisierung erfolgt auf Basis der elektrischen Leitfähigkeiten der Wässer, da die elektrische Leitfähigkeit (LF) die Gesamtmineralisierung hinreichend genau repräsentiert und die hohe Anzahl der Einzelmessungen einen sehr guten Überblick über das gesamte Untersuchungsgebiet verleiht. Weiters stehen langfristige Zeitreihen der elektrischen Leitfähigkeiten zur Verfügung. Als erster interpretativer Schritt wurden die gemessenen Leitfähigkeiten statistisch in Form von Mittelwertbildung ausgewertet und die Verteilungen der Leitfähigkeiten im Projektgebiet analysiert. Abbildung 73 und Abbildung 74 stellen die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten im Untersuchungsraum dar. Abbildung 73 bildet den LF-Bereich zwischen 0 und 200 µS/cm ab. Abbildung 74 bildet den LF-Bereich zwischen 200 µS/cm und etwa 1400 µS/cm ab. Einige Messstellen weisen erhöhte Mineralisierungen auf, die jedoch in dieser Überblicksbetrachtung vernachlässigt werden. Abbildung 75 stellt die zugehörige räumliche Verteilung dieser LF-Werte dar. Berücksichtigt wurden in Abbildung 73, Abbildung 74 und Abbildung 75 nur jene Messstellen, von denen auch hydrochemische und isotopenhydrologische Analysen vorliegen. Auf Basis der laufenden Dauerbeobachtung aus den Vorprojekten bzw. auf Basis der existierenden Ergebnisse der Kartierungsarbeiten können jedoch wesentlich mehr Messstellen mit LF-Werten in die Interpretation eingebunden werden. Einen räumlichen Überblick dazu gibt Abbildung 76. Aus den Auswertungen der LF-Messungen ergeben sich einige Bereiche, die hydrogeologisch interpretiert werden können (siehe auch Tabelle 15). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 127 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 LF-Verteilung (Mittelwert 0-200 µS/cm) 250 200 vorrangig Wässer im Bereich der Wechseleinheit, tw. Semmeringkristallin und verteilt im gesamten Untersuchungsraum 150 100 vorrangig Wässer im Bereich des Semmering-Kristallins und tw. Wecheseleinheit 0 FS075 NB 657 32 NB 660 FS417 JRN325 JRN1084 JRN378 FS235 JRN465 NB 150 FUE14 FS070 262 NB 148 JRN1085 NB 234 JRN963 FS238 JRN1044 JRN964 356 JRN478 34 JRN449 JRN475 JRN1082 FS542 328 KB-18/07 136 47 JRN829 FS401 FS154 42 126 FS465 NB 418 64 JRN921 JRN250 NB 659 283 JRN1076 JRN806 NB 317 282 JRN818 NB 063 JRN928 FS454 205 JRN849 295 JRN683 JRN797 JRN715 JRN792 255 JRN1109 JRN934 JRN1080 JRN821 NB 293 JRN700 JRN821a JRN681 Z20=201 JRN537 515 239 308(=225) 241 JRN798 NB 358 JRN1077 JRN588 JRN1146 284 NB 608 FS400 NB 662 JRN140 NB 142 NB 167 564 248 NB 144 JRN774 JRN854 NB 450 JRN62 NB 666 JRN740 NB 160 JRN1091 NB 364 JRN814 50 Abbildung 73: Verteilung der Mittelwerte der elektrischen Leitfähigkeiten der Wässer von Quellen und aus Bohrungen (LF-Bereich 0-200 µS/cm] LF-Verteilung (Mittelwert > 200 µS/cm) 1600 1400 vorrangig Wässer im Bereich permomesozoische Karbonatgesteine und Keuperserie 1200 1000 800 vorrangig Wässer im Bereich permomesozoische Karbonatgesteine und Keuperserie tw. Grauwackenzone 600 vorrangig Wässer im Bereich der Wechseleinheit, Grauwackenzone und verteilt im gesamten Untersuchungsraum 400 0 580 FS062 FS334 FS705 Z7 FS097 Brunnen Ganz 521 Z8/1=377* 529 524 528 NB 127 JRN988 FS302 FS096 JRN1235 FS092 537 FS093 FS704 FS107 FUE223c Z15 FS701 NB 323 FS2244 14 FS031 FS065 16 FUE36 Z16 FS112 18 NB 137 Z13 FUE2 423 FS105 NB 700 FUE17 FS563 FUE25 FUE16 3 224 FS300 357 FS061 NB 621 JRN483 FUE221c Z10 FUE222c FUE44 FS101 223b 35 223a 325 571 538 142 81b FS561 FS076 540/1 540 FS121 584 541 542 517 58 FS124 JRN933 85 FS011 JRN58 NB 701 JRN932 FS115 313 315 NB 295 572 JRN1086 138 575b Z14=266 226 JRN463 JRN1185 FS181 FS007 327 570 JRN1083 Z18 JRN1013 NB 203 NB 143 61 200 Abbildung 74: Verteilung der Mittelwerte der elektrischen Leitfähigkeiten der Wässer von Quellen und aus Bohrungen (LF-Bereich >200 µS/cm] Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 128 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Abbildung 75 zeigt einen 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Übersichtslageplan der LF-Werte im gesamten Untersuchungsraum. Dargestellt sind in Abbildung 75 nur jene Messstellen von denen auch hydrochemische Analysen gemacht wurden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 129 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 130 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 75: Übersichtslageplan mit Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten (nur Messstellen mit hydrochemischen Analysen) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 131 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 76: Übersichtslageplan mit Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten (alle Messwerte) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 132 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 15: Hydrogeologische Zuordnung der Wässer Die gemessenen elektrischen Leitfähigkeiten bilden z.T. sehr übersichtlich die Lösungsgenese der Wässer in Zusammenhang mit den geologischen Rahmenbedingungen ab. Tabelle 15 fasst die sich ergebenden und zuordenbaren LFGruppen zusammen. Die sehr gering mineralisierten Wässer sind vorwiegend den kristallinen Gesteinen der Semmering-Einheit bzw. der Wechseleinheit zuzuordnen. Ein deutlicher Unterschied der räumlichen LF-Verteilung ist im Vergleich zu karbonatischen Gesteinseinheiten des Permomesozoikums bzw. der Keuperserie zu erkennen. Hier zeigen sich generell höhere LF-Werte, was naturgemäß auf das erhöhte Lösungspotenzial in Karbonatgesteinen bzw. auch Gipseinlagerungen zurückgeführt werden kann. Diese Informationen können u.a. für die Beurteilung und Typisierung der Wasserzutritte im Rahmen der Vortriebsarbeiten herangezogen werden. 5.5.2.2 Hydrochemische Typisierung der analysierten Wässer Die Charakterisierung der beprobten Wässer in diesem Berichtsabschnitt erfolgt auf Basis der Gehalte (in mval%) an den Hauptionen Ca, Mg, Na und HCO3, Cl und SO4. Die Konzentrationen der Ionen K und NO3 werden aufgrund deren unterordneten Bedeutung dabei vernachlässigt. Berücksichtigt und typisierend wirken dabei nur Ionengehalte über 20 mval%. Abbildung 77 stellt die Verteilung der im Untersuchungsgebiet vorkommenden Wassertypen in Form eines Histogrammes dar. Wassertypen, die sich aufgrund der Typisierung nur an einzelnen Messstellen ergeben sind dabei nicht berücksichtigt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 133 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Verteilung der Wassertypen 1800 Anzahl der Wassertypen 1600 1400 1200 1000 800 600 400 Abbildung 77: Verteilung der häufigsten Wassertypen im Untersuchungsgebiet Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 134 Ca-Mg-HCO3 Ca-Mg-HCO3-SO4 Ca-Mg-SO4-HCO3 Mg-Ca-HCO3 Ca-HCO3-SO4 Ca-HCO3 Ca-Mg-Na-HCO3-SO4 Ca-Na-HCO3-NO3 Ca-Na-Mg-HCO3-Cl Ca-Mg-Na-HCO3 Ca-Mg-Na-SO4-HCO3 Ca-Na-HCO3 Ca-Mg-HCO3-Cl Ca-Na-HCO3-SO4 Ca-Na-Mg-HCO3-SO4 Ca-Na-SO4-HCO3 Ca-Mg-Na-HCO3-Cl Na-Ca-Cl-HCO3 Ca-Mg-Na-HCO3-NO3 Ca-Mg-HCO3-SO4-NO3 Ca-Mg-SO4-HCO3-NO3 Na-Ca-HCO3-SO4 0 Ca-Mg-Na-Cl-HCO3-NO3 200 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Wie aufgrund der geologischen Rahmenbedingungen und der damit verbundenen Lösungsgeschichte der Wässer zu erwarten war, sind die analysierten Wässer kationenseitig von Ca und Mg dominiert. Na-reiche Wässer treten im Untersuchungsgebiet fast nur im Zusammenhang mit Straßensalzverunreinigungen auf. Nur einige Bohrungen weisen bei der Erstbeprobung erhöhte Na-Gehalte auf. Die Kalium-Konzentrationen sind generell sehr gering und daher nicht gezielt interpretierbar. Anionenseitig dominiert HCO3. Die SO4-Gehalte sind in wenigen Bereichen anionenseitig typusbestimmend bzw. typusmitbestimmend. Aufgrund der Tatsache, dass der Sulfat-Gehalt der Wässer im Untersuchungsgebiet als Leitparameter herangezogen werden kann und auch relevant für die technische Detailplanung (Sulfatbeständigkeit der verwendeten Betonklassen) ist, werden die SO4-Gehalte in Kapitel 5.5.3 gesondert analysiert und interpretiert. Abbildung 78 zeigt die räumliche Verteilung der 6 häufigsten Wassertypen innerhalb des Untersuchungsgebietes. Es zeigt sich generell ein sehr heterogenes Bild. Die in Kapitel 5.5.2.1 dargestellte Klassifizierung der Wässer anhand der Gesamtmineralisierung (LFWerte) bildet ein aus hydrogeologischer Sicht wesentlich klarer interpretierbares Gesamtbild. Dies hat den Grund, dass die lösbaren Mineralbestandteile im Gesteinsverbund zwar ähnlich verteilt sind, jedoch in z.B. kristallinen Gesteinen wesentlich schwerer mobilisierbar sind wie in karbonatischen Gesteinen. Hydrogeologisch relevant ist die Verteilung sulfatdominierter Wässer (gelbe Kreise). Dieser Zusammenhang wird jedoch im Kapitel 5.5.3 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc detailliert behandelt. Seite 135 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 78: Wassertypen des Untersuchungsgebietes Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 136 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.5.3 Verteilung der Sulfat-Gehalte Die Verteilung des Sulfat-Gehaltes der beprobten Wässer spiegelt einerseits die geogenen Sulfatbestandteile in den Gesteinsabfolgen wider und ist andererseits ein Anhaltspunkt für die Betonaggressivität der Quellwässer und der Wässer aus den Erkundungsbohrungen. Abbildung 79 zeigt die Sulfat-Gehalte der analysierten Wässer in Form eines Verteilungsdiagrammes an. In diesem Diagramm sind nur Messstellen dargestellt deren Sulfatmittelwert über 100 mg/l beträgt. Es zeigt sich, dass nur etwa 30 Messstellen Sulfatgehalte über 100 mg/l aufweisen. Abbildung 80 gibt einen Überblick über die räumliche Verteilung der analysierten SO4Gehalte. Daraus ergeben sich zwei Gesteinseinheiten, die erhöhte Sulfat-Gehalte (Signaturen in rot, violett, blau) zeigen. Dies sind im Wesentlichen die Keuperschichten zwischen Mürzzuschlag und Gloggnitz und die permomesozoischen Schichtglieder mit Karbonatgesteinen im Bereich von Schottwien bis Raach. Im Bereich des Semmerings existieren auch abbauwürdige Anhydrit-Gipsvorkommen (z.B. Bereich HaidgrabenMyrthengraben) mit denen die erhöhten Sulfatwerte u.a. zusammenhängen. Weiters sind Baryt-Vorkommen bekannt, mit denen der erhöhte Sulfatgehalt in Wässern ebenfalls zusammenhängen kann. Im Bereich des Großen Otters wurde Baryt auch abgebaut. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 137 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Sulfat-Gehalt von Wässern [mg/l - Mittelwerte] 1800,0 1700,0 1600,0 1500,0 1400,0 1300,0 Sulfat-Gehalt [mg/l] 1200,0 1100,0 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 138 /0 8 /0 8 /0 6 /0 6 KB -5 3 KB -0 4 KB -0 7 1c KB -3 7 E2 2 FU E2 2 2c 3c FU 1 E2 2 FU /0 6 Abbildung 79: Verteilung der Sulfatgehalte (nur Analysen >100 mg/l) FS 30 37 KB -4 8 3 12 N JR /0 6 FS 09 3 32 KB -3 9 35 B N 7 12 N JR FS 09 /0 6 36 12 KB -4 7 * 2 N JR FS 09 77 =3 /0 6 2 /0 7 Z8 /1 KB -2 0 KB -4 3 FS 30 0 2 4 /0 8 KB -0 9 FS 34 FS 06 FS 33 /0 8 /0 6 KB -3 8 KB -0 8 KB -0 6 /0 8 0,0 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 80: Verteilung der Mittelwerte der Sulfatgehalte in Quellwässern und Wässern aus Bohrungen – Übersicht Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 139 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die Abbildung 81 zeigt eine Detailausschnitt aus Abbildung 80 im Bereich von Schottwien. Vor allem die Erkundungsbohrungen dieses Bereiches zeigen z.T. sehr hohe Sulfatgehalte der Wässer. Wie im gesamten Untersuchungsraum entlang der geplanten Trasse muss in diesem Bereich daher im Speziellen auf die Sulfatbeständigkeit des verwendeten Betons geachtet werden. Abbildung 81: Verteilung der Mittelwerte der Sulfatgehalte in Quellwässern und Wässern aus Bohrungen – Übersicht Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 140 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.5.4 Isotopenhydrologische Untersuchungen 5.5.4.1 Methodik - Isotopenhydrologische Untersuchungsmethoden Für die Charakterisierung der Wasserbewegung stellen die sogenannten Umweltisotope Deuterium (2H), Sauerstoff-18 (18O) und Tritium (3H) geeignete Tracer dar. Als native Bestandteile des Wassermoleküls verhalten sie sich nahezu konservativ und erlauben die direkte Verfolgung der Wasserbewegung. Gleichzeitig ermöglichen Umweltisotope Aussagen über die Herkunft, die mittlere Einzugsgebietshöhe und die Speicherung der Wässer im Untergrund. Dies ist insbesondere in alpinen Gebieten mit ausgeprägter Topographie und lithologisch uneinheitlichen Einzugsgebieten von Bedeutung. Hier kommt es im Bereich von verkarsteten Karbonatgesteinen und größeren Störungszonen zum Teil zu gebietsübergreifenden Entwässerungen, so dass das orographische Quelleinzugsgebiet mit dem tatsächlichen hydrogeologischen Einzugsgebiet nicht übereinstimmt. In diesen Gebieten können die Sauerstoff-18 Gehalte von Quellwässern zu einer Abschätzung der mittleren Höhe des hydrologisch wirksamen Einzugsgebietes verwendet werden, da es mit zunehmender Einzugsgebietshöhe zu einer Abnahme der 18 O-Gehalte in den infiltrierenden Niederschlägen kommt. Da die Quellwässer in Abhängigkeit von ihrer Verweilzeit und ihrer Speicherung im Untergrund jedoch oft jahreszeitlichen Schwankungen unterliegen, können für die Berechnung nur solche Messstellen herangezogen werden, bei denen zumindest einjährige Datenreihe vorhanden sind. 5.5.4.2 Tritium - Übersicht Das radioaktive Isotop Tritium 3 H ist ein mit dem Niederschlag eingetragenes Wasserstoffisotop, welches Hinweise, über die mittleren Verweilzeiten des Wassers im Untergrund gibt. Damit dient Tritium der Wassertypisierung und der Interpretation von Speichereigenschaften und Aquifervolumen der Gebirgseinheiten. Grundlage für die hydrogeologische Interpretation der Tritiumgehalte ist die Markierung des versickernden Wasser mit dem Tritium-Gehalt des Niederschlags bzw. die Halbwertszeit des Tritiumzerfalls von etwa 12,3 Jahren. Abbildung 82 zeigt den Verlauf des Tritium-Gehaltes im Niederschlag (Graz, Wien) seit den Bombentests in den 50er und 60er Jahren. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 141 01.01.1960 31.12.1960 31.12.1961 31.12.1962 31.12.1963 30.12.1964 30.12.1965 30.12.1966 30.12.1967 29.12.1968 29.12.1969 29.12.1970 29.12.1971 28.12.1972 28.12.1973 28.12.1974 28.12.1975 27.12.1976 27.12.1977 27.12.1978 27.12.1979 26.12.1980 26.12.1981 26.12.1982 26.12.1983 25.12.1984 25.12.1985 25.12.1986 25.12.1987 24.12.1988 24.12.1989 24.12.1990 24.12.1991 23.12.1992 23.12.1993 23.12.1994 23.12.1995 22.12.1996 22.12.1997 22.12.1998 22.12.1999 21.12.2000 21.12.2001 21.12.2002 21.12.2003 20.12.2004 20.12.2005 20.12.2006 20.12.2007 19.12.2008 Tritiumgehalt [TU] SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tritiumgehalt - Niederschlag Wien, Graz 10000 1000 100 Graz Wien 10 1 Abbildung 82: Verlauf des Tritiumgehaltes – Messstation Wien (Hohe Warte) und Graz (Universität) mit Klassenbildungsbalken Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 142 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 83 und Abbildung 84 stellen die Mittelwerte der analysierten Tritium-Gehalte der Wässer in einem Histogramm dar. Die dargestellten Wertebereiche wurden unter Berücksichtigung des Tritiuminputs aus dem Niederschlag (Abbildung 82) so eingeteilt, dass eine qualitative Interpretation der Verweilzeiten der Wässer ermöglicht wird. Daraus ergibt sich ein Klassifizierung von Wässern langer Verweilzeit (Werte <6TU, blau) und Wässern mit geringer Verweilzeit bzw. Mischwässern (6-18TU, grün und gelb). Wässer mit Tritiumgehalten über 18 TU stellen ebenfalls Wässer mit erhöhter Verweilzeit dar. Von besonderer Bedeutung sind Wässer mit erhöhten Verweilzeiten, da diese länger gespeicherte Wasservorkommen repräsentieren und damit Auskunft über die Zirkulationspfade im aquatischen System geben. In Abbildung 85 ist eine Übersicht der Tritium-Werte im gesamten Untersuchungsraum zu sehen. In Abbildung 86 sind nur die Messstellen mit geringen sehr geringen Tritium-Gehalten (<3TU) und mit erhöhten Tritium-Gehalten (>18TU) dargestellt. Sehr geringe Tritium-Gehalte weisen vorrangig die Wasserproben aus einigen Erkundungsbohrungen auf. An diesen Proben zeigt sich, dass die Kluftwässer in diesen Bohrungen keine aktive Anbindung an eine seichte Wasserzirkulation aufweisen – es handelt sich daher jedenfalls teilweise um stagnierende Kluftwässer. Neben den Wässern aus diesen Bohrungen existieren aber im Untersuchungsgebiet auch einige Quellen die Wässer mit erhöhten Verweilzeiten führen. Im Untersuchungsgebiet ist z.B. die Quelle FS334 (Warme Quelle - Stranz) zu erwähnen die auch aufgrund der deutlich erhöhten Wassertemperatur (12-13°C) auf eine tiefe Zirkulation schließen lässt. Die Quelle JRN1224 im steirischen Projektraum deutet ebenfalls eine lange Verweilzeit an. Mehrmalige Analysen müssen dieses Einzelergebnis jedoch noch bestätigen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 143 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tritium-Gehalt im TU (Mittelwert-Verteilung) 60 50 TU 18-50 40 30 20 TU 11-18 10 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 144 KB-20A/06 FS300 FUE36 FS562 FS124 FS105 FS705 FS704 FS065 KB-28/06 FS400 FS061 FS076 KB-12/08 FS115 FS108 3 33a KB-49/06 Z9=378 18 E 128/89 E 8/91 224 142 E 5/91 E 1/91 138 538 521 E 10/91 541 575b 540 540/1 0 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 83: Tritium-Gehalte (Mittelwerte) – Teil 1 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 145 0 KB-40/08 FS031 FS121 FUE25 FS112 KB-25/06 FS181 FUE14 KB-18/07 JRN588 JRN814 KB-16/06 FS563 KB-01/07 KB-11/07 KB-41/06 KB-37/06 FS007 JRN921 JRN140 FS700 KB-01/08 JRN1086 FS154 FS561 FS301 FUE16 JRN774 KB-35/08 KB-46/06 FUE17 FS062 JRN1013 JRN449 KB-04/08 JRN27 KB-19/08 KB-43/06 FUE2 JRN715 JRN1243 KB-30/08 FS070 JRN1044 JRN378 JRN1235 KB-03/06 KB-06/06 FS401 JRN1237 FS394 JRN1245 KB-31/08 KB-05/07 KB-38/06 KB-19/07 FS701 FS093 KB-39/06 KB-09/08 FUE221c FUE223c FUE222c KB-23/06 FS340 KB-36/06 FS092 JRN1236 KB-33/08 FS302 KB-34/08 FS097 FS098 KB-42/06 KB-20/07 KB-54/06 JRN1224 KB-05/08 FS334 KB-53/06 KB-06/08 KB-08/08 KB-17/08 KB-24/08 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tritium-Gehalt im TU (Mittelwert-Verteilung) 12 10 TU 6-11 8 6 TU<6 4 2 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 146 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 84: Tritium-Gehalte (Mittelwerte) – Teil 2 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 147 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 85: Räumliche Verteilung der Tritium-Gehalte Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 148 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 86: Tritiumgehalte (>18TU und <3TU) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 149 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.5.4.3 Stabile Isotope (Sauerstoff 18, Deuterium) - Übersicht Die stabilen Isotope Sauerstoff 18 (18O) und Deuterium (2H) sind aufgrund von temperaturabhängigen Fraktionierungsprozessen ein gutes Werkzeug für die Typisierung der Wässer hinsichtlich deren Einzugsgebietsseehöhen. Dies deshalb weil in höher gelegenen Einzugsgebieten eine geringere mittlere Lufttemperatur besteht, die zu einer temperaturabhängigen Markierung der Niederschlagswässer (Abreicherung der stabilen Isotope) führt. Nach der Versickerung dieser Wässer im Untergrund bleiben die Gehalte an 18 O und 2 H konstant. Mit diesen Zusammenhängen kann die seehöhenbezogene Herkunft der Wässer interpretiert werden und damit Hinweise zum Einzugsgebiet der Wässer und deren Neubildungsmechanismen und Genese erhalten werden. Grundsätzlich besteht ein etwa linearer Zusammenhang zwischen den 18 O-Werten und 2 den H-Werten der Wässer (die Wertepaare im Bereich des Untersuchungsgebietes sind in Abbildung 87 dargestellt). Stabile Isotope (Mittelwerte aller verfügbaren Wertepaare) -90 -85 -80 -75 -70 -65 -60 -9 Sauerstoff 18 -10 Quellen Bohrungen -11 -12 Deuterium Abbildung 87: Zusammenhang zwischen 2H und 18O im Untersuchungsgebiet – Mittelwerte Aufgrund der temperatur- und damit seehöhenabhängigen Fraktionierung kann man aus dem Verhältnis zwischen (18O-Wert/Seehöhe der Probennahmestelle) eine grobe Klassifizierung treffen, wie weit die Seehöhe der Probennahmestelle dem erwarteten 18 O-Gehalt übereinstimmen (siehe Abbildung 88). Wässer mit sehr geringen Verhältnissen repräsentieren Einzugsgebietsseehöhen, die deutlich über den Seehöhen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 150 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 der Probennahmestelle liegen. Diese Wässer entstammen also wesentlich höheren Bereichen des Untersuchungsgebietes. JRN814 NB 160 KB-30/08 JRN1044 KB-26/08 JRN806 KB-03/06 JRN541 JRN849 KB-06/06 JRN700 JRN250 JRN475 NB 364 JRN140 JRN483 JRN1109 JRN854 FS238 JRN798 NB 293 KB-17/08 JRN932 FUE17 JRN1083 JRN963 FS454 JRN821 KB-28/06 JRN829 NB 148 KB-54/06 205 KB-55/06 KB-18/07 NB 621 FS563 KB-01/07 JRN58 541 FS076 FS124 NB 203 KB-49/06 FS700 FS121 FS105 NB 622 KB-05/07 NB 659 KB-23/06 KB-46/06 KB-06/07 FS301 KB-12/07 KB-14/07 FS705 KB-09/07 KB-10/07 FS334 NB 137 FS096 FUE223c FS2244 KB-09/08 KB-38/06 0 FUE2 Verhältnis (18O-Mittelwert / Seehöhe) -0,001 -0,002 -0,003 -0,004 -0,005 -0,006 -0,007 -0,008 -0,009 -0,01 -0,011 -0,012 -0,013 -0,014 -0,015 -0,016 -0,017 -0,018 -0,019 Detail -0,02 -0,021 -0,022 Abbildung 88: Verhältnis zwischen den 18O-Gehalten und den zugehörigen Messstellenseehöhen Verhältnis (18O-Mittelwert / Seehöhe) FUE2 KB-37/06 FS093 KB-38/06 KB-39/06 KB-04/08 KB-09/08 FS092 KB-07/08 FS2244 FUE222c FUE221c FUE223c FUE224c FUE31 FS096 FS097 FS704 NB 137 -0,015 -0,016 -0,017 -0,018 -0,019 -0,02 -0,021 Abbildung 89: Detail aus Abbildung 88 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 151 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 88 zeigt eine Übersicht der Verhältnisse zwischen dem 18 O-Gehalt der Wässer und der Seehöhe der Probennahmestelle. Abbildung 89 stellt nur jene Messstellen dar, bei denen dieses Verhältnis sehr gering ist, wo also das Einzugsgebiet weit über dem Quellaustritt bzw. der Beprobungsstelle liegt. Abbildung 90 (Übersicht) und Abbildung 91 (Ausschnitt) zeigen die räumliche Verteilung dieser Verhältniszahlen. Die sehr geringen Verhältniszahlen zeigen sich vorrangig im Bereich des Mürztales und im Bereich von Schottwien bis Aue. Das bedeutet, dass die beprobten Wässer ein sehr hohes Einzugsgebiet aufweisen. Im Bereich des Mürztales ist dies mit dem Zusammenhang zwischen dem Mürzwasser und dem Grundwasserleiter zu erklären, zumal die Mürz ein sehr hohes Gesamteinzugsgebiet entwässert. Die Wässer in dem Bereich Aue entstammen einem hohen Einzugsgebiet, welches durch die Adlitzgräben entwässert wird. Die Zusammenhänge sind hier sehr gut erkennbar und in Abbildung 91 dargestellt. Ebenso sehr hohe Einzugsgebiete weisen die Quellaustritte im Bereich des Fuchsgrabens und im Bereich Otterthal auf. Hier bestätigen sich die tiefgründigen Entwässerungsmechanismen, im Bereich des Otterstockes. Höhere Verhältniszahlen (blaue Punkte) zeigen Bereiche an, die relativ angereicherte 18 O-Werte aufweisen. Dies resultiert aus den Grundwasserneubildungsmechanismen in kristallinen Festgesteinen, die aufgrund des Aufbaus der Verwitterungsschwarte geringes Speichervermögen und verstärkte Oberflächenentwässerung aufweisen. Weiters findet in kristallinen Gesteinen oft eine jahreszeitlich selektive Anreicherung in den Sommermonaten statt, woraus erhöhte Gehalte der stabilen Isotope resultieren. Aufgrund dieser Zusammenhänge sind die Isotopengehalte immer unter Berücksichtigung der geologisch-lithologischen Rahmenbedingungen zu interpretieren. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 152 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 90: Verhältniszahl (18O-Gehalt / Seehöhe Probennahmestelle) – Übersicht Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 153 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 154 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 91: Verhältniszahl (18O-Gehalt / Seehöhe Probennahmestelle) – Ausschnitt Aue-Otterthal Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 155 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.5.4.4 Berechnung von mittleren Verweilzeiten der Wässer In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene isotopenhydrologische Methoden zur Bestimmung von mittleren Verweilzeiten des Grundwassers entwickelt und wurden bei Grundwasserstudien u.a. zur Bestimmung der Speicherung, des Schutzes von Grundwasservorkommen, zur Klärung der Fragen der Grundwasserneubildung und der Wechselwirkungen zwischen Grund- und Oberflächenwässern angewandt. In diesem Rahmen werden die Sauerstoff-18- und Tritiumdaten der Grundwassermessstellen mit längeren Zeitreihen hinsichtlich der Bestimmung der mittleren Verweilzeit der Wässer am Semmeringgebiet ausgewertet. Die Isotopendaten (Deuterium, Sauerstoff-18 und Tritium) sind, wie der gesamte Datenbestand der Dauerbeobachtung zentral in einer Datenbank (mDB-Semmering) verwaltet. Die mittlere Verweilzeit (MVZ) kann mit Hilfe geeigneter Modelle sowohl aus den stabilen Isotopen Deuterium (δ2H) und Sauerstoff-18 (δ18O), als auch aus dem radioaktiven Wasserstoffisotop Tritium berechnet werden. 5.5.4.5 Abschätzung der mittleren Verweilzeit aus Sauerstoff-18-Daten Die Verweilzeit kurz gespeicherter Wässer kann mit der von Burgman et al. (1987) beschriebenen einfache Methode abgeschätzt werden. Die Methode beruht auf der Auswertung der Dämpfung, welche das ursprüngliche Inputsignal (18O-Schwankungen im Niederschlag) am Wasserpfad im Untergrund erfährt. Die Mittlere Verweilzeit MVZ ergibt sich aus nachstehender Gleichung, wobei C ist die Dämpfung, welche das Verhältnis zwischen der Amplitude (‰) des Jahresgangs des Isotopengehaltes im Grundwasser (B) und der sinusförmiger Input-Funktion des Niederschlages (A) darstellt: MVZ = ½ π (1-C)1/2 / C Da das ursprüngliche Inputsignal im Untergrund bereits nach wenigen Jahren eine starke Dämpfung erfährt, ist die Berechnung der Verweilzeit auf etwa 5 Jahre beschränkt. Ältere Wässer können mit dieser Methode nicht untersucht werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 156 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Sauerstoff-18 Schwankungen im Niederschlag 0 Karlgraben -10 18 δ O [‰] -5 -15 -20 -25 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2003 2008 Mittlere Schwankungen vom Sauerstoff-18 im Niederschlag -7 -8 Karlgraben -9 δ O [‰] -10 18 -11 -12 -13 -14 Dez Nov Okt Sep Aug Jul Jun Mai Apr Mar Feb Jan -15 Abbildung 92:: Langjährige (1973-2008) δ18O-Ganglinie im Niederschlag an der Station Karlgraben (ANIP Station Nr. 83 bzw. GZÜV-Nr. IN60000083) und der langjährige mittlere Jahresgang der δ18O-Gehalte Als Inputfunktion für die Berechnung der MVZ der Wässer im Untersuchungsgebietgebiet wurden die langjährigen Sauerstoff-18-Daten der nächstgelegenen Niederschlagstation Karlgraben herangezogen. Abbildung 92 zeigt die langjährige Ganglinie der monatlichen δ18O-Werte und der langjährige mittlere Jahresgang im Niederschlag. Die jahreszeitlichen Variationen des 18 O-Gehaltes zeigen einen annähernd sinusförmigen Verlauf, mit Minimum in den Wintermonaten und Maximum in Sommermonaten. Auf der Grundlage der obenstehenden Gleichung wurden die mittleren Verweilzeiten der Wässer im Untersuchungsgebiet berechnet. Um genauere und eindeutige Datierungsergebnis zu erzielen wurde die Berechnung der MVZ lediglich bei Wässern längeren Sauerstoff-18-Zeitreihen durchgeführt. Es ist anzumerken, dass bei einigen Messstellen Ausreißer der Sauerstoff-18-Zeitreihen vernachlässigt wurden, um die Verfälschung der berechneten MVZ zu vermeiden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 157 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die Ergebnisse der Berechnung sind in Tabelle 17 aufgelistet. Einige der Wässer weisen eine mittlere Verweilzeit MVZ zwischen 2 und 5 Jahren auf, während der überwiegende Teil der Wässer über den Anwendungsbereich hinausgehende Verweilzeiten (> 5 Jahre) aufweist. Der Vergleich der mit dieser Methode berechneten Wasseralter mit den aus den Tritiumgehalten berechneten Verweilzeiten (siehe Tabelle 16) zeigt in einigen Fällen widersprechende Ergebnisse (siehe dazu auch Kapitel 5.5.4.6). In Tabelle 16 sind jene Messstellen aufgelistet, bei denen diesbezügliche Abweichungen vorliegen (in rot markiert). Tabelle 16: Gegenüberstellung der mittleren Verweilzeiten aus den beiden Berechnungsmethoden Dies ergibt sich aus der methodischen Unsicherheit des Berechnungsverfahrens mit der 18 O- 18 Methode. Im Rahmen der weiteren Dauerbeobachtung ist vorgesehen, die Werteanzahl ( OAnalysen) weiter zu verdichten und die Berechnungsergebnisse mit den jeweiligen neuen Daten zu aktualisieren. Eine Weiterführung des Verfahrens scheint erforderlich, zumal die Tritiumkonzentrationen im Niederschlag einem ständigen Rückgang unterliegen und der hydrogeologische Tracer Tritium über die geplante Tunnelbauzeit damit zunehmend an Bedeutung verlieren kann. Vorerst müssen die Redundanzen der berechneten Verweilzeiten der beiden Bestimmungsverfahren methodisch bedingt akzeptiert werden. Hinsichtlich der Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 158 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 hydrogeologischen Interpretation werden derzeit die mittleren Verweilzeiten aus dem Tritiumverfahren dominant betrachtet. Tabelle 17: Mittelwerte und Schwankungsbreite und die Dämpfung der δ18O-Werte, und daraus abgeleitete mittlere Verweilzeit ausgesuchter Grundwässer im Untersuchungsgebiet Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 159 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 5.5.4.6 Berechnung der mittleren Verweilzeit mittels radioaktiven Wasserstoffisotop 3H In den letzten Jahrzehnten wurde das radioaktive Wasserstoffisotop 3H (Halbwertszeit 12.32 Jahre) für die Altersbestimmung junger Wässer genutzt. Vor den atmosphärischen Atombombenversuchen der fünfziger Jahre betrug der Tritiumgehalt des Niederschlages etwa 5 T.U. (Tritiumkonzentration eines 3H-Atoms auf 1018 1H-Atome). Bis zum Jahre 1963 stieg jedoch die Tritiumkonzentration im Niederschlag aufgrund durchgeführter Atomtests sehr stark und seit Mitte der 1960er Jahre nimmt diese jedoch aufgrund der Einstellung der oberirdischen Kernwaffenversuche wieder kontinuierlich ab. Aus diesem zeitabhängigen Eintrag des radioaktiven Wasserstoffisotop 3 H resultiert die Möglichkeit, Grundwasser aufgrund seines Tritiumgehaltes altersmäßig zu datieren. Da jedoch in den letzten Jahrzehnten die zeitliche Dynamik von Tritium im Niederschlag stark abgenommen hat, langsam nähert sich zurzeit die Tritiumkonzentration an die ursprüngliche (natürliche) Tritiumkonzentration vom Niederschlag vor dem Atombombenversuch der 50er Jahre. Damit verliert das radioaktive Wasserstoffisotop an Bedeutung für Wasseraltersdatierung, insbesondere bei sehr schnell fließenden oberflächennahen Grundwassersysteme sind die Tritiumdaten heute oft wenig aussagekräftig. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 160 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 93 stellt einen Übersichtplan der berechneten MVZ dar und listet die zugrundeliegenden Werte auf. Im Folgenden sind einige Bemerkungen zu den Einzelergebnissen der Berechnung der mittleren Verweilzeiten auf Basis der Tritiumgehalte aufgelistet: • Die Wasserproben aus den Bohrungen KB-06/08, KB-17/08, KB-24/08 sind tritiumfrei. Diese Wässer sind vor den atmosphärischen Atombombenversuchen der fünfziger Jahre gebildet worden. Das Wasser aus der Bohrung KB-53/06 ist mit 0,4 TU ebenfalls fast tritiumfrei und auch dieser Gruppe zuzuordnen. Auch das Wasser der Bohrung KB-20/07 ist nach einer Detailinterpretation dieser Altersgruppe zuzuordnen. • Einige Wässer zeigen geringere Tritiumkonzentration als der aktuelle Niederschlag. In diese dieser Gruppe fallen die Messstellen: FS097, FS098, FS302, FS340, FUE223c, JRN1224, JRN1236, KB-05/08, KB-33/08, KB-34/08, KB-36/06 und KB54/06. Diese sind ebenfalls alte Wässer, die jedoch eine Mischung mit rezent gebildeten seichten Wässern aufweisen. • Bei einigen Messstellen enthält das Wasser eine höhere Tritiumkonzentration als im derzeitigen Niederschlag. Die höchste Tritiumkonzentration wurde bei der Bohrung KB-49/06 gemessen. Dies ist gleichbedeutend mit einer guten Speicherung und damit hohen Verweilzeit des Wassers. • Das Wasser der Bohrung KB-19/07 weist sehr starke Unterschiede zwischen den beiden verfügbaren Messwerten auf. Der Grund für den deutlichen Anstieg um etwa 5TU ist derzeit nicht im Detail erklärbar. Weitere Analysen werden diesen Anstieg erklären. • Der Tritiumgehalt an einigen Wässern ist fast identisch mit der Tritiumkonzentration des heutigen Niederschlags (~ 6 – 7 TU berechnet aus einer Exponentialfunktion mit den gewichteten Jahrestritiumwerte). Dies bedeutet, dass die Wässer eine sehr kurzfristige Neubildung aufweisen und auch nur kurz im Untergrund verweilen. • Die mittlere Verweilzeit (MVZ) der Wässer mit Tritiumkonzentrationen > 1 TU wurde mittels den Lumped Parameter Modellen - Piston Flow und Exponentielles Modell berechnet. Die Grundlagen der Theorie von Lumped Parameter Modellen und deren Anwendungsbeispiele wurden in mehreren Arbeiten detailliert dargelegt. Daher wird auf die vorhandene isotopenhydrologische Fachliteratur verwiesen (u.a. Maloszewski and Zuber, 1982, 1993; Zuber, 1985; Richter, 1995; Yurtsever, 1983) verwiesen. Sinnvollerweise wurde die Altersdatierung nur bei jenen Messstellen durchgeführt, wo mindestens zwei Tritiumwerte unterschiedlicher Zeitpunkte vorliegen. • Für die Durchführung der Berechnung stehen langjährige (1973-2002) Tritiumdaten des Niederschlages der NS-Station Gutenstein zur Verfügung. Diese dienten als Inputfunktion für die Modelalterbestimung. Die Tritiumdaten dieser NS-Station wurden rechnerisch mit Hilfe einer exponentiellen Funktion bis 2009 extrapoliert. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 161 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Ebenso wurde die Datenlücke zwischen 1972 bis 1961 mit Tritiumdaten der NSStation Hohe Warte verlängert und anhand weiters mit Tritiumdaten aus der Literatur bis zu 1950 ergänzt. • Piston-Flow-Modell: Die MVZ der Wässer mit geringer Tritiumkonzentration (geringer als die Tritiumkonzentration vom derzeitigen Niederschlag ~ 6-7 TU) konnte mit Hilfe des Piston-Flow-Modells berechnet werden. Generell zeigen diese Wässer eine längere Verweilzeit im Untergrund, einige Messstellen bis zu 55 Jahre. Bei manchen Messstellen ist die Bestimmung der MVZ nicht eindeutig, d.h. für das gleiche Grundwasser liefert das Modell mehrere Wasseralter (siehe auch Tabelle 17). • Exponentialmodell: Bei den Grundwassermessstellen mit hoher Tritiumkonzentration (größer als aktueller Niederschlag) wurde das Exponentialmodell angewandt. Bei der Bestimmung des Modellalters wird die Verweilzeit als Anpassungsgröße genutzt und durch mehrere Iterationen die berechnete Outputfunktion an die gemessenen Werte angepasst (Beispiel siehe Abbildung 94). Die mit dem Exponentialmodell berechneten MVZ variieren zwischen 2 Jahren (sehr kurz gespeicherte Wässer) bis zu 26 Jahre, bei den Wässern der Messstellen 538, 540, 541 im Bereich GöstritzMaria Schutz. Von den im Rahmen der neuen Tunnelterrasse beprobten Messstellen besitzt die Messstelle FS562 das älteste Wasser (MVZ = 24 Jahre). Einige Messstellen enthalten Tritiumkonzentration vergleichbar mit der im heutigen Niederschlag (FUE221c, JRN 378, JRN 449, JRN715, JRN1044, KB-38/06). Daher kann die MVZ dieser Wässer nicht berechnet werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 162 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 93: Mittlere Verweilzeiten der Wässer (berechnet auf Basis der Tritiumgehalte) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 163 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 18: Berechnete mittlere Verweilzeiten der Wässer im Untersuchungsgebiet Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 164 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tritium [T.U.] 1000 100 10 1 1950 1960 Niederschlag (Input) 1970 1980 Piston Mod 1990 2000 2010 Exp Mod T = 13 Jahre FS121 Abbildung 94: Verlauf der Tritiumkonzentration im Niederschlag (Inputfunktion) an der NS-Station Gutenstein im Vergleich mit FS121 sowie Output aus dem Piston-Flow-Modell Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 165 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 6 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 HYDROGEOLOGISCHE BESCHREIBUNG DES TRASSENRELEVANTEN BEREICHS Um eine Nachvollziehbarkeit der Kapiteln der einzelnen Fachbereich leichter zu ermöglichen, wird nachfolgend versucht, die entsprechenden Gebirgsbereiche ident mit den geologischen und tunnelbautechnischen Abschnitten zu beschreiben. Dabei können sich natürlich leichte Verschiebungen der Gebirgsbereiche ergeben, da diese je nach Vortriebskonzept leicht geändert sind. In der nachfolgenden Tabelle 19 sind diese Zuordnungen überschaulich aufgelistet. Tabelle 19: Auflistung und Zuordnung der EB-Teilabschnittsgliederung und der Gebirgsbereiche EB-Teilabschnittsgliederung Entspricht Gebirgsbereich Tunnelabschnitt Schafkogel GB 1 - 8 - Eichberg - Graßberg Tunnelabschnitt Göstritz GB 9-10 Tunnelabschnitt Otterstock GB 11 - 12 Tunnelabschnitt "Wechselgneis - GB 13 - 26 Semmeringkristallin" Tunnelabschnitt Grauschenhof GB 27 - 33 In den nachfolgenden Kapiteln werden die einzelnen Tunnelabschnitte hydrogeologisch beschrieben. Auf Basis der Beschreibungen, der flächenhaften Auswertungen der Durchlässigkeiten im Untergrund sowie den Ergebnissen der Wasserbilanz und der hydrogeologischen Dauerbeobachtung hydrogeologischen werden dann Prognosen anschließend für die im Kapitel einzelnen, 7 z.T. die entsprechenden zusammengefassten Gebirgsabschnitte, beschrieben. 6.1 Tunnelabschnitt Schafkogel - Eichberg - Graßberg 6.1.1 Lockergesteine im Bereich Schwarzatal Im ersten Streckenabschnitt vom Bahnhof Gloggnitz bis zum Portal des Semmeringtunnels wird die neue Strecke zuerst auf einem Damm und anschließend über ein neu zu errichtendes Brückenbauwerk über die Schwarza geführt. Der Untergrund wird in diesem Streckenabschnitt von Terrassenschottern der Schwarza gebildet. Die Mächtigkeit der gut gerundeten, locker bis mitteldicht gelagerten, sandigsteinig-schluffigen Kiese liegt im Bereich der geplanten Schwarzabrücke bei rund 3,0 bis 5,0 m, weiter talabwärts Richtung Bahnhof nimmt sie noch um wenige Meter zu. Darunter folgen dünnplattige bis blättrige Tonschiefer und Phyllite der Grauwackenzone. Im Hangenden der Kiese bilden Überflutungssedimente („Ausande u. –lehme“) eine bis 1 m starke Deckschicht. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 166 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Im Porenraum der fluviatilen Kiese ist ein Porengrundwasserkörper ausgebildet, der über weite Strecken in nicht hart verbauten Abschnitten gut mit der Schwarza korrespondiert. Ein im Sommer 2009 in den wenige Meter bergseitig des Unterwasserkanals befindlichen Bohrpegel B3b eingebauter Datenlogger zeigt einen nahezu unverzögerten und in den Intervallen ungedämpften parallelen Verlauf der Grundwasserspiegelschwankungen wie der Abflusspegel in der Schwarza. Als Grundwasserstauer fungiert die Oberfläche der liegenden Tonschiefer und Phyllite. Die Grundwassermächtigkeit beträgt daher durchschnittlich etwa 23 m. Die Strömungsrichtung ist in spitzem Winkel zur Schwarza hin bzw. mehr oder weniger parallel zur Schwarza ausgerichtet. Durchlässigkeitsbestimmungen über Pump-, Sicker- und Laborversuche zeigten kf-Werte im Bereich zwischen 6x10-3 und 5x10-5 m/s für die sandigschluffigen Kiese und 1x10-6 bis 5x10-8 m/s für die Deckschichten. Im Bereich der geplanten Schwarza-Brücke und im Grundwasserabstrombereich der Dammstrecke bis zum Bahnhof gibt es einige Nutzungen dieses Porengrundwasserkörpers. Rund 250 m oberhalb der geplanten Brücke existiert ein alter 2,5m tiefer Schachtbrunnen (FS293), der als Nutzwasserbrunnen für die Gartenbewässerung verwendet wird. Abstromig der Dammstrecke wird das Porengrundwasser durch 6 Nutzwasserbrunnen der Fa. Huyck (Kühlwasser, betriebliches Nutzwasser; FS292), einen Garten-Nutzwasserbrunnen (FS290) und einen alten 2,5m tiefen Schachtbrunnen beim Gasthaus Blum (FS291), der seit Jahrzehnten nur mehr für Nutzwasserzwecke (Garten, Aquarium) verwendet wird. Im Monitoring-Programm ist in diesem Abschnitt der erwähnte Grundwasserpegel B3b und dazu 2 Pegeln (FS288, FS289) in der Schwarza selbst, welche ebenfalls mit Datenloggern kontinuierlich die Wassertemperatur registrieren. 6.1.2 Grauwackenzone – Norische Decke (Silbersberggruppe) und Veitscher Decke Die Erkundungsbohrungen im Bereich der Grauwackenzone zeigten auf Trassenniveau noch stärker zerlegte und gestörte Gesteine als ursprünglich für diesen Abschnitt angenommen (siehe Kapitel 5.2). Hydrogeologisch bedeutet das, dass die Durchlässigkeiten im tieferen Untergrund noch geringer ausfallen. Die Ergebnisse bei den Bohrlochversuchen auf Trassenniveau lagen in einem sehr niedrigen Bereich von rund 2x10-9 bis 2x10-10 m/s. Nur bei KB-3/08 zeigten sich etwas höhere Durchlässigkeiten im Bereich von 2x10-7 m/s vermutlich über die zerlegten Metasandsteine und Metakonglomerate im Testabschnitt. Wegen dieses dichten Untergrunds wird das Gebiet vorwiegend oberflächig entwässert. Die einzelnen Bäche zeigen starke niederschlagsbedingte Abflussschwankungen und können nach längeren niederschlagsfreien Perioden auch abschnittweise trocken fallen. So fielen im bisherigen Beobachtungszeitraum vor allem die kleinen Bäche auf der S-Seite des Eichkogels (FS032, FS036) aber auch der Abfaltersbach (FS2243) und der Wolfsgrabenbach (FS2242) auf der Nordseite in den Jahren 2007 und 2008 periodisch trocken. Nur ein relativ kleiner Teil der Niederschläge versickert in der Verwitterungsschwarte und bildet dort geringmächtige lokal begrenzte Grundwasserkörper. Quellen zeigen entsprechend Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 167 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 hohe niederschlagsbedingte Schüttungsschwankungen und bei den Analysen immer wieder Hinweise auf kurzfristige oberflächennahe Einspeisungen (Verkeimungen) und kurze unterirdische Aufenthaltszeiten (Tritium-Werte entsprechen den aktuellen Niederschlagswerten). Die Schüttungen liegen durchwegs deutlich unter 1 l/s, meist im Bereich weniger Zehntel bis Hundertstel Liter/Sekunde. Die Wasserversorgung der meisten Gebäude erfolgt großteils dezentral über zahlreiche Einzelquellfassungen und Wassergenossenschaften Brunnen. mit Gelegentlich Nutzung einer sind einige Häuser gemeinsamen zu kleinen Wasserbezugsstelle zusammengeschlossen. Die Brunnen weisen Tiefen zwischen etwa 2 m und max. 25 m auf und nutzen ebenfalls die gering ergiebigen oberflächennahen Grundwasserkörper. Stellvertretend für die vielen kleinen Wassernutzungen wird auf der folgenden Abbildung 95 eine grafische Auswertung der bisherigen Messungen (Schüttung und elektrische Leitfähigkeit) der Gemeindequelle Eichberg (FS007) dargestellt. Es ist dies ein Zusammenschluss von mehreren kleinen bis sehr kleinen Einzelfassungen, die bei ihrem gemeinsamen Einlauf in den Hochbehälter gemessen werden. Diese Wasserversorgungsanlage diente bis vor einem halben Jahr der Versorgung von 2 Wohnhäusern der Stadtgemeinde Gloggnitz. Diese Häuser wurden inzwischen verkauft. Ihre weitere Nutzung steht noch nicht fest. Abbildung 95: Schüttung Beobachtungszeitraum und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS007 im bisherigen Die Grafik zeigt, dass die Quellschüttung nach längeren niederschlagsfreien Perioden sehr stark abnimmt und die Quelle im Sommer 2007 beinahe trocken fiel. In den letzten Jahren klagten mehrere Quell- und Brunnennutzer, dass die Ergiebigkeit des Grundwassers auf dem Eichkogel laufend zurückgeht. Brunnen werden immer wieder vertieft, um ein Austrocknen zu verhindern (z.B. FS027, FS805). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 168 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die elektrische Leitfähigkeit der Grundwässer auf der Nordseite des Eichbergs liegt im Allgemeinen wegen der überwiegend kristallinen tonmineralreichen Gesteine in niedrigen Bereichen bis etwa 300 µS/cm. Auf der Südseite des Eichbergs zeigen einige Quellen aber deutlich erhöhte Leitfähigkeiten bis >1000 µS/cm (FS038, FS039, usw.). Die Ursache dafür sind erhöhte Sulfat- und Hydrogencarbonat-Gehalte, die aus gipsführenden Gesteinsschuppen dieses Gebietes stammen. Auffällig ist auch die Nahelage dieser Quellfassungen zu den verwachsenen Abraumhalden der alten Magnesit-Bergbaue auf der S-Seite des Eichkogels. Auch die Gemeindequelle von Pettenbach (FS282) auf der Nordseite liegt im Einzugsgebiet einer derartigen Abraumhalde und weist daher ebenfalls erhöhte Leitfähigkeiten im Bereich zwischen 700-950 µS/cm auf. 6.1.3 Permomesozoikum (Tattermannschuppe) und Semmeringkristallinspan im Auebachtal Die Unterquerung des Auebachtals durch die Tunneltrasse erfolgt zur Gänze im Festgestein. Die geringsten Überlagerungshöhen liegen hier bei rund 30-40 m. Im Auebachtal ist nur eine relativ geringmächtige Felsüberlagerung mit Wildbach- und Hangschutt von maximal 9-11 m gegeben. Im Porenraum dieser Lockersedimente ist ein zusammenhängender Grundwasserkörper (Grundwassermächtigkeit bis zu 5 m) ausgebildet, der vereinzelt mit Brunnen für Nutzwasser verwendet wird. Die geringen Wasserspiegelschwankungen werden in den zu Pegeln ausgebauten Bohrungen im Zuge der hydrogeologischen Dauerbeobachtung laufend gemessen. Im Pegel KB-38/06 ist ein Datenlogger für kontinuierliche Aufzeichnungen eingebaut. Pumpversuche in Pegelabschnitten der Lockergesteinsauflage (KB-7/08) ergaben Durchlässigkeiten im Bereich von 1x10-3 und 5x10-4 m/s. Als Stauer fungiert die Oberfläche der liegenden Festgesteine. Die Strömungsrichtung ist talparallel nach Osten gerichtet. Die Festgesteine im Liegenden der Lockersedimente sind zum überwiegenden Teil stark zerlegte und teilweise entfestigte Störungsgesteine der Talhof-Aue-Störung. Der hohe Anteil von Schichtsilikaten in der Zusammensetzung führt zu einer weitgehenden Abdichtung des Gesteins. Unregelmäßig eingeschuppt finden sich aber auch härtere Gesteinslinsen und – schuppen aus Rauhwacken, Karbonatgesteinen und Sandsteinen. Entlang von Klüften und Lösungshohlräumen sind hier lokal gute Wasserwegigkeiten vorhanden. Die Ergebnisse bei den Bohrlochversuchen auf Trassenniveau schwankten zwischen rund 2x10-5 und 2x10-8 m/s. Die Ergebnisse zeigen also um 2-3 Zehnerpotenzen höhere Durchlässigkeiten als in der Grauwackenzone. Das hat seinen Grund einerseits in der geringeren Tiefe, andererseits aber in den erwähnten Einschuppungen von höher durchlässigen Gesteinen. Da sich die Wasserwegigkeiten auf gut geklüftete Bereiche dieser Gesteine konzentrieren, ist lokal mit noch höheren Durchlässigkeitsbeiwerten zu rechnen. So zeigte sich bei der Schrägbohrung KB-6/08, dass nach einer weitgehend dichten Abfolge von stark gestörten Phylliten und Störungsgesteinen scharf abgegrenzt eine 10er-Meter mächtige Schuppe aus gut durchlässigen Rauhwacken und verkarsteten Karbonatgesteinen durchbohrt wurde. Aus dieser Schuppe flossen artesisch 2-3 l/s Grundwasser mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit (>2500 µS/cm). Analysen zeigten, dass eine sehr hohe Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 169 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Konzentration an Sulfat, Calzium, Magensium und Hydrogenkarbonat dafür verantwortlich waren. Eingeschuppt in die weichen Störungsgesteine wurde auch reiner Gips angetroffen, der als Hauptlieferant für diese hohen Lösungsinhalte des Bergwassers angenommen werden kann. Die Bohrung wurde mit einem Pegel ausgebaut und der Pegelkopf frostsicher und dicht mit einem Manometer verschlossen. Über ein Absperrventil sind jederzeit Beprobungen des gespannten Bergwassers möglich. Die Ablesungen der Manometerwerte erfolgt im rahmen des monatlichen Dauermessprogrammes. Rund 300 m westlich der Trasse wird der Felsuntergrund im Auebachtal auch von verkarsteten Karbonatgesteinen gebildet (KB-39/06). Sie bilden die hier auskeilende Verlängerung des Karbonatgesteinszugs der westlich angrenzenden Adlitzgräben. Wie die Bohrlochversuche in KB-39/06 zeigten, ist in den Klüften dieser Karbonatgesteine (Durchlässigkeiten im Bereich von 1x10-3 m/s) ein mächtiger Grundwasserkörper ausgebildet. Dieser tritt zuerst bei den „Hirsch-Quellen“ am südlichen Ortsrand von Schottwien (FUE221c, FUE 222c und FUE223c) in kleinerem Umfang (in Summe bis 10 l/s) und weiter östlich beim Auskeilen der Karbonate in der Palkaquelle (FS092) mit Q>100 l/s zutage tritt. Diese Quelle wurde im Zuge der Errichtung der S 6 im Auftrag der ASFINAG gefasst und ein Teil der Quellschüttung (30 l/s) wird der Stadt Gloggnitz als Trinkwasser im Ersatz für die aufgelassenen Aue-Quellen und Duftquellen (bei beiden waren Beeinträchtigungen durch die S 6 nicht auszuschließen) zur Verfügung gestellt. Bei der Festlegung der Tunneltrasse wurde daher besonders darauf geachtet, so weit wie möglich von dieser Quelle und dem zugehörigen Karbonatgesteinszug nach Osten abzuweichen. Für das Dauermessprogramm wurde daher der Palkaquelle besonderes Augenmerk geschenkt, da sie mit Q>100 l/s die größte Schüttung aller Quellen dieses Gebietes aufweist. Zur Erfassung des Wasseranfalles in der Palkaquelle war es jedoch notwendig, aufgrund der baulichen Ausführung der Quellfassung umfangreiche Einbauten durchzuführen (siehe Abbildung 96). Der Wasseranfall wird an der Herdmauer über mehrere Stellen abgeleitet bzw. abgepumpt. Ein Teil des sich an der Herdmauer stauenden Wassers wird über eine Ausleitung in einen nahegelegenen Fischteich eingeleitet. Die Messung dieser Wassermenge erfolgt über ein Flügelrad (Sägezahn-Durchflussmesser), welches in einem eigens eingebauten Abflussrohr installiert ist. Die Aufzeichnung der Pumpmenge, welche zur Versorgung des Ortsteils Aue verwendet wird, erfolgt mittels Reed Kontakt an der Pumpleitung. Ein weiterer Teil des anfallenden Wassers rinnt frei in den Hochbehälter der Stadtgemeinde Gloggnitz. In diesem Hochbehälter wurde ein eigener Datenlogger installiert und die abgeleitete Wassermenge wird hier ebenfalls mittels Reed Kontakt aufgezeichnet. Die verbleibende gefasste Wassermenge wird über einen errichteten Messüberfall in den Auebach ausgeleitet. Wasserstandsmessungen Wasserstände in An diesem vorgenommen. Wassermengen Messüberfall Mittels umgerechnet. einer Durch werden Schlüsselkurve kontinuierliche werden Aufsummierung die sämtlicher Messdaten kann die an der Herdmauer anfallende Wassermenge der Palkaquelle ermittelt werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 170 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Neben den unterschiedlichen Ausleitungsmengen werden auch noch die Wassertemperatur und die elektrische Leitfähigkeit kontinuierlich gemessen. Einzelmessungen an der Ausleitung in den Auebach haben gezeigt, dass die hier ausgeleitete Wassermenge deutlich höher ist, als diejenige, die in der Quellfassung am Messüberfall vorhanden ist. Durch Mitteilungen des Besitzers der Palkaquelle konnte in Erfahrung gebracht werden, dass aufgrund von Umläufigkeiten nicht der gesamte Wasseranfall an der Palkaquelle in der Fassung zu Verfügung steht. Diese Umläufigkeiten werden über Drainageleitungen in die Ableitung in den Auebach eingeleitet. Abbildung 96: Einbauschema der Messsonden in der Palkaquelle In der nachfolgenden Abbildung 97 ist die Schüttungsganglinie der Palkaquelle im Zeitraum Juni 2006 bis Herbst 2009 dargestellt. Im Detail sind in dieser Abbildung auch die einzelnen Teilkomponenten der Messorte dargestellt, aus der sich in Summe die gefasste, zur Verfügung stehende Wassermenge errechnet. Die kurzfristigen Schwankungen sind nicht auf natürliche Verhältnisse zurückzuführen, sondern ergeben sich aus der Tatsache, dass die Mengenermittlung aus mehreren Teilkomponenten besteht, deren zeitliche Auflösung mit gewissen Unschärfen in der Zusammenführung behaftet ist (siehe z.B. Aufzeichnungen der Mengen Hochbehälter Gloggnitz [HB]) . Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 171 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Palkaquelle Gesamtschüttung gefasster Anteil & Aufschlüsselung der Teilkomponenten Ausfall Aufzeichung Überlauf Fischteich (Sägezahn) Stromausfall Quellfassung Datenverlust 70 60 Schüttung [l/s] 50 Datenlücke Aufzeichung Überlauf Fischteich (Sägezahn) 40 30 20 10 HB Pegel Zähler Sägezahn Gesamtschüttung Abbildung 97: Grafische Darstellung der Schüttungsganglinie der Messstelle FS092 Palkaquelle Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 172 22 .0 1. 10 24 .0 9. 09 27 .0 5. 09 27 .0 1. 09 29 .0 9. 08 01 .0 6. 08 02 .0 2. 08 05 .1 0. 07 07 .0 6. 07 07 .0 2. 07 10 .1 0. 06 12 .0 6. 06 12 .0 2. 06 0 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 In der Abbildung 98 sind die Zeitreihen der Parameter elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur dargestellt. Der Verlauf der Wassertemperatur zeigt einen deutlichen Jahresgang, jedoch schwanken die gemessenen Wassertemperaturen nur in einem Bereich zwischen 11,68 °C und 11,76 °C, was auf sehr gute Speichereigenschaften im Untergrund schließen lässt. Die Anfang September 2007 niedergehenden Starkniederschläge im Untersuchungsgebiet können dabei auch deutlich abgelesen werden; ein Einfluss kurz gespeicherter Wässer kann daraus interpretiert werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 173 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Palkaquelle Elektrische LF zu Wassertemperatur Starkregenereignisse Anfang September 2007 im Untersuchungsgebiet 11.77 679 11.76 678 677 11.74 11.73 676 11.72 675 11.71 674 11.70 673 11.69 672 13 .0 4. 12 06 .0 6. 11 06 .0 8. 10 06 .1 0. 09 06 .1 2. 07 06 .0 2. 08 07 .0 4. 07 07 .0 6. 06 07 .0 8. 05 07 .1 0. 04 07 .1 2. 02 07 .0 2. 02 08 .0 4. 01 08 .0 6. 31 08 .0 7. 29 08 .0 9. 28 08 .1 1. 27 08 .0 1. 28 09 .0 3. 27 09 .0 5. 26 09 .0 7. 24 09 .0 9. 23 09 .1 1. 09 11.68 Abbildung 98: Graphische Darstellung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wassertemperatur der Palkaquelle (FS092) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 174 Elektr. Leitfähigkeit [µS/cm] Wassertemperatur [° C] 11.75 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die Bestimmung des Tritium-Gehalts in Bergwasserproben aus Bohrpegeln zeigte in diesem Abschnitt bei einigen Bohrungen deutlich niedrigere Gehalte als die Niederschläge. Proben aus KB-36/06, KB-39/06, KB-5/08, KB-9/08 und KB-20/07 lagen zwischen 2,3 und 6,3 TE. Die Proben aus KB-8/08 und KB-6/08 waren überhaupt tritiumfrei. Detaillierte Auswertungen und Übersichtsdarstellungen finden sich in Kapitel 5.5.4. An den aufsteigenden Nordeinhängen unterhalb der S 6 sind an einigen Stellen im Nahbereich zur Trassenführung Quellen gefasst. Zwei davon werden als Trinkwasserversorgungen für einen kleinen Betrieb (FS705) bzw. ein Einfamilienhaus (FS704) und eine als Viehquelle (FS703) verwendet. Sie schütten durchwegs <1 l/s und weisen hohe elektrische Leitfähigkeiten wegen erhöhter Sulfatwerte auf. Eine rund 15 m unter heutiger GOK in einem Stollenbauwerk aus den 1930er-Jahren gefasste Quelle (FS098) schüttet rund 4 l/s und weist eine elektrische Leitfähigkeit von 1300 bis 1900 µS/cm auf. Sie bildet gemeinsam mit der Quelle FS097 (rund 5-8 l/s), die aber in einem Stollenbauwerk unter der S 6 Wasser aus dem Karbonatstock des Graßbergs erschließt, die „Alten Aue-Quellen“ (Mischwasser: FS096). Diese wurden bis zum Bau der S 6 als Trinkwasserversorgung für die Stadt Gloggnitz verwendet und laufen seither ungenutzt in den Kraftwerkskanal für das Klein-KW Kaltenberger aus. Die hohen Leitfähigkeitswerte unterscheiden deutlich die Einzugsgebiete der Quellen aus den gipsführenden Karbonatlinsen des Abschnitts Auebach-Talquerung (FS098, FS703 bis FS705) von den wesentlich niedriger mineralisierten Quellen aus dem Bergwasser des Graßbergs (FS097 usw.; siehe nächstes Kapitel 6.1.4). In der folgenden Grafik Abbildung 99 sind stellvertretend für die anderen Quellen die Ganglinien von Schüttung und elektrischer Leitfähigkeit der Viehquelle Ehrenhöfer (FS703) dargestellt. 850 0.06 800 0.05 750 0.04 700 0.03 650 0.02 600 0.01 550 0 500 und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc FS703 .1 0 .0 1 22 24 .0 9 .0 9 .0 9 27 27 .0 5 .0 1 .0 8 .0 9 29 02 01 .0 6 .0 8 .0 8 .0 2 .1 0 05 .0 6 07 Abbildung 99: Schüttung Beobachtungszeitraum Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 0.07 .0 9 900 .0 7 0.08 .0 7 Schüttung [l/s] Ehrenhöfer Viehquelle Schüttung und elektr. LF im bisherigen Seite 175 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Die Schüttung dieser Quelle ist offenbar stark niederschlagsabhängig. Deswegen ist auch die Leitfähigkeit gegenüber den übrigen aufgezählten Quellen dieses Abschnitts unter 1000 µS/cm abgesenkt (Verdünnung durch oberflächennahes Grundwasser aus der Verwitterungsschwarte). 6.1.4 Permomesozoikum und Semmeringkristallin der Graßbergschuppe Nach der Unterquerung der S 6 tritt die Trassenführung im Graßbergzug erstmals in verkarstete Karbonatgesteine ein. Der Graßberg ist als O-W-streichende Härtlingsschuppe zwischen die eher weichen bis plastischen Störungsgesteine der Graßbergstörung im Süden und der Talhof-Aue-Störung im Norden tektonisch eingeregelt. In östlicher Richtung keilen die Karbonatgesteine in den Glimmerschiefern zwischen Schlagl und dem Sommergraben aus und trennen damit den Karbonatstock des Raachbergs von der Graßbergschuppe ab. Im Westen grenzen die Glimmerschiefer und „Keuper“-Formationen bei Schottwien die Graßbergschuppe von den Karbonatgesteinen der Adlitzgräben ab. Die schwach metamorphen Kalke, Kalkmarmore und Kalkbrekzien des Graßbergs werden über eine Strecke von rund 700 m auf Trassenniveau erwartet. Bohrkerne aus dieser Tiefe zeigen immer noch deutliche Verkarstungsspuren mit aufgeweiteten Klüften und Lösungshohlräumen (siehe nachfolgende Abbildung 100). Abbildung 100: Details des Bohrkerns aus KB-21/07 mit verkarsteten Karbonatgesteinen und angelösten Rauhwacken aus dem Trassenniveau Entsprechend hohe Durchlässigkeiten im Bereich zwischen 1x10-3 und 1x10-5 m/s wurden daher bei den Bohrlochversuchen festgestellt. Der Bergwasserspiegel in der Graßbergschuppe wurde bei rund 587-590 M.ü.A. erbohrt. Flowmetermessungen zeigten nur Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 176 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 nahe dem Bergwasserspiegel Wasserzutritte. Auf Trassenniveau, rund 100 m unterhalb des Bergwasserspiegels, konnten in den Bohrungen keine Fließbewegungen festgestellt werden. Überlaufquellen dieses Bergwasserkörpers sind nur entlang der Nordgrenze der Graßbergschuppe zu finden. Die „Auequelle 1“ (FS097) ist in einem bergmännisch errichteten Stollen unterhalb der S 6-Trasse gefasst. Sie bildete gemeinsam mit der „Auequelle 2“ (FS098), die ebenfalls in einem Stollen, aber rund 50 Höhenmeter tiefer in einer Karbonatgesteinsschuppe innerhalb der Glimmerschiefer des nördlichen Auetalbereichs gefasst ist (siehe das vorherige Kapitel), lange Jahre bis zur Errichtung der S 6 das Hauptstandbein der Wasserversorgung von Gloggnitz. Im Unterschied zur „Auequelle 2“ hat das Bergwasser aus der Graßbergschuppe nur Leitfähigkeiten im Bereich von 400450 µS/cm. Wegen des Einsickerns von Straßenwässern der S 6 in den Quellfassungsbereich unterhalb der Straßentrasse, kommt es im Winterhalbjahr nach Tausalzstreuungen kurzfristig immer wieder zu starken Anstiegen der Leitfähigkeit. Analysen zeigten, dass dafür extrem hohe Na- und Cl-Ionen-Gehalte verantwortlich sind. Siehe dazu die folgende Abbildung 101 mit einer grafischen Darstellung von Schüttung und Leitfähigkeit der Messstelle FS096 (Auequellen gesamt): Abbildung 101: Schüttung Beobachtungszeitraum und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS096 im bisherigen Die normale Leitfähigkeit des Mischwassers der beiden unterschiedlichen Quellen FS097 (rund 400-450 µS/cm) und FS098 (rund 1300-1500 µS/cm) liegt bei rund 700-750 µS/cm. Durch die Zutritte von Tausalzwasser der S 6 steigt die Leitfähigkeit kurzfristig bis >2500 µS/cm an. Anders verläuft die Leitfähigkeitskurve bei den Duftquellen (FS102, FS103, FS104 und FS106) weiter östlich im Kaltbachtal. Wegen der weitgehenden Ähnlichkeit der chemischen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 177 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Zusammensetzung der Einzel-Quellen wurde als Messstelle für das Monitoring-Programm der gemeinsame Ausfluss aus dem Sammelschacht bei FS105 gewählt. Trotz großer Schüttungsschwankungen zeigen sich hier nur sehr geringe Leitfähigkeitsschwankungen im Bereich von wenigen µS/cm. Siehe dazu die nachfolgende Abbildung 102 der Messwerte dieser Messstelle: 4 440 3 430 2 420 1 410 0 400 Abbildung 102: Schüttung Beobachtungszeitraum und elektrische Leitfähigkeit der 27 .0 1. 09 Messstelle FS105 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 450 22 .0 1. 10 5 24 .0 9. 09 460 27 .0 5. 09 6 29 .0 9. 08 470 01 .0 6. 08 7 02 .0 2. 08 480 05 .1 0. 07 8 07 .0 6. 07 490 07 .0 2. 07 9 10 .1 0. 06 500 12 .0 6. 06 10 12 .0 2. 06 Schüttung [l/s] Duftquellen gesamt Schüttung und elektr. LF im bisherigen Diese Quellgruppe wurde zu Beginn des vorigen Jahrhunderts gefasst und diente der Stadt Gloggnitz lange Jahre für die Trinkwasserversorgung. Seit mehreren Jahren läuft das Quellwasser jetzt ungenutzt ab und bildet den Ursprung des Kaltbaches. Die Schüttungskurve zeigt einen völlig anderen Verlauf als bei den Auequellen. Nach einem lang dauernden Abwärtstrend führte erst die Schneeschmelze im Frühjahr 2009 zu einem deutlichen Anstieg. Da auch die Austrittshöhe um rund 70 m über jener der Auequellen und des erbohrten Bergwasserspiegels im Graßberg liegt, ist ein anderes Einzugsgebiet für die Duftquellen wahrscheinlich. Möglicherweise sind dichte Störungsgesteine, die den Graßberg durchziehen für eine Unterteilung in getrennte Bergwasser-Compartments verantwortlich. Aus dem gleichen Niveau wie die Duftquellen entspringt auch die Quelle Hasiberhof (FS101). Ihre Schüttung von <1 l/s reicht aber für die Versorgung des Anwesens Hasiberhof samt Landwirtschaft und Nebengebäuden seit vielen Jahren aus. Die Leitfähigkeit dieser Quelle liegt aber mit rund 360-380 µS/cm unter jener der Duftquellen und der Auequelle 1. Ebenfalls aus dem gleichen Austrittsniveau bei rund 640 bis 660 m.ü.A., also rund 50-70 m über dem erbohrten Bergwasserspiegel im Graßberg, entspringt die Quelle Gruber (FS115) etwa in gleicher Entfernung zwischen den Duft- und den Auequellen. Sie versorgt 2 Einfamilienhäuser und speist mit ihrem Überlauf einen Fischteich. Die Schüttung beträgt relativ konstant rund 0,3 l/s, die Leitfähigkeit Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc liegt hier bei rund Seite 178 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 270-290 µS/cm und damit deutlich niedriger als bei den übrigen Quellen an der Nordseite des Graßbergs. Auch die beiden zuletzt genannten Quellen deuten auf eine Auftrennung in einzelne Bergwasser-Compartments im Graßberg hin. 6.2 Tunnelabschnitt Göstritz 6.2.1 Permomesozoikum des Graßberg-Schlagl-Störungssystems Zwischen dem Graßberg im Norden und dem Otterstock im Süden liegt ein Abschnitt mit ausgeprägten O-W-streichenden Störungssystemen. An der Geländeoberfläche treten zwischen den eingetieften Störungsbereichen immer wieder Karbonatgesteinsschuppen auf. Wie die Erkundungsbohrungen zeigten, reichen diese Karbonatgesteine nicht bis auf Tunnelniveau in die Tiefe, sondern werden von weichen, stark gestörten und verfalteten Gesteinen der sogenannten „Keuper-Serie“ unterlagert. Es sind dies Phyllite, Tonschiefer, Anhydrite und Gipse in bunter Mischung. Hydrogeologisch sind diese Gesteine auf Trassenniveau als weitgehend dicht und daher nur gering wasserführend zu betrachten. In den hangenden Karbonatgesteinslinsen sind aber begrenzte Bergwasserkörper in unterschiedlichen Höhenlagen ausgebildet. An der Ostseite begrenzter Karbonatgesteinsschuppen ist die ursprüngliche Versorgungsquelle der Burg Wartenstein in einer Höhe von rund 920 M.ü.A. gefaßt (FS111). Sie wird aber seit vielen Jahren bei der Messstelle FS112 ungenutzt ausgeleitet. Wegen des begrenzten Einzugsgebietes schwankt die Schüttung stark und geht nach längeren niederschlagsfreien Perioden auf Null zurück, was für die weitere hydrogeologische Beweissicherung wichtig ist, da dadurch gezeigt wird, dass es auch heute bereits Quellen gibt, die aus natürlichen Gründen aufgrund der vorherrschenden hydrometeorologischen Situationen trocken fallen. An der NW-Seite einer Karbonatgesteinsschuppe ist auf rund 740 M.ü.A. die Himmelreichquelle (FS061) der Gemeinde Schottwien gefaßt. Sie entspringt offensichtlich aus einem größeren Einzugsgebiet und schüttet zwischen 0,5 und 2,5 l/s. Auch aus der Verwitterungsschwarte der liegenden „Keuper-Serie“ im Bereich von Göstritz sind einige kleine Quellen gefaßt. Sie dienen sowohl der Trinkwasserversorgung einzelner Anwesen (FS062, FS065, FS076) als auch der Nutzwasserversorgung (FS064) bzw. der Speisung von Teichen beim Gudenhof. Aufgrund des begrenzten oberflächennahen Einzugsgebietes liegen die Schüttungen durchwegs deutlich <1 l/s. Nach langen niederschlagsfreien Perioden gehen die Schüttungen stark zurück. So ist etwa die Quelle FS064 im Sommer 2007 trocken gefallen. Bei einigen Quellen machen sich auch die gipsführenden Gesteine durch erhöhte Leitfähigkeiten, bedingt durch sehr hohe Sulfat- und Hydrogenkarbonatgehalte bemerkbar. Als Beispiel sind in der folgenden Abbildung die Ganglinien von Schüttung und Leitfähigkeit der Quelle Eckhardt (FS062) dargestellt: Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 179 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Quelle Eckhardt - Göstritz Quellschüttung und elektrische LF 0.4 1600 0.35 1500 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 0.3 Schüttung [l/s] 1400 0.25 0.2 1300 0.15 1200 0.1 1100 0.05 Abbildung 103: Schüttung Beobachtungszeitraum und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS062 22 .0 1. 10 24 .0 9. 09 27 .0 5. 09 27 .0 1. 09 29 .0 9. 08 01 .0 6. 08 02 .0 2. 08 05 .1 0. 07 07 .0 6. 07 07 .0 2. 07 10 .1 0. 06 1000 12 .0 6. 06 12 .0 2. 06 0 im bisherigen Auffallend sind die niederschlagsbedingten starken Schüttungsschwankungen und die sehr hohen Leitfähigkeiten bedingt durch gipsführende Gesteine in der Verwitterungsschwarte des oberflächennahen Einzugsgebiets. Östlich der geplanten Trasse sind entlang der Störungssysteme keine weiteren Quellaustritte vorhanden. Im Bereich von Schlagl existieren 2 alte Schachtbrunnen mit wenigen Metern Tiefe (FS132, FS134). Hier wird das gering ergiebige Porengrundwasser aus der Verwitterungschwarte bzw. dem aufliegend Hangschutt genutzt. 6.3 Tunnelabschnitt Otterstock 6.3.1 Permomesozoikum des Otterstockes Von Norden kommend folgt nach der weitgehend dichten Schlagstörung der Karbonatgesteinsabschnitt des Otterstocks. Der nördliche Abschnitt wird vorwiegend aus Rauhwacken der Reichenhaller Schichten gebildet. Die Bohrung KB-40/08 wurde in diesem Bereich abgeteuft und zeigte bei den Bohrlochversuchen nur geringe Durchlässigkeiten. Auf Trassenniveau wurden nur Durchlässigkeitsbeiwerte in der Größenordnung von 1x10-8 bis 2x10-9 m/s bestimmt. Am Bohrkern zeigten sich aber bis in große Tiefen Spuren von Bergwasserführung und im Bohrloch stellte sich auch Bergwasserspiegel bei rund 780 M.ü.A. ein. Das Bergwasser zeigte reduzierende Bedingungen und reagierte mit dem Eisen des Pegelrohres unter Bildung einer schwarzen Eisensulfidausfällung. Dieser Bergwasserspiegel liegt um rund 200 m höher als in der Graßbergschuppe und um rund 90 m höher als im südlich anschließenden verkarsteten Otterstock-Abschnitt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 180 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Der gleiche Bergwasserkörper wurde offensichtlich bei der nach Norden gerichteten Schrägbohrung KB-42/06 in der Göstritz angetroffen. Sie sollte die Durchlässigkeitsverhältnisse der Schlagl-Störung in diesem Bereich erkunden. Weiters sollte überprüft werden, ob das gegen Ende der 300 m langen Bohrstrecke erwartete gespannte Bergwasser aus dem nordwestlichen Otter-Stock hydraulische Verbindungen zur GöstritzQuelle und dem Bergwasser des Sonnwendsteins aufweist. Wegen der gespannten Grundwasserverhältnisse wurde die mit 50° Richtung S angesetzte Bohrung mit aufwändigen Sicherungen (Preventer) ausgestattet. Bis Bohrmeter 98 wurden Kataklasite und schwarze graphitische Phyllite erbohrt. Darunter folgten bis Bohrmeter 200 zellig angelöste Rauhwacken und Kalkbreccien. Nach einer 25 m starken Störungszone aus Kataklasiten wurden bis zur Endteufe von 300 m (= 533 M.ü.A.) Wechselfolgen aus Kalkbreccien und geklüfteten Dolomiten erbohrt. Im Bereich zwischen Bohrmeter 160 und 190 (= 600-620 M.ü.A.) wurde erstmals gespanntes Bergwasser mit einer Schüttung von rund 0,16 l/s festgestellt. Eine Probe daraus vom 8.2.2007 enthielt 4,4 Tritium-Einheiten. Dieser Wert liegt deutlich unter den damaligen Niederschlagswerten von rund 7-9 TE und weist auf mehrjährige Aufenthaltszeiten des Bergwassers hin. Im Bereich von Bohrmeter 278-284 (= 543-547 M.ü.A.) kam es zu starken artesischen Austritten mit einer Schüttung von rund 6 l/s. Eine Probe daraus vom 15.2.2007 enthielt nur 1,2 TE, was auf eine sehr lange unterirdische Aufenthaltszeit hinweist. Der statische Grundwasserspiegel wurde mit 41,2 m über GOK bestimmt, was einer Höhe von rund 766,7 M.ü.A. entspricht. Auch der Austritt der Göstritzquelle aus dem Sonnwendstein liegt deutlich unterhalb dieses Druckspiegels. Ein hydraulischer Bohrlochversuch ergab für die verkarsteten Karbonatgesteinsbereiche im Bereich des gespannten Bergwasserzutritts eine sehr hohe Transmissivität von 6,0 x 10-2 m²/s, bzw. eine über die 27 m lange Versuchsstrecke gemittelte Durchlässigkeit von 2,2 x 10-4 m/s. Dies täuscht vermutlich geringere Durchlässigkeitsverhältnisse vor, da die eigentlichen Wasserwegigkeiten konzentriert über offene Klüfte und Zerrüttungszonen stattfinden, die von der kleinvolumigen Bohrung möglicherweise nur teilweise erfasst werden. Nach den Bohrlochversuchen wurde der Arteser abzementiert und die Bohrung dicht verfüllt. Während der Bohrarbeiten wurden bei der unterhalb liegenden Quelle Lechner (FS076) laufend quantitative Beweissicherungsmessungen und Beprobungen für Trinkwasseranalysen durchgeführt. Es wurden dabei keine Veränderungen der Quelle festgestellt. Es dürfte sich also in diesem Abschnitt um einen isolierten Bergwasserkörper handeln, dem keine bekannten Quellaustritte zugeordnet werden können und der vom südlichen Abschnitt des Otterstocks abgetrennt ist. Wie die Trennschicht zu den südlich anschließenden verkarsteten Karbonatgesteinen des zentralen Otterstocks mit einem Bergwasserspiegel bei rund 690 M.ü.A. beschaffen ist, ist derzeit nicht bekannt. Sie wurde bisher weder erbohrt noch an der Geländeoberfläche angetroffen. Sie muss aber vorhanden sein, da ohne wirksame Trennung die eng benachbarten Bergwasserspiegel mit rund 90 m Höhenunterschied nicht erklärt werden können. Der Bergwasserkörper im zentralen Otterstock wurde mit der Bohrung KB-12/08 erschlossen. Die Durchlässigkeiten sind offensichtlich im Bereich des Bergwasserspiegels Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 181 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 bei rund 690 M.ü.A. sehr hoch, wie die deutlichen Verkarstungsaufweitungen von Klüften und Hohlräumen in dieser Teufe zeigten. Bei Bohrlochversuchen auf Tunnelniveau rund 200 m darunter zeigte sich das Karbonatgestein aber sehr undurchlässig im Bereich von 2 x 10-8 bis 2 x 10-10 m/s. Auch am Ostrand des Otterstocks nahe dem Einschnitt des Otterthaler Baches wurde ebenfalls eine Erkundungsbohrung abgeteuft (KB-18/07). Sie erschloss den Bergwasserspiegel in stark verkarsteten Karbonatgesteinen bei rund 677 M.ü.A., also rund 15 m tiefer als im trassennahen westlichen Otterstock. Es ist dies das gleiche Niveau wie die bei den Quellaustritten entlang dem Ostrand des Otters (FS121, FS136, FS137 usw.). Die Trinkwasserversorgung von Otterthal erfolgt zentral über 2 Quellfassungen (FS121, FS124) aus dem Otterstock. Die „Hansl-Quelle“ (FS121) ist am Fuß einer großen Bergsturzmasse aus der Ostflanke des Großen Otters gefasst. Die Schüttung schwankte im bisherigen Beobachtungszeitraum zwischen 1,5 und 7 l/s. Seit Spätherbst 2009 ist ein Datensammler eingebaut. Die „Quelle West“ (FS124) ist am Südrand des Großen Otters in einer Höhe von rund 700 M.ü.A. gefasst. Die Schüttung schwankte im bisherigen Beobachtungszeitraum zwischen 0,5 und 10 l/s. Seit Oktober 2008 ist ein Datensammler eingebaut. Stellvertretend für die Quellen aus dem Otterstock werden in der folgenden Abbildung 104 die Ganglinien von Schüttung und Leitfähigkeit der „Quelle West“ (FS124) dargestellt. Durch Aussinterungsvorgänge und elektronischer Probleme an der Leitfähigkeitssonde sind für den Parameter elektrische Leitfähigkeit Datenlücken vorhanden. 322 8.00 320 7.00 318 6.00 316 5.00 314 4.00 312 3.00 310 2.00 20 09 06 .0 7. 17 .0 5. 20 09 28 .0 3. 06 .0 2. 18 .1 2. 29 .1 0. 09 .0 9. 20 09 306 20 09 0.00 20 08 308 20 08 1.00 Elektrisch LF [µS/cm - korr. 25 °C] 9.00 20 08 Schüttung [l/s] und Wassertemperatur [°C] Gemeindequelle Otterthal-West FS124 Abbildung 104: Schüttung, elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur der Messstelle FS124 im Zeitraum Oktober 2008 bis Sommer 2009 - Datenloggeraufzeichnungen Auffallend ist der sehr starke Anstieg nach einem historischen Tief der Schüttung im Sommer 2007 mit 0,5 l/s auf ein ebenfalls noch nicht dagewesenes Maximum nach der Schneeschmelze im Frühjahr 2009 (Abbildung 105). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 182 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Gemeindequelle Otterthal-West FS124 8.0 7.0 Quellschüttung 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 01 .0 6. 20 09 13 .1 1. 20 08 27 .0 4. 20 08 10 .1 0. 20 07 24 .0 3. 20 07 05 .0 9. 20 06 17 .0 2. 20 06 0.0 Abbildung 105: Gesamte Schüttungganglinie der Messstelle FS124 im Zeitraum Mai 2006 bis Sommer 2009 Noch tiefer, im Bereich von 655-660 M.ü.A., liegen die starken Quellaustritte beim östlichen Auskeilen der Karbonatgesteine des Otterstocks am Beginn des Fuchsgrabens östlich von Raach. Hier, beim Ursprung des Fuchsgrabenbachs, liegt die gefaßte Fuchsgrabenquelle (FS300). Mit dem Fassungsbauwerk werden rund 15 l/s erschlossen. Mehr ist über die verwendeten Fassungsrohre nicht einzuleiten. Deshalb treten in der Umgebung der Fassung an zahlreichen Stellen weitere Quellen aus. Die Gemeinde Raach hat einen wasserrechtlich bewilligten Konsens zur Entnahme von rund 4,5 l/s aus der Quellfassung. Der Rest läuft zusammen mit den ungefaßten Austritten über den Fuchsgrabenbach ab. Rund 300m unterhalb der Fuchsgrabenquelle ist am Fuchsgrabenbach ein Datenlogger an der Abflussmessstelle (FS332) installiert. Das deutliche Gefälle des Bergwasserspiegels vom westlichen trassennahen Bereich des Otterstocks bei rund 690 M.ü.A. über die Austritte am Ostrand des Großen Otters bei rund 670 M.ü.A. bis zur Fuchsgrabenquelle beim östlichen Auskeilen der Karbonatgesteine des Otterstocks bei rund 655 M.ü.A. könnte ebenfalls auf Unterbrechungen oder dichtende Abtrennungen einzelner Bergwasser-Compartments, ähnlich wie in der Graßbergschuppe hinweisen. Der Otter-Stock besitzt entlang seiner Nordseite bis über die Schlaglstörung hinaus keine Oberflächengerinne. Nur entlang der Ostflanke des Großen Otters im Taleinschnitt des Raachthals zwischen Raach und Otterthal beginnt ein Überlaufgerinne, der Otterthaler Bach, das bei mehreren Quellaustritten (FS136, FS137, FS138) seinen Ursprung hat. In seinem weiteren Verlauf ist es abschnittweise verrohrt und im Ortsgebiet von Otterthal hart verbaut bis zur Mündung in den Trattenbach. Es durchläuft kurz nach seinem Ursprung einen kleineren (Feuchtenhofer) und nordwestlich von Otterthal mehrere große Fischteiche Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 183 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 (Hübner). Die Abflussmessstelle (FS128) wurde im Frühjahr 2008 zu einer DatenloggerMessstelle ausgebaut. Im SO ist der Otterstock durch das Tertiärbecken von Kirchberg begrenzt. Mit der Bohrung KB-53/06 wurde der Aufbau erschlossen. Die tertiäre Beckenfüllung besteht demnach bei Otterthal bis zu einer Tiefe von rund 120 m aus dichten Konglomeraten und führt nach derzeitigem Kenntnisstand kein Grundwasser. Nur in den obersten Metern ist in den Alluvionen ein lokal begrenzter, gering ergiebiger Porengrundwasserkörper ausgebildet. Wie die Wasserbilanzberechnungen zeigen, fehlt ein Teil des im Otterstock theoretisch ablaufenden Wassers. Die Auswertung von geophysikalischen Messungen entlang dem Otterthaler Bach geben Hinweise auf eine oberflächennahe Eindellung der dichten Tertiärbeckenfüllung in der Verlängerung der Bergsturzmasse aus der Ostflanke des Großen Otters (siehe Geologischen Berichtsband). Hier könnte ein unterirdischer Abfluss aus dem Bergwasserkörper des Otters über das Tertiärbecken zum Trattenbach erfolgen. Eine hydraulisch wirksame westliche Begrenzung des Otterstocks zum Sonnwendstein ist nicht gesichert. Die unterschiedlichen Austrittsniveaus der Quellen aus dem Otterstock und der Göstritzquelle am nordöstlichen Fuß des Sonnwendsteins lassen aber eine Trennung entlang dem Göstritzbach vermuten. Der südliche Abschnitt des Otterstocks zum Trattenbachtal hin, also seine Basis, wird von Abfolgen aus „Alpinem Verrucano“, Serizit-Phylliten und gipsführenden Gesteinen gebildet, die durch Abscherungen versetzt und verstellt sind. Mit der Bohrung KB-13/08 wurde dieser Abschnitt aufgeschlossen. Hydrogeologisch herrschen hier wieder weitgehend dichte Verhältnisse mit sehr geringer Durchlässigkeit im Bereich von 1 x 10-11 m/s und geringer Bergwasserführung vor. Allerdings sind Bergwässer wegen der gipshältigen Gesteine mit hohen Sulfatgehalten zu erwarten. Westlich des Otterstockes befinden sich die Karbonatgesteine des Sonnwendsteines und des Hirschenkogels. Diese Karbonatgesteine wurden durch die Errichtung des Semmering Scheiteltunnels im Rahmen des Projektes S6 Semmering Schnellstraße aufgefahren. Hydrogeologisch zeigt sich bei diesen Karbonatgesteinen, dass im Bereich des Sonnwendsteines sich die unterirdische Entwässerung nach Norden hin ausgerichtet hat, und hier am Kontakt zu den wasserstauenden Gesteinen der Keuperserie eine Reihe von Quellaustritten in Form von Überlaufquellen vorhanden sind. Ein teil dieser Quellen wird für Trinkwasserzwecke verwendet. Die größte dieser Quellen ist die sogenannte Göstritzquelle (Nr. 541 und 542) die aus einem gefassten und einem ungefassten Quellaustritt besteht. Die Pichlerquelle (Nr. 538) ist ebenfalls an dieses hydrogeologische System gebunden und tritt weiter westlich im Bereich des Ostportales des Semmering Tunnels aus. Beide Quellen stellen einen Teil der Trinkwasserversorgungsanlage der Gemeinde Schottwien dar. An beiden Quellen sind Datenlogger installiert, an welchen die Parameter Wasserstand, elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur kontinuierlich gemessen werden. Zudem erfolgten weiterführende Messungen an der Messstelle Übergabeschacht Greis am Ostportal des Semmering Tunnels, wo die gesamte im Tunnel anfallende Bergwassermenge in den Greisbach ausgeleitet wird. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 184 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Seit 1992 erfolgt in der Stollenfassung der Pichlerquelle eine kontinuierliche Aufzeichnung des Wasserstandes, seit dem Jahre 2000 liegen auch zusätzlich die Parameter elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur in hochauflösenden Zeitreihen vor. In Abbildung 106 sind die Daten der Pichlerquelle für den Beobachtungszeitraum 1992-2007 aus dem Bericht des ASFINAG dargestellt. Abbildung 106: Schüttungsganglinie der Pichlerquelle (538) für den Zeitraum Herbst 1992- Juli 2007, sowie Wassertemperatur und elektrische Leitfähigkeit für den Zeitraum 2000- Juli 2007 Gleiche Auswertungen liegen auch für die gefasste Göstritzquelle vor. Am ungefassten Austritt der Göstritzquelle erfolgen seit 1991 monatliche Messungen der Quellschüttung. Die Messung der Gesamtwassermenge aus dem Semmering Tunnel erfolgt im Bereich des Ostportals im Bereich Greis. Am Auslauf des Übergabeschachtes, über welchen die gesamten anfallenden Bergwässer abgeführt werden, wurde ein Messüberfall (siehe Abbildung 107 und Abbildung 108) errichtet (Arbeiten im Auftrag der ASFINAG). An diesem Messüberfall wurde ein Datenlogger installiert, wo in ¼-Stunden Intervallen Messungen des Wasserstandes (Schüttung), der elektrischen Leitfähigkeit und der Wassertemperatur stattfinden. Über eine Abflusshöhen-Wassermengen Beziehung werden die aufgezeichneten Wasserstände wie auch bei der gefassten Göstritzquelle und der Pichlerquelle in Schüttungen umgerechnet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 185 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 107: Übergabeschacht vor Einbau und Inbetriebnahme des Messwehrs Abbildung 108: Übergabeschacht bei geringeren Wassermengen und bei großem Wasserandrang In Abbildung 109 ist der Verlauf der anfallenden Bergwassermenge beim Tunnel Semmering graphisch dargestellt. Abbildung 109: Bergwassermenge Tunnel Semmering – übernommen aus hydrogeologischem Bericht der ASFINAG Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 186 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Für das gegenständliche 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Projekt werden diese Messungen und Aufzeichnungen weitergeführt, und stellen somit für die hydrogeologische Beweissicherung sehr wichtige Grunddaten dar, da die Messergebnisse bereits über lange Zeiträume vorliegen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 187 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 6.4 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tunnelabschnitt "Wechselgneis - Semmeringkristallin" 6.4.1 Wechselschiefer zwischen Otterstock und Trattenbachtal Der Abschnitt der Wechselschiefer im Bereich des Trattenbachtals südlich des Otterstocks wird durch weitgehend dichte Gesteine bestimmt. Die Bohrung KB-14/08 erbrachte auf Tunnelniveau -10 7 x 10 sehr geringe Durchlässigkeiten im Bereich von m/s. Die Entwässerung erfolgt hier zum überwiegenden Teil oberflächig über Bäche. Nur ein geringer Teil bildet lokal begrenzte Porengrundwasserkörper in der Hangschutt- und Verwitterungsschwarte dieses Gebietes aus. In den verstreuten Siedlungen bestehen zahlreiche Einzelversorgungen aus kleinen Quellfassungen derartiger oberflächennaher Grundwasserkörper. Die Schüttungen liegen durchwegs deutlich unter 1 l/s, die Leitfähigkeiten sind wegen des kristallinen Gesteinsbestandes eher niedrig. Stellvertretend werden in der folgenden Abbildung die Ganglinien von Schüttung und Leitfähigkeit der Quelle Angerler (FS181) dargestellt: 260 0.25 250 0.2 240 0.15 230 0.1 220 0.05 210 0 200 und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc FS181 10 22 .0 1. 24 .0 9. 27 .0 5. 27 .0 1. 08 29 .0 9. 01 .0 6. 02 .0 2. 05 .1 0. 07 .0 6. 07 07 07 .0 2. 10 .1 0. 12 .0 6. 12 .0 2. Abbildung 110: Schüttung Beobachtungszeitraum Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 0.3 09 270 09 0.35 09 280 08 0.4 08 290 07 0.45 06 300 06 0.5 06 Schüttung [l/s] Quelle Angerler Hinterotter Schüttung und elektr. LF im bisherigen Seite 188 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 6.4.2 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Wechselgneis und Wechselschiefer im Bereich Fröschnitzgraben Der große Abschnitt durch den Wechselgneis wird durch weitgehend dichte Gesteine bestimmt. Die Bohrungen KB-15/08 bis KB-21/08 auf niederösterreichischer Seite und KB22/08 und KB-23/08 auf der steirischen Seite wurden zur Erkundung dieses Abschnitts abgeteuft. Bohrlochversuche zeigten auf Tunnelniveau sehr geringe Durchlässigkeiten zwischen 3 x 10-8 und 5 x 10-11 m/s. Bei einzelnen Bohrungen wurden bis in große Tiefen artesische Wasserzutritte mit Druckhöhen über der GOK registriert. Die Fließraten lagen aber nur bei 12 l/min (KB-17/08). Ähnlich wie im vorigen Abschnitt der Wechselschiefer erfolgt die Entwässerung auch hier zum überwiegenden Teil oberflächig über Bäche. Nur ein geringer Teil des Niederschlags bildet lokal begrenzte Porengrundwasserkörper in der Hangschutt- und Verwitterungsschwarte dieses Gebietes aus. In den verstreuten Siedlungen bestehen zahlreiche Einzelversorgungen aus kleinen Quellfassungen derartiger oberflächennaher Grundwasserkörper. Die Schüttungen liegen durchwegs deutlich unter 1 l/s, die Leitfähigkeiten sind wegen des kristallinen Gesteinsbestandes eher niedrig. Stellvertretend werden in der folgenden Abbildung 102 die Ganglinien von Schüttung und Leitfähigkeit der Gemeindequellen Gruber und Trettler (FS400) dargestellt: 3 50 2.5 45 2 40 1.5 35 1 30 0.5 25 0 20 und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS400 10 22 .0 1. 24 .0 9. 27 .0 5. 09 27 .0 1. 29 .0 9. 01 .0 6. 02 .0 2. 07 05 .1 0. 07 .0 6. 07 07 07 .0 2. 10 .1 0. 12 .0 6. 12 .0 2. Abbildung 111: Schüttung Beobachtungszeitraum Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 55 09 3.5 09 60 08 4 08 65 08 4.5 06 70 06 5 06 Schüttung [l/s] Gem. Trattenbach Quellen Gruber+Trettler Schüttung und elektr. LF im bisherigen Auffallend sind die starken niederschlagsbedingten Schüttungsschwankungen, die durch das oberflächennahe Einzugsgebiet bedingt sind. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 189 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Nicht nur in den tieferen Teufenabschnitten der Bohrungen KB-22/08 und KB-23/08 haben die Durchlässigkeitsversuche in den Wechselgneisen sehr geringen Durchlässigkeiten ergeben. Auch die Versuche in den Bohrungen, die m Untergrund die Wechselschiefer aufschlossen zeigten dichte Verhältnisse. Vor allem auch innerhalb der Gesteinseinheiten der Wechselschiefer sind sehr viele, vor allem kleine und kleinste Quellaustritte vorhanden, was eindeutig darauf hinweist, das ein Großteil der Grundwässer nur sehr oberflächennah abfließt und keine großen Wassermengen tiefgründig entwässern. Die meisten Quellen weisen aufgrund ihrer geringen Schüttung auf kleine Einzugsgebiete hin. Dies wird auch durch die geringen elektrischen Leitfähigkeitswerte der höher gelegenen Quellwässer bestätigt. Die oberflächennahe Zirkulation wird auch durch die größtenteils niedrigen Wassertemperaturen (< 5°C) zur Zeit der Aufnahme belegt. Die Aufnahme erfolgte vorwiegend im Oktober / November 2005, wo die Lufttemperaturen um bzw. knapp über den Gefrierpunkt lagen. Im Zuge der hydrogeologischen Dauerbeobachtungsmessungen hat sich bislang gezeigt, dass speziell bei Schüttungsanstiegen es immer wieder zu Leitfähigkeitseinbrüchen gekommen ist, was ebenfalls auf oberflächennahe Entwässerungsdynamiken hinweisen lässt. Dies sei anhand der Quellen JRN461 für die Wechselschiefer und JRN 536 für die Wechselgneise graphisch dargestellt. JRN461 Quellschüttung und elektrische LF 160 0.6 0.5 Schüttung [l/s] 0.4 150 0.3 145 0.2 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 155 140 0.1 Leitfähigkeitseinbruch zur Zeit der Schneeschmelze und nach 09 21 .1 2. 09 23 .0 8. 09 25 .0 4. 08 26 .1 2. 08 28 .0 8. 08 135 30 .0 4. 01 .0 1. 08 0 Abbildung 112: Darstellung der Quellschüttung im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit der Quelle JRN461 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 190 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 JRN536 Quellschüttung und elektrische LF 0.6 90 80 0.5 Schüttung [l/s] 0.4 60 50 0.3 40 0.2 30 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 70 20 0.1 10 Leitfähigkeitseinbruch zur Zeit der Schneeschmelze 16 .1 2. 09 18 .0 8. 09 20 .0 4. 09 21 .1 2. 08 23 .0 8. 08 25 .0 4. 08 27 .1 2. 07 01 .0 5. 07 29 .0 8. 07 0 01 .0 1. 07 0 Abbildung 113: Darstellung der Quellschüttung im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit der Quelle JRN536 Im hinteren Abschnitt des Fröschnitzgrabens ist auch eine Abflussmessstelle des hydrogeologischen Dauermessprogramms samt Datenloggerausstattung situiert. Aufgrund der starken Geschiebeführungen wurde diese Messstelle bereits 2-mal verlegt. Dies deshalb, da sich nach Starkregenereignissen immer wieder Änderungen im Bachprofil ergaben. In der nachfolgenden Abbildung 114 ist dies anhand der Änderungen der registrierten Wasserstände verdeutlicht. Fröschnitz oben JRN 1084 40 Änderungen im Merssprofil durch Bachbetterosion 35 Wasserstand in cm 30 25 20 15 10 5 0 01.04.2006 30.06.2006 28.09.2006 27.12.2006 27.03.2007 25.06.2007 23.09.2007 22.12.2007 Abbildung 114: Verlauf der gemessenen Wasserspiegeldaten und Änderungen im Messprofil Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 191 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Derzeit befindet sich diese Messstelle im Bereich des Gasthof Postls. Die Daten des Wasserstandes und der Wassertemperatur werden in ¼- stündlichen Intervallen gemessen und vor Ort aufgezeichnet. Bei den monatlichen Messdurchgängen und Probennahmen werden an allen Datenloggermessstellen die Daten ausgelesen. Speziell im Winter entstehen immer wieder durch Eisbildungen Datenlücken, da einerseits die Sonden einfrieren und andererseits auch das Bachprofil oft nicht mehr zugänglich ist. Dies sei anhand der nachfolgenden Bildner veranschaulicht. Abbildung 115: Abflussmessstelle (JRN1084) an der Fröschnitz im Sommer und im Winter im Zeitraum 2007-2009 Abbildung 116: Neue Abflussmessstelle an der Fröschnitz (JRN1084) seit Herbst 2009 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 192 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 6.4.3 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Permomesozoikum und Deckengrenze im Bereich Fröschnitzgraben Entlang der Deckengrenze sind gut wasserwegige Karbonatgesteine eingeschaltet. Entlang diesen Einschaltungen sind verbesserte Wasserwegigkeiten im Untergrund vorhanden. Zudem zeigen Quellwässer, die an diese Karbonatgesteine gebunden sind, höhere elektrische Leitfähigkeiten an. Es zeigt sich aber, dass auch kurzfristig im Untergrund gespeicherte Grundwässer an der Quellschüttung dieser Quellen vorhanden sind. Die Quelle JRN483 ist am Grabenausgang des Longsgraben gelegen und entwässert offensichtlich Karbonatgesteine, die in diese Deckengrenze eingeschuppt sind; die vergleichbar hohen Leitfähigkeiten zeigen dies an. Der Rückgang der elektrischen Leitfähigkeit zum Zeitpunkt der Schneeschmelze 2009 (Abbildung 117) lässt kurz gespeicherte Abflusskomponenten vermuten. JRN483 Quellschüttung und elektrische LF 4.5 460 4 440 3.5 Schüttung [l/s] 3 400 2.5 380 2 360 1.5 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 420 340 1 320 0.5 Leitfähigkeitseinbruch zur Zeit der Schneeschmelze 15 .0 4. 10 16 .1 2. 09 18 .0 8. 09 20 .0 4. 09 21 .1 2. 08 23 .0 8. 08 25 .0 4. 08 27 .1 2. 07 29 .0 8. 07 300 01 .0 5. 07 01 .0 1. 07 0 Abbildung 117: Schüttungsganglinie der Quelle JRN483 im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit Weiter südlich dieser Quelle sind 3 weitere Quellen gelegen (JRN463-465), die ebenfalls erhöhte Leitfähigkeiten aufweisen und ebenfalls Karbonatgesteine entwässern. Die Quellen liegen seehöhenmäßig deutlich höher als die Quelle JRN483, weshalb hydraulisch abgekoppelte Entwässerungssysteme entlang der eingeschuppten Karbonatgesteine denkbar erscheinen. Für einige dieser Quellen, die an diese Karbonatgesteinseinschaltungen gebunden sind und in einer Nahelag zur geplanten Tunneltrasse liegen, können mögliche Auswirkungen nicht ausgeschlossen werden. Ersatzmaßnahmen durch Neufassung von lokalen Quellen bzw. Nutzung von bereits bestehenden Quellen werden für diese möglichen Auswirkungen in Frage kommen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 193 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Weiter grabenauswärts sind die verkarsteten Karbonatgesteine des Erzkogels gelegen. Diese Karbonatgesteine hängen nicht mit den Karbonatgesteinseinschaltungen im Bereich der Deckengrenze zusammen. An die Karbonatgesteine des Erzkogels sind 2 große Karstquellen gebunden. Die Erzkogelquelle stellt zudem einen teil der Trinkwasserversorgungsanlage der Gemeinde Spital am Semmering dar. Diese Quelle entspringt an der orographisch rechten Seite der Fröschnitz. Die andere Quelle ist die sogenannte Siebenbrunnquelle und entspringt an der orographisch linken Talseite. Die Siebenbrunnquelle ist gefasst und diente früher ebenfalls der Trinkwasserversorgung der Gemeinde Spital am Semmering. Wegen Qualitätsproblemen in Zusammenhang mit Trübungseinbrüchen musste diese Quelle vor Langem bereits von Netz genommen werden. Die Lage beider Quellen ist der Abbildung 118 zu entnehmen. In der Abbildung 119 und Abbildung 120 ist die unmittelbare örtliche Situation im Bereich der Fassungsanlage der beiden Quellen dargestellt. Abbildung 118: Lage der Erzkogelquelle und Siebenbrunnquelle, sowie des Einspeisungspunktes des durchgeführten Markierungsversuches aus dem Jahre 2008 Abbildung 119: Fassungsanlage der Erzkogelquelle orographisch rechts der Fröschnitz Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 194 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 120: Fassungsanlage der Siebenbrunnquelle orographisch links der Fröschnitz Aus Detailuntersuchungen 1994 war bekannt, dass das Einzugsgebiet der Erzkogelquelle am Erzkogel und vor allem im Dürrgraben zu suchen ist. Der Oberflächenabfluss des Dürrgrabens versickert zur Gänze beim Durchfließen der Karbonatgesteine. Ein Markierungsversuch hat eindeutig den Zusammenhang mit der Erzkogelquelle ergeben. Anschließend ist dies anhand einer vereinfachten geologischen Karte aus dem damaligen Projekt dargestellt. Die Siebenbrunnquelle war damals nicht im Beobachtungsprogramm. Abbildung 121: Markierungsversuch Dürrgraben – Erzkogelquelle aus dem Jahre 1994 Aus alten Aufzeichnungen der Siebenbrunnquelle ging hervor, dass bakteriologische Belastungen des Quellwassers immer wieder in Zusammenhang mit Trübungseinbrüchen standen. Da angedacht war, das Wasser der Siebenbrunnquelle durch entsprechende Adatierungsarbeiten wieder für Trinkwasserzwecke zu verwenden, wart es notwendig, entsprechende Detailuntersuchungen durchzuführen. Es wurde in der Quelle ein Datenlogger installiert, an welchem die Parameter Wasserstand, elektrische Leitfähigkeit, Wassertemperatur und Trübung in ¼-std. Intervallen gemessen und aufgezeichnet wurden. In Abbildung 122 sind die Umbauarbeiten und die erforderlichen Installationen dargestellt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 195 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 122: Einbau Messeinrichtungen Siebenbrunnquelle Im Sommer 2008 wurden zu mehreren Zeiten Trübungseinbrüche, die in Zusammenhang mit Starkniederschlagsereignissen einhergingen, gemessen und auch vor Ort beobachtet. Die Vermutung eines unmittelbaren Einflusses der Fröschnitz lag nahe. Am 4.8.2008 führten nachmittags Gewitterniederschläge zu einem starken Anstieg der Wasserführung in der Fröschnitz (siehe Abbildung 123). Zeitgleich wurden auch im Wasser der Siebenbrunnquelle Trübungen registriert. Eine Begehung vor Ort zeigte, dass sich durch die starke Wasserführung der Fröschnitz Fröschnitzwasser bis in die Quellstube zurückgestaut hatte. Jedoch wurde auch beobachtet, dass das zufließende Wasser am Quellzulauf in der Stollenfassung Trübungen aufwies. Abbildung 123: Abgemauerte Zutritt der Siebenbrunnquelle in der Stollenfassung, Rückstau infolge Hochwasser in der Fröschnitz, Hochwasser an der Fröschnitz vom 4.8.2008 Anhand der nachträglich ausgewerteten Datenloggerdaten kann beobachtet werden, dass bei deutlichen Schüttungsanstiegen auch immer Trübungseinbrüche registriert wurden. Zudem kann auch aus den Daten abgelesen werden, dass die Trübungseinbrüche nur sehr kurzfristig auftraten und meistens nach mehreren Stunden bis max. 1 Tag wieder abgeklungen waren. Ein Zusammenhang mit der Fröschnitz war auf Basis dieser Daten somit sehr wahrscheinlich. Aufgrund der raschen Trübungseinbrüche einhergehend mit Schüttungsanstiegen stellte sich die Frage, ob nicht generell ein ständiger Zusammenhang zwischen der Fröschnitz und dem Quellwasser der Siebenbrunnquelle besteht. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 196 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 124: Ganglinien von Wasserstand, elektrischer Leitfähigkeit und Trübung der Siebenbrunnquelle für den Zeitraum Juni bis August 2008 und dem Detailereignis vom 4.8.2008 Aus diesem Grund wurde im November 2008 ein Markierungsversuch an der Fröschnitz durchgeführt. In der Markierungsversuches nachfolgenden dargestellt. Darstellung Beprobt sind wurden die dabei Ergebnisse das Wasser dieses der Siebenbrunnquelle, der gefassten Erzkogelquelle und einer ungefassten Quelle, die in Nahelage zur Erzkogelquelle ebenfalls orographisch rechts situiert ist. Dabei ist sehr deutlich ablesbar, dass auch zu Niedrigwasserzeiten ein Zusammenhang zwischen der Fröschnitz und dem Quellwasser der Siebenbrunnquelle besteht. Da das zeitliche Auftreten des eingesetzten Farbstoffes (Uranin) bereits nach einigen Stunden erfolgte, war aus fachlicher Sicht zu empfehlen, das Wasser dieser Quelle in Zukunft nicht für Trinkwasserzwecke zu verwenden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 197 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 125: Ergebnisse des Markierungsversuches Fröschnitz-Siebenbrunnquelle-Erzkogelquellen An den beiden anderen Quellen (gefasste und ungefasste Erzkogelquelle) wurde kein Farbstoff nachgewiesen. Durch den unmittelbaren Tunnelvortrieb besteht keine Gefahr einer Auswirkung auf diese Quellen. Der Transportweg in den Fröschnitzgraben (Zwischenangriffspunkt Schacht Fröschnitzgraben, Deponie Longsgraben, ..) wird jedoch durch das Einzugsgebiet und der Schutzzone II der bestehenden Erzkogelquelle geführt. Aus diesem Grund wurde aus fachlicher Sicht empfohlen, zur Zeit der Errichtung des Transportweges das Wasser der Erzkogelquelle aus Sicherheitsgründen vom Netz zu nehmen. Zudem sind technische Vorkehrungen bei der Straßenerrichtung vorzusehen, sodass ein für die Trinkwasserversorgung sicherer Transport über diese Straße geführt werden kann. 6.4.4 Semmeringkristallin - Gneis-Grüngesteins-Folge (Bereich Hocheck) In der Gneis-Grüngesteins-Folge sind zumindest oberflächennah etwas bessere Wasserwegigkeiten im Festgesteinsuntergrund zu erwarten wie in den Wechseleinheiten und der nachfolgenden Glimmerschiefer-Folge. In den tiefen Abschnitten auf Trassenniveau haben jedoch die Bohrlochversuche gezeigt, dass mit sehr schlechten Durchlässigkeiten zu rechnen ist. Somit ist auch davon auszugehen, dass ein Großteil der unterirdischen Entwässerung nur sehr oberflächennah stattfindet. Auswirkungen des Tunnelvortriebes in dieser Gesteinsfolge bis an die Oberfläche werden aufgrund der geringen Durchlässigkeiten und der hohen Tunnelüberlagerungen nicht erwartet. Im Zuge von detaillierten Profilmessungen am Kaltenbach im Winter hat sich gezeigt, dass die an der orographisch rechten Talseite zutretenden Wässer etwas höhere Mineralisierungen aufwiesen als diejenigen Wässer, die an der orographisch linken Talseite, Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 198 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 also bereits aus den Einzugsgebieten der Glimmerschiefer-Folge, zutreten. Der Grund dafür dürfte im unterschiedlich lithologischen Aufbau der Gestein zu suchen sein, so ist der CalcitDolomit-Gehalt in der Gneis-Grüngesteins-Folge höher als in der Glimmerschiefer-Folge. Die im Vergleich dennoch gering mineralisierten Wässer benötigen nicht zwingend einen Zusammenhang mit mächtigeren Karbonatgesteinen. Im vorderen Abschnitt des Kaltenbaches ist auf der orographisch rechten Seite die Quelle JRN878 situiert. Für die oberflächennahe Entwässerung sprechen auch hier erneut die Leitfähigkeitseinbrüche infolge von Schüttungsanstiegen (siehe Abbildung 126). JRN878 Quellschüttung und elektrische LF 0.8 110 0.7 105 Schüttung [l/s] 100 0.5 0.4 95 0.3 90 Eletr. Leitfähigkeit [µS/cm] 0.6 0.2 85 0.1 Leitfähigkeitseinbruch zur Zeit der Schneeschmelze und nach Starkregenereignissen 10 18 .0 3. 09 18 .1 1. 09 21 .0 7. 09 23 .0 3. 08 23 .1 1. 08 26 .0 7. 08 28 .0 3. 07 80 29 .1 1. 01 .0 8. 07 0 Abbildung 126: Darstellung der Schüttungs- und LF Ganglinie der Quelle JRN878 Im hintersten Abschnitt des Kaltenbaches ist an der Quelle JRN814, der Wasserversorgung des Alois-Günther-Hauses, ein Datenlogger installiert. Die gemessenen Daten zeigen, dass es in den Wintermonaten immer wieder zu einem Trockenfallen der Quelle kommt. Die sehr geringen Leitfähigkeiten zeigen auch an, dass die Quellwässer nur sehr kurz im Untergrund gespeichert sein können, was auch durch das Verhältnis Schüttungsminimum zu Schüttungsmaximum belegt ist. Sehr wichtig aus Beweissicherungsgründen ist, dass bereits vor Baubeginn, diese Quelle aus natürlichen Gründen trocken fällt. In der nachfolgenden Abbildung 127 sind die entsprechenden Ganglinien graphisch dargestellt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 199 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Quelle, Alois Günther-Haus 30 0.80 0.70 Schüttung [l/s] 0.60 20 0.50 0.40 0.30 10 0.20 0.10 .2 00 9 .0 7 06 .0 3 28 .1 2 18 .2 00 .2 00 8 .2 00 8 .0 9 09 .0 6 01 .0 2 22 .1 1 14 .2 00 8 .2 00 7 .2 00 7 .2 00 7 06 .0 4 28 .0 1 18 .1 0 10 .0 8 .2 00 7 .2 00 6 .2 00 6 .2 00 .0 7 02 9 0 8 0.00 Elektrisch LF [µS/cm - korr. 25 °C] & Wassertemp. [°C] 0.90 Abbildung 127: Quelle JRN 814 – Wasserversorgung Alois-Günther-Haus, Ganglinien der Schüttung, elektrischen Leitfähigkeit, und Wassertemperatur Am Grabenausgang in Spital knapp vor der Einmündung des Kaltenbaches in die Fröschnitz wurde eine Abflussmessstelle mit Datenloggerausstattung errichtet. In der nachfolgenden Abbildung ist die Schüttungsganglinie des Kaltenbaches graphisch dargestellt. Wie auch bei den anderen Oberflächenabflussmessstellen sind die Spitzenwassermengen mit gewissen Unsicherheiten behaftet, da die Schlüsselkurve (Wasserstand-Abflussbeziehung) in den sehr hohen Wasserstandsbereichen meistens nicht durch Messungen abgedeckt ist. Ebenso können auch im Winter durch Eisstau und mitgeführte Schneemassen Unsicherheiten in den Aufzeichnungen und nicht korrigierbare Wasserstände vorhanden sein. Kaltenbach 450 400 350 Schüttung [l/s] 300 250 200 150 100 50 Abbildung 128: Abflussganglinie Messstellennummer JRN1082 und Messstellenbild am 18 .1 2. 20 08 08 09 .0 9. 20 08 .0 6. 20 01 .0 2. 20 08 07 .1 1. 20 22 06 14 .0 8. 20 07 28 .0 4. 20 07 18 .0 1. 20 06 10 .1 0. 20 06 02 .0 7. 20 06 .0 3. 20 24 07 0 Unterlauf Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc des Kaltenbaches mit der Seite 200 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 6.4.5 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Semmeringkristallin - Glimmerschiefer-Folge (Bereich Hühnerkogel) Innerhalb der Gesteine der Glimmerschiefer-Folge ist aus hydrogeologischer Sicht davon auszugehen, dass der überwiegende Anteil des Grundwassers nur sehr seicht und oberflächennah abfließt. Sehr tiefe Entwässerungsbahnen im Festgesteinsuntergrund werden nicht erwartet. Die Durchlässigkeitsversuche in den Bohrungen haben auf Trassenniveau dichte Verhältnisse erbracht. Im Einzugsgebiet des Kaltenbaches in den Gesteinseinheiten der Glimmerschiefer-Folge ist u.a. die Sonnwinkelquelle JRN921 gelegen, die die Trinkwasserversorgung für eine Reihe von Häusern im Kaltenbachgraben darstellt. Im Sammelbehälter dieser Quelle wurde ein Datenlogger installiert, um die Parameter Wasserstand, Wassertemperatur und elektrische Leitfähigkeit kontinuierlich zu messen. Der Quellzulauf und der Ablauf in das darunter situierte große Quellbassin liegen unter Wasser (siehe Abbildung 129). Abbildung 129: Sammelbehälter der Sonnwinkelquelle JRN921 Dadurch kommt es immer wieder zu Überstauphänomenen von mehreren cm, die die Erstellung eines Pegelschlüssels sehr erschweren. Anhand der Abbildung 130 soll gezeigt werden, wie rasch die Quelle auf Starkregenereignisse reagiert Diese lässt sich dahingehend interpretieren, dass zumindest ein großer Anteil des Quellewassers nur sehr kurzfristig im Untergrund gespeichert wird, und nach kurzer Fließzeit bereits am Quellstandort wieder zum, Austritt gelangt. Entsprechend schlechte Speichereigenschaften für Grundwässer können in diesen Bereich abgleitet werden. Zudem kann weiters prognostiziert werden, dass in Bereichen, in denen derartige Gesteine vom Tunnel aufgefahren werden, kaum nennenswerte Bergwasserzutritte bestehen werden und darüber hinaus auch keine Auswirkungen an der Oberfläche zu erwarten sind. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 201 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Sonnwinkelquelle 98 96 17 15 94 13 92 11 Einfluss Starkregenereigniss September 2007 9 90 88 7 5 01.06.2006 El. LF in µS/cm - korr. 25 °C Wasserstand in cm bzw. Wassertemp. in °C 19 86 30.08.2006 28.11.2006 26.02.2007 Temp. Pegel 27.05.2007 25.08.2007 23.11.2007 21.02.2008 Leit. Abbildung 130: Sonnwinkelquelle (JRN921) – Verlauf der korrigierten Wasserstandsganglinie mit dem Verlauf der Wassertemperatur und der elektrischen Leitfähigkeit Sehr interessante Austritte in Form von Drainagen befinden sich direkt in Spital am Semmering im Schuttkörper des Kaltenbaches. Diese haben in Summe für kristalline Abschnitte hohe Schüttungen, und weisen sehr hohe Gesamtmineralisierungen auf. Bei derart hohen Gesamtmineralisierungen bei elektrischen Leitfähigkeiten von > 700 µS/cm können geogen nur in Zusammenhang mit Karbonatgesteinen erklärt werden. Die hydrochemischen Analysen erbrachten hohe Gehalte an Calcium, Hydrogenkarbonat und auch Sulfat. Das Wasser der Fröschnitz zeigte bei Profilmessungen im Jänner 2009 knapp vor diesen Zutritten elektrische Leitfähigkeiten von etwa 335 µS/cm. Abbildung 131: Überblickssituation Drainageaustritte Spital – Schwemmfächer Kaltenbach Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 202 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Als mögliches Herkunftsgebiet kommen einerseits die Karbonatgesteine in Betracht, die östlich von Spital im Bereich des Hasentales unter das Semmering Kristallin abtauchen. Diese Karbonatgesteine wurden ja in den Bohrungen KB-30/08 und KB-31/08 im Untergrund angetroffen. Aufgrund dieser Tatsache wurde die Trasse nach Süden verschwenkt, um diese wasserführenden Karbonatgesteine zu umgehen. Andererseits kommen aber auch die Karbonatgesteine als mögliches Einzugsgebiet in Frage, die im Bereich Steinhaus-Spital innerhalb der Keuperserie eingeschuppt sind. Unmittelbar nordöstlich dieser Drainageaustritte stehen Karbonatgesteine an. Die erhöhten Sulfatgehalte würden für ein Einzugsgebiet in diesem Bereich sprechen. Für die Linienführung des Tunnels bedeutet das Verschwenken nach Süden auf Basis des angefertigten geologischen Modells, dass die derzeitige Trasse diese Karbonatgesteine im Untergrund nicht antreffen wird. Hinsichtlich der detaillierten geologischen Situation und der tektonischen Modellvorstellung für diese Karbonatgesteine sei auf den geologischen Bericht (5510-EB-5000AL-00-0001-E01) verwiesen, der in einem eigenen Kapitel darauf eingeht. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Kristallingebiete durch sehr oberflächennahe Wasserzirkulation gekennzeichnet sind. Tiefzirkulierende, auf Trassenniveau reichende größere Grundwassersysteme sind nicht zu erwarten. Die oberflächennahe Entwässerung ist teilweise auch im Zusammenhang mit kleinräumigen Massenbewegungen zu sehen. Dies kann vor allem im Bereich nördlich von Hinterleiten zur Fröschnitz hin festgestellt werden. 6.5 6.5.1 Tunnelabschnitt Grautschenhof Semmeringkristallin - Grobgneis und Querung Fröschnitztal Der Porengrundwasserkörper im Bereich des Fröschnitztales besitzt aufgrund der schlechten Durchlässigkeiten keine nennenswerte wasserwirtschaftliche Bedeutung. Innerhalb der Gesteine der Grobgneisfolge muss mit tiefer reichenden Auflockerungen und dadurch verbesserten Wasserwegigkeiten im Untergrund gerechnet werden. Mögliche hydraulische Zusammenhänge zwischen dem Porenaquifer und einem darunter vorhandenen Kluftaquifer sind nicht zur Gänze ausgeschlossen. Sollten hydraulische Zusammenhänge bis auf Trassenniveau bestehen, so werden diese nur sehr lokal prognostiziert. Einerseits können geringfügige mögliche Auswirkungen in der unmittelbaren Querung des Fröschnitztales (im Bereich der Grundwassermessstelle KB-35/08) nicht ausgeschlossen werden, andererseits können auch Auswirkungen auf Quellen im Bereich des Unterlaufes des Sommeraugrabens und unmittelbar westlich im Bereich der Trasse nicht ausgeschlossen werden. Nach der endgültigen Festlegung der Trasse wurde der Datenlogger am Auersbach abgebaut und im September 2009 am Unterlauf des Sommeraugrabens (siehe Abbildung 132) installiert. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 203 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 132: Lage der Oberflächenabflussmessstelle am Sommeraubach 6.5.2 Permomesozoikum und Semmeringkristallin im Bereich Mürzzuschlag Für die Beschreibung des Abschnittes nach der Querung des Fröschnitztales bis in den Portalbereich Mürzzuschlag (Karbonatbereich I - Bezeichnung im Projekt Errichtung Pilotstollen) kann aus fachlicher Sicht bereits auf die Erkenntnisse aus dem Begleitstollen zurückgegriffen werden. Während sich das Semmering Kristallin (Quarzphyllite) in diesem Abschnitt erwartungsgemäß hydrogeologisch problemlos (geringe Bergwasserzutritte) erwiesen hat, mussten in den verkarsteten Karbonatgesteinen mit großen Bergwassermengen umgegangen werden. Im Bereich der Querung des Wallersbachgrabens musste in den Karbonatgesteinen (Karbonatbereich II) eine Filterbrunnennische I errichtet werden, um ein weiteres Vortreiben in den stark wasserführenden Karbonatgesteinen zu ermöglichen. Nach der Durchörterung dieser Karbonatgesteine des Karbonatbereiches II wurden erneut dichte phyllitische Gesteine aufgefahren. Karbonatgesteine In weiterer (Karbonatbereich Folge III) wurden jedoch angetroffen. Durch erneut die wasserführende Errichtung der Filterbrunnennische II bei Station 3240 m war es im Pumpbetrieb wie auch im Bereich der Querung Wallersbach möglich, den Bergwasserspiegel innerhalb dieser Karbonatgesteine deutlich unter das Stollenniveau abzusenken. Aufgrund der langjährigen Untersuchungen und Messungen ober- und untertage kann ausgesagt werden, dass die beim Begleitstollen angetroffenen Karbonatbereich I-III hydraulisch gesehen in Verbindung stehen. In der nachfolgenden Abbildung 133 sind die Reaktionen der Bergwasserspiegellagen in den Karbonatbereichen II und III auf unterschiedliche Pumpbetriebe dargestellt. Ein durch Drosselung bzw. Ausschalten der Pumpen einer Brunnenfilternische durchgeführte Verringerung der Pumpmenge zeigt eindeutige hydraulische Reaktionen in beiden Karbonatbereichen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 204 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Pegelstände Pilotstollen Semmering 655 Seehöhe Bergwasserspiegel [m] 650 P 2785 - Karbonatbereich II P 3240 - Karbonatbereich III 645 640 635 Aufspiegelversuch Jänner 1999 630 625 620 Aufspiegelversuch August 1998 615 610 605 15.04.98 06.05.98 27.05.98 17.06.98 08.07.98 29.07.98 19.08.98 09.09.98 30.09.98 21.10.98 11.11.98 02.12.98 23.12.98 13.01.99 03.02.99 24.02.99 17.03.99 Abbildung 133: Zeitlicher Verlauf des Bergwasserspiegels in den Karbonatbereichen II und III während der beiden Aufspiegelversuche Die Karbonatgesteine, die nördlich von Mürzzuschlag-Spital am Semmering-Steinhaus anstehen, kommen als Einzugsgebiet dieser Wässer in Frage. Als Auswirkung auf die Bergwasserzutritte in den Begleitstollen ist prognosegemäß die Edlachquelle trocken gefallen. Ebenso kam es im Portalbereich Mürzzuschlag zu einer Tieferlegung des Grundwasserspiegels, was die zusammenhängenden hydraulischen Systeme bestätigt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass bereits vor Errichtung des Begleitstollens der Flurabstand im Portalbereich Mürzzuschlag 10 Meter und darüber betrug. An allen anderen Messstellen des hydrogeologischen Beweisscherungsprogramms ist keine Auswirkung bisher beobachtet worden. Vor allem innerhalb der kristallinen Gesteine (Quarzphyllite) traten keine Auswirkungen an der Oberfläche auf. Dieser Umstand ist für den gesamten Abschnitt innerhalb der Kristallingesteine von Bedeutung, da durchaus geschlossen werden kann, dass auch bei der Errichtung der Trasse Semmering-Basistunnel neu keine massiven und vor allem weitreichenden Auswirkungen an der Oberflächen zu erwarten sind. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 205 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 7 7.1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 HYDROGEOLOGISCHE PROGNOSE Hydrogeologische Prognose Semmering-Basistunnel neu – Grundlagen, Prognose der anfallenden Bergwassermengen, Auswirkungen an der Oberfläche und Ersatzwasserversorgungen Bei der hydrogeologischen Prognose der einzelnen Gebirgsbereiche in Hinblick auf die zu erwartenden Bergwassermengen werden einerseits Erfahrungen aus anderen Tunnelbauten herangezogen, und andererseits die Daten der Wasserbilanz als Basis verwendet. Vor allem die Errichtung des Begleitstollens zeigte innerhalb der phyllitischen Gesteine, dass nur sehr untergeordnet Bergwasser angetroffen wurde. Die maßgeblichen Kluftwasserzutritte waren generell in Größenordnungen < 0,1 l/s, und sind über weite Strecken im Laufe der Jahre trocken gefallen. Diejenigen wenigen noch verfügbaren Bergwasserzutritte in den kristallinen Gesteinsabschnitten im Begleitstollen haben derzeit mittlere Schüttungen in der Größenordnung von ~ 0,005 l/s. Da in gleichen bzw. sehr ähnlichen Gesteinseinheiten bereits Tunnelvortriebe am Semmering erfolgten, erscheint es aus fachlicher Sicht durchaus zulässig, Analogieschlüsse auf die neue Trasse zu ziehen. Über weite Strecken werden dabei in den Abschnitten der kristallinen Festgesteine kaum große Bergwassermengen anfallen. Die großen Bergwassermengen und auch sehr großen Spitzenwasserzutritte werden innerhalb der karbonatischen Festgesteine prognostiziert. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass hydrogeologische Prognosen, vor allem die Angabe der Größenordnungen von Spitzenzutritten, immer mit gewissen Unsicherheiten behaftet sein werden. Vor allem bei großen Tunnelüberlagerungen sind mitunter auch große Unsicherheiten gegeben. Aus hydrogeologischer Sicht wird daher dringend empfohlen, in denjenigen Bereich, wo mit verstärkten Bergwasserzutritten zu rechnen ist, auch entsprechende Vorerkundungen vom Vortriebsbereich aus durchzuführen. Entsprechend lange Vorbohrungen in den kritischen Tunnelabschnitten sollen einerseits helfen, wasserführende Zonen bestmöglich zu detektieren und zu untersuchen, und andererseits können dadurch auch bereits Vorentlastungen hinsichtlich Bergwasserdruck und Bergwassermenge stattfinden. Zudem sind aus dem Vortrieb heraus auch vorauseilende Injektionsmaßnahmen in kritischen Bereichen geplant, die bereits vor Auffahren der Strecken eine vorauseilende Verringerung der Durchlässigkeiten zum Ziel haben. Aus hydrogeologischer Sicht bedeutet dies, dass dadurch eine Verringerung der anfallenden Bergwassermengen erreicht wird. Sehr wesentlich auch für die Aussagen in Hinblick auf hydrogeologische Auswirkungen an der Oberfläche sind ebenfalls die Ergebnisse der Tunnelvortriebe am Semmering in der Vergangenheit zu bewerten. So zeigte sich, dass beim Begleitstollen außerhalb der Karbonatgesteine keine Auswirkungen bisher auftraten. Lediglich die Edlachquelle als Überlaufquelle aus verkarsteten Festgesteinen und die Grundwasserspiegellagen im Portalbereich Mürzzuschlag (ebenfalls innerhalb von verkarsteten Festgesteinen) haben die prognostizierten Auswirkungen gezeigt. Somit wird auch für die neue Trasse innerhalb der kristallinen Festgesteine mit fast keinen Auswirkungen an der Oberfläche gerechnet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 206 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Lediglich in Bereichen mit geringen Tunnelüberlagerungen, in Verbindung mit besser durchlässigen Gneisen und entlang von Störungszonen bei ebenfalls geringeren Tunnelüberlagerungen können jedoch nur sehr lokal mögliche Auswirkungen nicht ausgeschlossen werden. Nicht nur für die Bewertung hinsichtlich möglicher Auswirkungen an der Oberfläche, sondern auch für technische Fragestellungen ist die Menge und Zusammensetzung des anfallenden Bergwassers von großer Bedeutung. Um von planerischer Seite bestmöglich verschiedene Szenarien betrachten zu können wurde daher versucht, die hydrogeologische Prognose in enge Abschnitte auf Basis der Gebirgsabschnitte zu unterteilen. Es wurden diejenigen Mengen prognostiziert, die in Beharrung bei quasi stationären Bedingungen ohne Zusatzmaßnahmen (Injektionen) erwartet werden. Zusätzlich wurden auch Prognosen über die Größenordnungen der zu erwartenden Spitzenwasserzutritte durchgeführt. Nachfolgende wird beschrieben, auf welcher Basis die Prognose der Bergwassermengen erfolgte. Hydrogeologische Angaben im geologischen Längenschnitt Im geologischen Längenschnitt sind für die entsprechenden Gebirgsbereiche die prognostizierten mittleren Bergwassermengen im Beharrungszustand ohne Reduktionen durch technische Maßnahmen (Injektionen) angegeben. Zudem wurden auch Angaben über die Größenordnungen der zu erwartenden Spitzenwasserzutritte gemacht (dies erfolgte im geologischen Längenschnitt einerseits textlich als auch durch Vergabe der Kennzeichnungen a-d [a=0 bis < 5 l/s; b=5 bis < 20 l/s; c=20 bis < 150 l/s; .d= >150 l/s]). Gemeinsam mit den Tunnelplanern wurde festgelegt, dass der unmittelbare Vortriebsbereich (bis etwa 50 m hinter der Ortsbrust) als maßgeblicher Abschnitt für den Spitzenwasserzutritt angesehen wird. In einer eigenen Spalte wurden die Spitzenzutritte hinsichtlich ihres zeitlichen Auslaufverhalten (temporär/stationär) prognostiziert. Als Größenordnung für die Prognose der temporären Spitzenwasserzutritte wurde ebenfalls gemeinsam mit der Tunnelplanung festgelegt, dass bei temporären Spitzenwasserzutritten der Rückgang der Bergwassermenge relativ rasch innerhalb einiger Tage bis etwa 1 Monat erfolgt und der Rückgang um etwa einen Faktor 10 und drüber liegt. Zusätzlich wurde auch eine Unterteilung hinsichtlich der Gebirgsdurchlässigleiten durchgeführt, wobei dies nur orientierend und beschreibend anhand von drei Kategorien (generell schlecht, generell schlecht [lokal begrenzt gut], generell gut) erfolgte. Klassenunterteilungen anhand von kf-Werten udgl. liegen diesen allgemein beschreibenden Ausführungen nicht zugrunde. Prognose der anfallenden Bergwassermenge aus dem Trassenauswahlverfahren Bereits im Trassenauswahlverfahren wurde dem Umstand der hydrogeologischen Prognose der in Beharrung anfallenden Bergwassermenge große Bedeutung beigemessen. Anhand der hydrogeologischen Rahmenbedingungen, Erfahrungen aus den Tunnelprojekten Semmering-Basistunnel alt (Begleitstollen) und den Tunnelprojekten S6 Semmering Schnellstraße (Tunnel Spital, Tunnel Steinhaus und Semmering Scheiteltunnel), den Ergebnissen des laufenden hydrogeologischen Monitorings, Erfahrungen aus anderen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 207 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tunnelprojekten, wurde für die Tunneltrassen die Bergwassermenge für die Betriebphase ermittelt. Generell kann im Untersuchungsabschnitt aus hydrogeologischer Sicht eine Zweiteilung von wasserführenden Festgesteinen erfolgen. Sehr gut wasserwegige Gesteine und schlecht wasserwegige Gesteine. Als sehr gut wasserwegige Gesteine, in welchen auch mit z.T. großem Bergwasserandrang zu rechnen sein wird, sind die Karbonatgesteine und Quarzite anzusprechen. Die übrigen Gesteinseinheiten sind generell als mäßig bis schlecht wasserwegig anzusprechen. Für die Prognose der zutretenden Wassermengen innerhalb der Karbonatgesteine und Quarzite wurden in einem ersten Schritt aus geologisch/tektonischer und hydrogeologischer Sicht die Größe des maßgeblichen Einzugsgebiets und dessen mittlere Seehöhe für die möglichen Bergwasserzutritte ermittelt. Für die nicht karbonatischen Gesteinseinheiten wurde aufgrund der hydrogeologischen Modellvorstellung der eher schlecht bis geringen Wasserdurchlässigkeit ein Bereich entlang der Tunneltrasse an der Oberfläche deutlich geringerer Erstreckung festgelegt (500 m zu beiden Seiten der Trassenführung – ergibt einen 1 km breiten Streifen). Als zweiter Schritt wurden für alle maßgeblichen Einzugsgebiete seehöhenabhängig die MQ (Mittelwasser) und MoMNQ-(mittlerer monatlicher Niedrigwasserabfluss) Werte ermittelt. Der MoMNQ-Wert kann größenordnungsgemäß als Maß für die mittlere Grundwasserneubildung herangezogen werden.(Ausgangsbasis ist ein Bericht von Joanneum Research - "Wasserversorgungsplan Steiermark" - erstellt im Auftrag der Steiermärkischen Landesregierung, BENISCHKE et al, 2002). Da jedoch innerhalb der großen Karbonatgesteinsabschnitte kaum ein nennenswerter Oberflächenabfluss vorliegt, wurde festgelegt, dass für die mittlere Grundwasseranreicherung der MQ-Wert verwendet wird, anstelle des sonst üblichen MoMNQ-Wertes. Die MQ-Verteilung wurde aus einer Studie von Joanneum Research übernommen, die am Beispiel des Wallersbachgrabens ermittelt wurde. Die MoMNQ- und die MQ-Werte wurden seehöhenmäßig GIS gestützt auf das gesamte Untersuchungsgebiet übertragen. Dies war ein Ansatz, größenordnungsmäßig die Grundwasserneubildung in den betrachteten Einzugsgebieten abzuschätzen. Neben der Prognose der anfallenden Bergwassermenge auf Basis der flächigen MQ-Werte und der MoMNQ-Werte wurde zusätzlich auch eine seehöhenabhängige Niederschlagsverteilung auf Basis von Daten von Messstellen aus dem Raum Semmering erstellt. Für den steirischen Abschnitt liegen für das Untersuchungsgebiet keine ausreichend genauen Daten von offiziellen Niederschlagsmessstellen vor. Als Basis für den steirischen Abschnitt diente die Niederschlagsmessstation Mürzzuschlag, und es wurde daher ausgehend von den Messwerten der Station Mürzzuschlag eine Zunahme der Niederschlagsmenge mit der Seehöhe in der Größenordnung von 50 mm / 100 m SH angenommen. Zudem wurde eine einheitliche Evapotranspirationsrate (ET) von 40 % im Untersuchungsraum angenommen. Diejenigen danach zur Verfügung stehenden Wassermengen aus der Berechung nach der Niederschlagsverteilung abzüglich der ET weisen höhere Werte auf, als nach der Berechnung der MQ Verteilung. Für die Prognose der anfallenden Bergwassermenge in den Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 208 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 karbonatischen Einzugsgebieten wurde einheitlich festgelegt, dass 75% der zur Verfügung stehenden Wassermenge für den Tunnelzufluss herangezogen wird. Es wurden die Wassermengen nach beiden Berechnungsverfahren ermittelt und diese Werte wurden als Größenordnung für die anfallenden Bergwassermengen angegeben. Für die Berechnung der anfallenden Wassermengen innerhalb der übrigen, mäßig bis gering wasserwegigen Gesteine wurden auf Basis der Kenntnis der hydrogeologischen Situation für den Tunnelzufluss in Betracht kommende Einzugsgebiete betrachtet, innerhalb derer Grundwässer zum Tunnel gelangen können. In diesen findet die Grundwasserführung hauptsächlich in den oberflächennahen Bereichen statt. Nur ein untergeordneter Anteil der Grundwasserneubildung in diesen Gebieten kann auch in den Tunnel zufließen. Aus einer Regionalstudie der JR-WRM "Wasserversorgungsplan Steiermark" (erstellt im Auftrag der Steiermärkischen Landesregierung) wurde die MoMNQ-Verteilungen auf das Gebiet Semmering übertragen. Im Verschnitt mit den jeweiligen Einzugsgebietsflächen und der seehöhenmäßig abhängigen Grundwasserneubildungsrate wurden für diese Gebiete die Wassermengen angeschätzt, wobei größenordnungsmäßig 5 – 20% der Grundwasserneubildungsrate angesetzt wurden. Diese Wassermengen (siehe Tabelle 20) wurden auch in den weiteren Planungsphasen verwendet, wobei aus fachlicher Sicht die Prognosen als eher pessimistisch eingestuft werden. Prognose der anfallenden Bergwassermenge – Vergleich Prognose Trassenauswahlverfahren mit Daten der Wasserbilanz Als ein Ergebnis der Abflussentstehungsmodellierung ist auch die Angabe der Wasserbilanzparameter zu nennen. Dabei wurde versucht, die Grundwasserneubildung anhand von kalibrierten Einzugsgebieten weiter aufzuschlüsseln (Detailausführungen dazu siehe Kapitel Abflussenstehungsmpodellierung-Wasserbilanz). Somit stehen aus den einzelnen Einzugsgebieten für die Neubetrachtung der Prognose der anfallenden Wassermengen beim Tunnelvortrieb kalibrierte Daten zur Verfügung. In einem weiteren Schritt wurden nun die aus der Wasserbilanz errechneten Daten den hydro-geologischen Einzugsgebietesgrößen gegenübergestellt. Weiters wurde nun festgelegt, dass für die karbonatischen Einzugsgebiete 50% bzw. 75 % der Grundwasserneubildungsrate (wurde mit 20 l/s/km2 sehr hoch angeschätzt - pessimistischer Ansatz) als mögliche Größenordnung für die beim Tunnelvortrieb zutretende Wassermenge angesehen wird. Für die nichtkarbonatischen Einzugsgebiete werden die Werte mit 5% bzw. 20 % der Grundwasserneubildungsrate als mögliche Größenordnung angesehen, was für kristalline Festgesteine in Verbindung mit hohen Überlagerungen ebenfalls als eher pessimistisch angesehen werden kann. Zusätzlich wurde in den Einzugsgebieten auch über den BFL2 (tiefer langgespeicherter Anteil der Grundwässer) Berechnungen durchgeführt. Für die karbonatischen Einzugsgebiete wurde der BFL2 mit 75 % der Grundwasserneubildung angeschätzt, da davon ausgegangen werden kann, dass nicht in dem betrachteten Einzugsgebiet das gesamte länger gespeicherte dem Tunnel zufließen wird. Auf Basis dieser Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 209 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Daten verbunden mit den Einzugsgebietsgrößen wurde errechnet, wie viel 10% bzw. 100% davon betragen. All diese Daten sind in der nachfolgenden Tabelle 20 aufgelistet. Zusammenfassend kann bei Betrachtung unterschiedlicher Szenarien und Ansätze ausgesagt werden, dass die Größenordnungen der anfallenden Bergwassermengen (Beharrung) mit den Daten aus dem Trassenauswahlverfahren im Vergleich mit den Rechenansätzen aus der Wasserbilanz gut übereinstimmen. Zudem wird ebenfalls ersichtlich, dass die angegebenen Mengen eher als pessimistisch eingestuft werden können. Es wird an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass in den prognostizierten Angaben keine Reduktionen (z.B. durch Injektionen) enthalten sind, weshalb auch keine Summenbildungen in der nachfolgenden Tabelle enthalten sind. Allfällige Reduktionen der anfallenden Bergwassermengen, sowie entsprechende Szenarienentwicklung in welchem Bereich und bei welcher Vortriebsmethode und bei welchen Vortriebskonzept welche Mengen an Bergwasser anfallen, erfolgte von Seite der Tunnelplanung auf Basis der in Tabelle 20 aufgelisteten Daten. Die entsprechenden Berechnungen nach unterschiedlichen Vortriebskonzepten sind den tunnelbautechnischen Ausführungen zu entnehmen. Hinsichtlich der Angabe der Spitzenzutritte wird ausgeführt, dass bei schwierigen geologischhydrogeologischen Bedingungen und auch gleichzeitig bei hohen bis sehr hohen Überlagerungen naturgemäß immer mit z.T. großen Unsicherheiten zu rechnen ist. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 210 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 20: Berechnungsansätze und Berechnungsvergleiche Prognose anfallende Wassermengen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 211 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Mögliche Auswirkungen 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 an der Oberfläche, Injektionsmaßnahmen, Ersatzwasserversorgungen Auf Basis der Einschätzung der hydrogeologischen Situation, der Prognose der anfallenden Bergwässer und den Ergebnissen der Bohrlochversuche samt hydrogeologischem Dauermessprogramm wurden für eine Reihe von Messstellen mögliche Auswirkungen prognostiziert. Dabei wurden folgende Unterteilungen zum Grad der möglichen Auswirkung festgelegt: • Auswirkung: zu erwarten/wahrscheinlich • Auswirkung: nicht ausgeschlossen • Auswirkung ausgeschlossen bzw. nicht zu erwarten In der nachfolgenden Tabelle sind die prognostizierten Auswirkungen auf Messstellenbasis aufgelistet. In dieser Tabelle sind nur diejenigen Messstellen aufgelistet, bei denen entweder eine mögliche Auswirkung zu erwarten ist bzw. nicht ausgeschlossen ist. Zudem ist die Art der Messstelle (z.B. Quelle gefasst oder Quelle ungefasst) beschrieben. Bei allen anderen Messstellen sind mögliche Auswirkungen ausgeschlossen bzw. werden nicht erwartet. Die angegebenen xy-Koordinaten auf Basis BMN M34 wurden aus dem GIS Projekt gerechnet. Im Anhang zu diesem Bericht finden sich in eigenen Tabellen zu diesen Messstellen die Informationen zu Besitzer/Nutzer, Nutzungssituation, Wasserbuchzahl, mögliche Ersatzmaßnahmen udgl. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 212 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 21: Prognose Hydrogeologie - Auflistung der möglichen Auswirkungen an der Oberfläche Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 213 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Neben der Prognose der möglichen Auswirkungen an der Oberfläche sind auch die Einschätzungen der Durchlässigkeiten der Festgesteinsüberlagerung von großer Bedeutung. Geringe bis schlechte Durchlässigkeiten im Untergrund bedeuten geringe Bergwassermengen, keine großräumig zusammenhängenden hydraulischen Systeme und daher auch eine geringe Anzahl von möglichen Auswirkungen. Zudem ist beim gegenständlichen Projekt auch ganz wesentlich zu erwähnen, dass über weite Strecken sehr hohe Tunnelüberlagerungen vorliegen. Im derzeit vorliegenden Projekt ist jedoch geplant, dass zur Reduktion von großen anfallenden Bergwassermengen Injektionsmaßnahmen stattfinden werden. Unabhängig der Vortriebsmethode werden beim Durchörtern der Karbonatgesteine des Grasberges, des Otterstockes sowie auch der Deckengrenze im Bereich Fröschnitzgraben vorauseilende Injektionen stattfinden. Damit kann der Wasserandrang bereits in der Vortriebsphase verringert werden und es kann dadurch der Wasserzutritt auf die für den weiteren Vortrieb noch mögliche Zutrittsmenge reduziert werden. Dadurch ist es auch weiters möglich, Auswirkungen auf den Bergwasserkörper und auf Quellen und Oberflächengerinne zu reduzieren. Details zu den Injektionsmaßnahmen sind den entsprechenden Projektsplänen und Gutachten der Tunnelplanung zu entnehmen. Vorab werden als Größenordnungen der Reduktionen bei Vortrieb mittels TVM ~ 50 %, bei konventionellem Vortrieb ~ 30 % angesetzt. Bei allen Trinkwasserversorgungen, bei welchen mögliche Auswirkungen zu erwarten sind bzw. nicht ausgeschlossen werden können, werden entsprechende Ersatzwassermaßnahmen geschaffen (siehe auch Tabellen im Anhang). Eine Ersatzwasserversorgung für die Otterthaler Gemeindequellen (FS121 & FS124) aus einer ergiebigen Ersatzquelle (Bauernwiesquelle – Lage siehe Abbildung 134) in der Gemeinde Kirchberg am Wechsel wurde bereits weitgehend fertig geplant und wird noch vor Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 214 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 dem Tunnelbau fertig gestellt. Auswirkungen auf die noch weiter östlich gelegene und von der Gemeinde Raach als Trinkwasserversorgung genutzte Fuchsgrabenquellen (FS300) ist ebenfalls zu erwarten. Als Ersatzversorgung für Raach wird eine Mitbenutzung der Otterthaler Ersatzwasserversorgung aus der Kirchberger Bauernwiesquelle ebenfalls vorbereitet. Bauernwiesquelle - Kirchberg Abbildung 134: Lage der Kirchberger Bauernwiesquelle Ebenso kann eine Beeinträchtigung der Palkaquelle (FS092) nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden, obwohl bei keiner Bohrung in Trassennähe die Karbonatgesteine des Einzugsgebietes der Quelle angetroffen wurden. Entsprechende Vorkehrungen für Ersatzwasserversorgungen wurden in die Wege geleitet. So kann kurzfristig aus der 1. Wiener Hochquellwasserleitung Ersatzwasser zur Verfügung gestellt werden. Nach den derzeit vorliegenden Untersuchungsergebnissen kann eine mögliche Auswirkung auf die Göstritzquelle (Nr. 541) ebenfalls nicht ausgeschlossen werden. Laut Aussagen der Gemeinde Schottwien kann die Trinkwasserversorgung aus den anderen Quellen der Ortswasserversorgung bestritten werden. Bei einer nachgewiesenen Auswirkung würden von Seite der ÖBB sofort Planungen und Umsetzungen stattfinden, um eine entsprechende Ersatzwasserversorgung rasch herzustellen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 215 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Da im Einzugsgebiet und der derzeitigen Schutzzone II der Erzkogelquelle [ist Teil der TWVA Spital am Semmering] (JRN933 – siehe Abbildung 141) der Transportweg in den Fröschnitzgraben geplant ist, wird während der Errichtung des Transportweges das Wasser dieser Quelle aus Sicherheitsgründen vom Netz genommen. Die Versorgung der Gemeinde Spital erfolgt in dieser Zeit ausschließlich aus dem Quellbereich der sogenannten Ziereckquellen (223a, 223b und 224) – liegen nördlich Steinhaus am Semmering), an welchen bereits entsprechende Adaptierungsmaßnahmen stattgefunden haben. Zudem sind auch Änderungen und Ergänzungen im Leitungsnetz notwendig, welche im Rahmen eines eigenen fertig geplanten Ersatzwasserprojektes dann umgesetzt werden. Bei den Trinkwasser-Einzelversorgungen stehen prinzipiell unterschiedliche Ersatzmöglichkeiten zur Verfügung. Dort wo keine Anschlussmöglichkeiten an das öffentliche Netz bestehen, werden entsprechende nahe gelegene Quellen so adaptiert bzw. so neu gefasst, dass sie den Trinkwasseranforderungen entsprechen. Derzeit ist geplant, dass diese Maßnahmen jedoch erst dann umgesetzt werden, wenn auch wirklich eine nachgewiesene Auswirkung eingetreten ist. Kurzfristig würde in diesen Fällen dann eine Versorgung z.B. mittels Tankwagen stattfinden oder dort wo möglich, aus bestehenden Trinkwasserquellen provisorische Ableitungen des Überwasser hergestellt werden. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 216 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 7.2 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Temperaturprognose 7.2.1 Datengrundlage Für die Abschätzung der erwarteten Gesteinstemperaturen beim Vortrieb und damit zusammenhängend den zu erwartenden Wassertemperaturen war im Rahmen des Projektes Semmering-Basistunnel neu eine erste Prognose der Gesteinstemperaturen durchzuführen. Die prognostizierten Gesteinstemperaturen fanden weiters auch Eingang im Rahmen der Berechnungen der Tunnelbelüftung. Innerhalb dieses Kapitels werden die Berechnungsmethodik und die daraus abgeleiteten Ergebnisse dargestellt. Grundsätzlich erfolgt eine Berechnung der zu erwartenden Gesteinstemperaturen auf Basis der Gesteinsüberlagerung entlang der Tunneltrasse in entsprechenden Gesteinsabschnitten unter Zugrundelegung der thermischen Rahmenbedingungen (Gradientenvariation). Anhand der in den Erkundungsbohrungen gemessenen Temperaturen werden die zugrunde gelegten geothermischen Gradienten für die einzelnen Gesteinseinheiten variiert, sodass eine weitgehende Übereinstimmung der berechneten Werte mit den Messwerten erzielt wird. Neben den Detailinformationen aus den Bohrungen der verschiedenen Erkundungsphasen wurde den folgenden Berechnungen der geologische Längenschnitt zugrunde gelegt bzw. für die Berechnungen herangezogen. Weiters wurden die Temperaturmessungen in den Bohrungen (geophysikalische Bohrlochmessungen) herangezogen, welche die einzigen verfügbaren Messwerte der Gesteinstemperatur bzw. Umgebungstemperatur im Untergrund und auf Tunnelniveau darstellen. Zusätzlich wurden Temperaturmessungen, die im Begleitstollen (SemmerinBasistunnel alt) gemessen wurden, eingebunden. Alle verfügbaren Temperaturmesswerte sind in Tabelle 22 zusammengefasst. Zu erwähnen ist in diesem Zusammenhang, dass die aufgelisteten Messwerte z.T. durch Abkühlungsprozesse evtl. auch Erwärmungsprozesse (Spülung, Zirkulation im Bohrloch) beeinflusst sein können und manche Messwerte daher im Detail nicht in die Interpretationen eingebunden wurden. Eine Bemerkung ist weiters hinsichtlich der Tunnelkilometrierung anzufügen. Die Tunnelkilometrierung weist projektgemäß bei km 103.180 auf km 115.000 einen Kilometrierungssprung auf. Der Abschnitt von 115.000 bis 115.690 wird innerhalb dieser Temperaturberechnungen daher nicht berücksichtigt, da sich ansonsten Darstellungsprobleme ergeben würden. Der fehlende Abschnitt von 690m im Bereich des Portals in Mürzzuschlag ist jedoch aufgrund geringer Überlagerungen und den aus dem Begleitstollen bekannten Bedingungen nur von sehr untergeordneter Bedeutung für die weiteren Temperaturberechnungen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 217 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 22: Verwendete Wassertemperaturen aus den Bohrungen und dem Begleitstollen 7.2.2 Wärmestrom - Überblick Der Wärmestrom im Bereich des Semmerings ist im Vergleich mit anderen Gebieten in Österreich relativ gering anzunehmen (siehe dazu Abbildung 135). Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 218 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 135: Wärmestromverteilung in Österreich (Quelle: Geologische Bundesanstalt) Dieser geringe Wärmestrom und die ausgeprägte Topografie im Projektgebiet begründen relativ geringe zu erwartende geothermische Gradienten und damit generell relativ geringe Gebirgs- und Wassertemperaturen auf Tunnelniveau. Die Gliederung der Trasse in 17 Gesteinseinheiten (siehe z.B. Abbildung 137) weicht von der derzeit verwendeten Gliederung in 33 Gebirgsbereiche ab, weil nach der hier dargestellten Berechnung der Gesteinstemperaturen eine weitere Untergliederung der Gesteinseinheiten erfolgte. Für die Temperaturprognose ist dies jedoch nicht von Bedeutung, da damit kein Informationsverlust und keine Änderung der thermischen Eigenschaften verbunden sind. 7.2.3 Methodischer Ansatz Auf Basis des geologischen Modells wurden 17 geologische Gesteinseinheiten festgelegt, welchen im Rahmen der Temperaturprognose entsprechende Wärmeleiteigenschaften zugeordnet wurden. Diese geologischen Gesteinseinheiten sind in Tabelle 23 zusammenfassend aufgelistet. Die Oberflächentemperaturen wurden auf Basis von mehreren Messstationen der ZAMG in eine Seehöhen-Temperatur-Beziehung gebracht und als Basis für die Berechnungen der zu erwartenden Temperaturen auf Tunnelniveau herangezogen. Ausgewertet wurden die Lufttemperaturen der Nordseite des Projektgebietes und der Südseite (siehe Abbildung 136) des Projektgebietes. Es zeigte sich, dass nur untergeordnete Differenzen auftreten, die für die weiteren Berechnungen keine relevante Bedeutung besitzen. Für die weitere Berechnung der Lufttemperaturen wurde die LufttemperaturSeehöhen-Beziehung für den Südbereich des Projektgebietes herangezogen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 219 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Lufttemperatur - Seehöhenbeziehung Südseite des Semmering Massives 8 Kindberg Mürzuschlag 6 t [°C] Preiner Gscheid 4 y = -0.0064x + 10.917 R2 = 0.9974 2 Kampalpe (extrapoliert) 0 0 500 1000 1500 SH [müA] Abbildung 136: Temperaturbeziehung (Bereich Süd) Die Berechnung der Oberflächentemperaturen erfolgte für die mittleren Seehöhen der 17 Gesteinseinheiten. Anhand dieser Oberflächentemperaturen und der ermittelten Gesteinsüberlagerung wurde mit einer Variation der geothermischen Gradienten für die dargstellten geologischen Gesteinseinheiten in 10m-Abständen entlang der Tunneltrasse die Gesteinstemperaturen prognostiziert. Durch die gesteinseinheitsweise Variation der geothermischen Gradienten wurden die berechneten Tunneltemperaturen den gemessenen Temperaturen in den Erkundungsbohrungen und des Begleitstollens möglichst gut angenähert, sodass damit eine Temperaturprofil entlang der Tunneltrasse ermittelt und dargestellt werden kann, welches mit den Messungen in den Bohrungen und im Bereich des Begleitstollens möglichst weitgehend übereinstimmt. Die ermittelten Temperaturgradienten und die abgeleiteten Wärmeleitfähigkeiten wurden auf deren Plausibilität mit publizierten Wärmeleitfähigkeiten der auftretenden Gesteinseinheiten verglichen und ergaben realistische Wertebereiche, obwohl darauf hinzuweisen ist, dass nur sehr unscharfe Informationen zum Wärmestrom vorliegen. 7.2.4 Zusammenfassende Interpretation Auf Basis der beschriebenen Methodik wurde der in Abbildung 137 dargestellte Temperaturverlauf (in zwei Varianten des geothermischen Gradienten) berechnet. Die geothermischen Gradienten wurden so gewählt, dass eine möglichst gute Übereinstimmung Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 220 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 zwischen den gemessenen Temperaturen und den prognostizierten Temperaturen erreicht wurde. In manchen Gesteinseinheiten war dies mit einem Gradienten möglich, in anderen Gesteinseinheiten wurde mit einem maximalen und einem minimalen geothermischen Gradienten gerechnet. Die daraus resultierende Spreizung der Gradienten (max-min) ist ebenso in Abbildung 137 dargestellt.. Die so berechneten Maximaltemperaturen werden zwischen etwa 20 und 25°C im Bereich der höchsten Überlagerungen in den Wechselgneisen, Quarziten und Grüngesteinen (~km 85000-95000) zu erwarten sein. Aufgrund der topgrafischen Gegebenheiten (topografisch bedingter Auskühlungseffekt) werden diese Temperaturangaben jedoch mit großer Wahrscheinlichkeit nicht erreicht. Die Temperaturminima sind einerseits in Zonen geringster Überlagerung und andererseits in den Karbonatgesteinsbereichen des Graßberg-Otter-Zuges zu erwarten. Im Bereich Graßberg-Otter sind die geringen geothermischen Gradienten u.a. auf eine abkühlende Wirkung der Wasserzirkulation zurückzuführen. In Abbildung 137 sind die grundlegenden Berechnungsergebnisse zusammengefasst: Die graue Linie stellt die Gebirgsüberlagerung über der Tunneltrasse dar. Die blauen und roten horizontalen Geradenabschnitte stellen die ermittelten geothermischen Gradienten (max=rot; blau=min) in den einzelnen Gesteinseinheiten dar. Die rote und die blaue Linien stellen die gemäß der beschriebenen Methodik berechneten Gesteinstemperaturen in 10mAbständen entlang der Tunneltrasse dar. Die gelben Punkte stellen die Messwerte gemäß Tabelle 22 dar. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 221 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 30 5000 4500 0 Gloggnitz 75.000 9-Wechseleinheit 10.1 10.3 9.5 7.5 11-Sem (GneisGrüngestein) km 80.000 80.000 km85.000 85.000 km 90.000 90.000 16-Sem (Glimmerschiefer) 11.4 11.5 km 95.000 95.000 17-ZAM (Karb. Quz.) 12.5 10.0 6-ZAM 5-ZAM 500 12.9 14.2 13-Sem (Grobgneise) 8.4 8.1 14.2 14.6 14.6 12-Sem (Glimmerschiefer) 8.4 14.0 13.6 10-ZAM, Verrucano 11.0 1000 14.5 7-ZAM 12.3 12.3 11.5 12.0 11.7 10.810.7 10.6 10.0 16.9 16.0 20 15-ZAM (Karb. Quz.) 15.5 14.5 1500 16.516.5 16.3 13.3 2000 14-Sem(Glimmerschiefer -gest.) 18.5 8-Sem/Wechsel 2-Grauwackenzone 4-Semmeringkristallin 2500 3-Tattermanschuppe Überlagerung 3000 1-Grauwackenzone 3500 15 10 8.1 7.9 5 0 km 100.000 100.000 Mürzzuschlag 105.000 Abbildung 137: Prognostizierter Temperaturverlauf, verwendete geothermische Gradienten und gemessene Temperaturen entlang der Tunneltrasse auf Tunnelniveau Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 222 Progn. Temperatur auf Tunnelniveau °C & Gradient [°C/100m] 25 4000 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 138 zeigt die Abweichung der berechneten Temperaturen von den gemessenen Temperaturen [für die beiden Varianten (rot, blau) der geothermischen Gradienten]. Die berechneten Temperaturen konnten den gemessenen Temperaturen bei vielen Bohrungen sehr gut (grüner Bereich +-1°C) und bei einigen Bohrungen zufriedenstellend (gelber Bereich +-2°C) angepasst werden. Einige Messwerte in den Bohrungen (vor allen im Bereich des Wechselgneises) konnten nur unzureichend angepasst werden. Die Gründe hiefür müssten im Rahmen weiterer Detailberechnungen untersucht werden bzw. können bohrungs- bzw. ausbaubedingte Ursachen haben. Möglich wären z.B. durch die Bohrtätigkeiten und Spülungszirkulation bedingte Temperatureinflüsse während der Bohrlochtemperaturmessungen. Eine Reduktion der dargestellten Prognoseunschärfe ist aus fachlicher Sicht derzeit Gesteinstemperaturen nicht erforderlich, da zusammenhängenden die mit den Fragestellungen zu erwartenden (Belüftung, Wassertemperaturen) mit hinreichender Genauigkeit und Sicherheit beantwortet werden können. Die beiden zugrunde gelegten geothermischen Gardientenvarianten min/max sind in der nachfolgenden Tabelle zusammenfassend dargestellt. Tabelle 23: Verwendete Gradienten der einzelnen geologischen Gesteinseinheiten Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 223 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Differenzen (Berechnete Temperaturen - Gemessene Temperaturen) 10 1600 8 1400 6 1200 4 1000 2 0 800 -2 600 -4 400 -6 200 -8 -10 75.000.00 80.000.00 85.000.00 90.000.00 95.000.00 100.000.00 Abbildung 138: Abweichungen der prognostizierten Temperaturen von den gemessenen Temperaturen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 224 0 105.000.00 Diff. zu Tmax [°C] Diff. zu Tmin [°C] Gradient (max) [°C/100m] Seehöhe-Oberfläche [m] SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 7.3 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Hydrogeologische Prognose der einzelnen Gebirgsbereiche 7.3.1 Gebirgsbereich 1: Grauwackenzone - Norische Decke (Silbersberggruppe) (km 76.635,03 – 77.975) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte deutlich unter 1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden nicht erwartet. 7.3.2 Gebirgsbereich 2 bis 5: Störungszone "Haltestelle Eichberg" (km 77.975 – 78.095), Grauwackenzone - Norische Decke (Silbersberggruppe) (km 78.095 – 78.520) und Verschuppung Veitscher Decke (GWZ) mit Zentralalpinem PM (km 78.520 – 79.100) und Veitscher Decke (km 79.100 – 79.590) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte deutlich unter 1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Durch Einschuppungen von gipshaltigen Gesteinen können erhöhte Sulfatgehalte (betonangreifend der Stufen XA1 und XA2 nach ÖNORM B 4710-1) in den zutretenden Bergwässern auftreten. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden nicht erwartet. 7.3.3 Gebirgsbereich 6 & 7: Permomesozoikum Tattermannschuppe (Talquerung Auebachtal) (km 79.590 – 80.080) und Talhof-Aue-Störung und SemmeringKristallinspan (km 80.080 – 80.575) Im Bereich von zerlegten Sandsteinen und Quarziten der Tattermannschuppe können vereinzelte Kluftwasserzutritte bis 1 l/s auftreten. Die Störungsgesteine werden weitgehend dicht mit geringen Einzelwasserzutritten unter 1 l/s prognostiziert. Beim Anfahren von gut durchlässigen Karbonatgesteinsschuppen können Einzelzutritte bis 10 l/s eintreten. Durch Einschuppungen von gipshaltigen Gesteinen können erhöhte Sulfatgehalte (betonangreifend der Stufen XA1 und XA2 nach ÖNORM B 4710-1) auftreten. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche können beim Entwässern von Karbonatgesteinsschuppen auf Quellnutzungen, vor allem bei denjenigen, die nahe zur Trasse liegen, eintreten. 7.3.4 Gebirgsbereich 8: Graßbergschuppe (Karbonatgesteine) (km 80.575 – 81.250) In diesem Gebirgsbereich sind sehr hoch durchlässige Karbonatgesteine mit Einzelspitzenzutritten von maximal 150-250 l/s zu erwarten. Eine dauerhafte Absenkung des Bergwasserspiegels, der derzeit rund 100 m über dem Tunnel liegt ist möglich. Dazu ist Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 225 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 jedoch auch auszuführen, dass der Bergwasserspiegel heute bereits über 200 m unter Gelände liegt, und nur im Bereich von Quellen an der Oberfläche liegt. Für Quellen, die in diesem Bereich unmittelbar über der Trasse liegen sind mögliche Auswirkungen zu erwarten. Mögliche Auswirkungen auf weiter östlich liegende Quellen und indirekt dadurch auf Gerinne, die ein höher liegendes Bergwasserniveau repräsentieren, sind ebenfalls nicht zur Gänze ausgeschlossen. Ebenso kann eine Auswirkung auf die Palkaquelle (FS092) nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden, obwohl die Wahrscheinlichkeit als sehr gering einzustufen ist. Bei keiner Bohrung in Trassennähe wurden die Karbonatgesteine des Einzugsgebietes der Quelle angetroffen. Für den dennoch sehr unwahrscheinlichen Fall einer quantitativen Auswirkung auf die Quellschüttung der Palkaquelle kann vorübergehend ein Ersatz aus der Wiener Hochquellwasserleitung bereitgestellt werden. Da diese Bereitstellung jedoch nur zeitlich begrenzt möglich sein wird, würden im Eintrittsfall parallel sofort entsprechende Ersatzwasserplanungen und Ausführungen aus nahe gelegen Bereichen in die Wege geleitet. . Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 226 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mögliche Auswirkungen Abbildung 139: Bereich Aue-Göstritz geologisch-hydrogeologische Situation samt Lage der möglichen Auswirkungen (in lila und gelb gehalten) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 227 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.5 Gebirgsbereich 9: Graßberg-Störung (Semmering-Kristallin) (km 81.250 – 81.385) Der Störungsbereich ist als weitgehend dicht anzusehen. Wasserzutritte werden nur in sehr geringem Ausmaß erwartet. Hinweise auf Sulfatminerale an Mineralbestand liegen aus den Phylliten und Glimmerschiefern nicht vor, das Auftreten sulfatmineralführender Serizitphyllite und –schiefer bzw. auch von Gipsbrekzien, die entlang von Bewegungsbahnen aus dem südlich angrenzenden Permomesozoikum („Keuperzug“) eingeschuppt wurden, ist jedoch wahrscheinlich, weshalb das Auftreten betonaggressiver Wässer nicht ausgeschlossen werden kann. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche sind nicht zu erwarten. 7.3.6 Gebirgsbereich 10: Permomesozoikum d. Graßberg-Schlagl-Störungssystems ("Keuper") (km 81.385 – 82.265) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte bis maximal 1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Durch Einschuppungen von gipshaltigen Gesteinen werden erhöhte Sulfatgehalte (betonangreifend der Stufen XA1 und XA2 nach ÖNORM B 4710-1) der Bergwässer auftreten. Die Quellen dieses Gebietes sind durchwegs an oberflächennahe lokal begrenzte Grundwasserkörper gebunden, die keine Verbindung zur Tiefenlage der Tunneltrasse aufweisen. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden daher nicht erwartet. 7.3.7 Gebirgsbereich 11: Permomesozoikum des Otterstockes ("ReichenhallFormation") (km 82.265 – 83.005) Die Gesteine dieses Abschnitts bergen einen Bergwasserkörper, der rund 300 m über dem Tunnel einspiegelt. Bei der bisher einzigen Bohrung im Trassennahbereich, die diese Gesteine -8 < 1x10 aufschließt, wurden aber nur sehr geringe Durchlässigkeiten m/s festgestellt. Auch die weit westlich der Trasse gelegene Schrägbohrung KB- 42/06 erreichte diesen Bergwasserkörper. Hier waren die Karbonatgesteine allerdings stark verkarstet und gut durchlässig. Wasserzutritte bis zu 5 l/s entlang von Klüften sind also zu erwarten. Aufgrund des Nahbereiches und der an der Basis bzw. Nordseite des Rauhwacken- und Brekzienzuges zu erwartenden Verschuppung mit gipsführenden Gesteinen des „Keuperzuges“ (Gebirgsbereich 10) ist das Vorhandensein von Sulfatmineralen möglich, aus denen betonangreifende Bergwässer resultieren können. In einer Wasserprobe aus KB-40/08 wurden bisher keine erhöhten Sulfatgehalte festgestellt. Hydrogeologische Auswirkungen auf die Geländeoberfläche sind nicht zu erwarten, da diesem Bergwasserkörper keine Quellaustritte zugeordnet werden können. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 228 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.8 Gebirgsbereich 12: Permomesozoikum des Otterstockes (Dolomit und Dolomitmarmor) (km 83.005 – 83.730) Der Otterstock birgt einen ergiebigen Bergwasserkörper, der im Trassenbereich rund 200 m über dem Tunnel einspiegelt. Die Bohrung KB-12/08 zeigte auf Trassenniveau nur sehr geringe Durchlässigkeiten. Trotzdem muss beim Anfahren dieses Abschnitts mit dem Antreffen verkarsteter, gut wasserwegiger Bereiche gerechnet werden. Daraus sind Spitzenzutritte in der Größenordnung von 200-300 l/s möglich. Eine dauerhafte Absenkung des Bergwasserspiegels, der derzeit rund 200 m über dem Tunnel liegt ist daher möglich. Jedoch ist in diesem Zusammenhang ebenfalls auszuführen, dass über weite Strecken der Flurabstand des Bergwasserspiegels im heute natürlichen Zustand bereits mehrere 100 Meter beträgt und dieser nur im Bereich von Quellen, die an das Karstsystem gebunden sind, nahe an der Obertfläche zu liegen kommt. Hydrogeologische Auswirkungen auf Quellaustritte und indirekt auf Bäche entlang der Ostund Südseite des Otterstocks sind wahrscheinlich. Eine Ersatzwasserversorgung für die Otterthaler Gemeindequellen aus einer ergiebigen Ersatzquelle (Bauernwiesquelle) in der Gemeinde Kirchberg am Wechsel ist Teil dieses Genehmigungsverfahrens. Detailaussagen über diese Planungen können dem entsprechenden Ersatzwasserprojekt (Ersatzwasserversorgungsanlage für Otterthal und Raach - Technischer Bericht EWV Raach/Otterthal- 5510-EB-0304AL-00-1001) entnommen werden. Auswirkungen auf die noch weiter östlich gelegene und von der Gemeinde Raach als Trinkwasserversorgung genutzte Fuchsgrabenquellen (FS300) und in weiterer Folge auf den Fuchsgrabenbach (FS332) sind ebenfalls zu erwarten. Als Ersatzversorgung für Raach wird eine Mitbenutzung der Otterthaler Ersatzwasserversorgung aus der Kirchberger Bauernwiesquelle verfügbar sein. Es ist nach den bisherigen Untersuchungsergebnissen nicht restlos auszuschließen, dass heute unterirdisch Wässer aus dem Otterstock auch in Richtung Westen abströmen. Aus diesem Grund wurde daher eine mögliche quantitative Auswirkung auf die beiden GöstritzQuellen auch nicht völlig ausgeschlossen. Laut Aussagen der Gemeinde Schottwien kann die Trinkwasserversorgung aus den anderen Quellen der Ortswasserversorgung bestritten werden. Bei einer nachgewiesenen Auswirkung würden von Seite der ÖBB sofort Planungen und Umsetzungen stattfinden, um eine entsprechende Ersatzwasserversorgung rasch herzustellen. Nach aktuellem Kenntnisstand weisen die Dolomite keine primären Sulfatanteile auf. Allerdings ist im nahen Grenzbereich zu gipsführenden Gesteinen des „Alpinen Verrucano“ entlang der Ottersüdrandstörung möglicherweise mit gipsführenden tektonischen Einschuppungen bzw. einer sekundären Sulfatmineralbildung entlang von Scherbahnen oder Klüften zu rechnen, die lokal zu einer Anreicherung vorhandener Bergwässer mit Sulfat führen können. Die Bergwässer können daher in diesem Grenzbereich betonangreifend sein. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 229 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mögliche Auswirkungen Abbildung 140: Bereich Otterstock geologisch-hydrogeologische Situation samt Lage der möglichen Auswirkungen (in lila und gelb gehalten) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 230 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.9 Gebirgsbereich 13: Permomesozoikum Otterbasis Süd ("Alpiner Verrucano") (km 83.730 – 83.875) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte bis maximal 1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Durch Einschuppungen von gipshaltigen Gesteinen werden erhöhte Sulfatgehalte (betonangreifend der Stufen XA1 und XA2 nach ÖNORM B 4710-1) der Bergwässer auftreten. Die Quellen dieses Gebietes sind durchwegs an oberflächennahe lokal begrenzte Grundwasserkörper gebunden, die keine Verbindung zur Tiefenlage der Tunneltrasse aufweisen. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden daher nicht erwartet. 7.3.10 Gebirgsbereich 14&15: Übergangszone Wechselschiefer - Permomesozoikum (km 83.875 – 84.100) und Wechselschiefer Trattenbachtal (km 84.100 – 85.550) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte <1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Aufgrund der Gipsanteile im Gebirge ist davon auszugehen, dass die Wässer eine erhöhte Sulfatführung und somit betonangreifende Eigenschaften aufweisen. Die Quellen dieses Gebietes sind durchwegs an oberflächennahe lokal begrenzte Grundwasserkörper gebunden, die keine Verbindung zur Tiefenlage der Tunneltrasse aufweisen. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden daher nicht erwartet. 7.3.11 Gebirgsbereich 16 bis 18: Wechselgneis Trattenbachtal (km 85.550 – 89.820) und Wechselgneis (Trattenbachtal-Störung) (km 89.820 – 90.025) und Wechselgneis (Fanklbauerhöhe) (km 90.025 – 91.670) Es werden nur geringe Wasserführungen über vereinzelte Kluftwasserzutritte <1 l/s erwartet. Über längere Abschnitte werden nur tropfende Verhältnisse prognostiziert. Lokal können sich auch artesische Verhältnisse mit hydrostatischen Drücken, die über GOK liegen, einstellen. Die Quellen dieses Gebietes sind durchwegs an oberflächennahe lokal begrenzte Grundwasserkörper gebunden, die keine Verbindung zur Tiefenlage der Tunneltrasse aufweisen. Hydrogeologische Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden daher nicht erwartet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 231 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.12 Gebirgsbereich 19 & 20: Wechselgneis (Fröschnitzgraben West) (km 91.670 – 92.780) und Übergang Wechselgneis - Wechselschiefer (Fröschnitzgraben) (km 92.780 – 93.030)" Innerhalb der Gesteinsabfolgen der tektonischen Großeinheit Wechselgneise werden eher dichte Verhältnisse vorherrschen. Die Durchlässigkeiten können im Wesentlichen mit Werten von kf~10-8 bis 10-9 m/s angegeben werden. Über weite Strecken werden kaum nennenswerte Bergwassermengen zutreten, zumal aber immer wieder mit geringen Kluftwasserführungen und Durchfeuchtungen des Gebirges zu rechnen ist. Die quarzitischen Gneise zeigen bessere Durchlässigkeiten, als die der Albitgneise, weshalb innerhalb dieser Abschnitte lokal mit Kluftwasserführungen und auch längere Strecken mit geringem Bergwasserandrang nicht ausgeschlossen werden kann. Lokal können sich aber immer wieder artesische Verhältnisse einstellen, mit hydrostatischen Drücken, die über GOK liegen. Die gesamte anfallende Bergwassermenge innerhalb der Großtektonischen Einheiten Wechselgneis und Wechselschiefer werden aufgrund der geringen Durchlässigkeiten und auch hohen Überlagerungen mit etwa 20 l/s angeschätzt. Hohe Einzelwasserzutritte in Form von lokal ausgeprägten Spitzenwasserzutritten werden nicht erwartet. Hydrogeologische Auswirkungen bis an die Oberfläche werden ebenfalls nicht erwartet. 7.3.13 Gebirgsbereich 21: Wechselschiefer Fröschnitzgraben (km 93.030 – 93.980) Innerhalb der Gesteine der Wechselschiefer erbrachten die Durchlässigkeitsversuche Durchlässigkeitswerte in der Größenordnung von kf-~10-9-10-10 m/s. Diese sehr geringen Durchlässigkeiten zeigten sich nicht nur auf Tunnelniveau sondern auch in oberflächennahen Bereichen, wie dies z.B. auch anhand der Testergebnisse in der KB-25/08 ersichtlich ist. Aufgrund dieser Untersuchungsergebnisse wird in diesem Gebirgsabschnitt nur mit sehr geringen Bergwassermengen zu rechnen sein, die sich eher in Form von lokalen Durchfeuchtungen und gelegentlichen Tropfwasserzutritten zeigen werden. Deshalb werden auch keine hydrogeologischen Auswirkungen bis an die Oberfläche erwartet. 7.3.14 Gebirgsbereich 22: Deckengrenze Fröschnitzgraben (km 93.980 – 94.420) Entlang der Deckengrenze im Fröschnitzgraben muss mit länger anhaltenden starken Bergwasserzutritten gerechnet werden. Die in diesem Abschnitt eingeschuppten Karbonatgesteine, Quarzite und Störungszonen werden z.T. gute Durchlässigkeiten aufweisen. In den schiefrig-phyllitischen Gesteinen werden jedoch eher dichte Verhältnisse prognostiziert; lokale Durchfeuchtungen des Gebirges und Tropfwasserzutritte ist jedoch nicht ausgeschlossen. Der Kontaktbereich zu den Wechselschiefern in Verbindung mit Störungen wird eher dicht erwartet. Beim Antreffen von gut wasserwegigen Zonen innerhalb der Deckengrenze sind Bergwasserzutritte von ~100-200 l/s als Spitzenzutritte auch längerfristig vorstellbar. Die Gesamtmenge wird in weiterer Folge für diesen Abschnitt mit mehreren Zehnerlitern pro Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 232 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Sekunde prognostiziert. Vor Erreichen der Deckengrenze wird aus hydrogeologischer Sicht dringend angeraten, durch entsprechend lange Vorbohrungen Vorauserkundungen durchzuführen. Sehr wesentlich für die in Beharrung bzw. in quasistationären Zuständen abfließende Bergwassermenge wird hier sein, ob weitreichende hydraulische Verbindungen entlang den gut wasserwegigen Gesteinseinheiten im Untergrund bestehen. Die hydrogeologische Modellvorstellung geht derzeit eher davon aus, dass die Karbonatgesteine als größere isolierte Schollen innerhalb der Deckengrenze eingeschuppt sind und hydraulisch nicht großräumig zusammenhängen. Es werden eher ähnlich Verhältnisse erwartet, wie dies auch innerhalb der Keuperserie beim Auffahren der Tunnel Steinhaus und Spital in Zusammenhang mit Karbonatgesteinen der Fall war. Auch hier wurden wasserführende Karbonatgesteinsschollen Spitzenwasserzutritte beim Vortrieb aufwiesen. angetroffen, Großräumige die bis zu 70 zusammenhängende l/s als hydraulische Verhältnisse konnten bei diesen beiden Tunnelstrecken jedoch nicht nachgewiesen werden. Die hydrogeologische Prognose von mehreren Zehnerlitern pro Sekunde in Beharrung stellt daher auch eine sehr pessimistische Annahme dar. Aus hydrogeologischer Sicht sei auch auf die Quarzite hingewiesen, die einerseits gute Wasserwegigkeiten aufweisen können und dadurch dann andererseits tunnelbautechnisch besonders beachtet werden sollten. Durch das Vorhandensein von gipshaltigen Gesteinen kann das Auftreten von betonaggressiven Wässern nicht ausgeschlossen werden. Lokale hydrogeologische Auswirkungen bis an die Oberfläche sind trotz der hohen Überlagerungen nicht ausgeschlossen. Dies betrifft die Quellwässer, welche an die Karbonatgesteinseinschaltungen entlang der Deckengrenze gebunden sind (JRN463, JRN464, JRN465; JRN483, JRN484). Die zusätzlichen prognostizierten Auswirkungen in diesem Bereich betreffen Messstellen im Bereich der geplanten Deponie Longsgraben, der Baustelleneinrichtungsfläche sowie der Umfahrungsstraße im Einzugsgebiet der Erzkogelquelle (JRN933). Hinsichtlich der möglichen Auswirkungen auf die Erzkogelquelle der Gemeinde Spital am Semmering sei auch auf ein entsprechendes Ersatzwasserprojekt verwiesen. Detailaussagen darüber finden sich unter: Ersatzwasserversorgungsanlage für Spittal a. S. 5510-EB-0304AL-00-2001 Technischer Bericht Ersatzwasserversorgung Spital a.Semmering. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 233 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mögliche Auswirkungen Abbildung 141: Bereich Fröschnitzgraben geologisch-hydrogeologische Situation – Lage der geplanten Deponie im Longsgraben-Fördeband (graue und schwarze Linienführung), der Zwischen-angriffsfläche Fröschnitzgraben (rote Umrandung), der Tunnelführung samt Lage der möglichen Auswirkungen (in lila und gelb gehalten) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 234 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 7.3.15 Gebirgsbereich 23 & 24 Gneis-Grüngesteins-Folge (km 94.420 – 97.210) & Hühnerkogel-Störung (km 97.210 – 97.440) Die in diesen Gebirgsabschnitten aufzufahrenden Gneise, Grüngesteine, Grünschiefer und Glimmerschiefer werden über weite Strecken hydrogeologisch gesehen dichte Verhältnisse aufweisen. Im Rahmen der Bohrlochversuche wurden durchwegs Durchlässigkeiten in der Größenordnung von kf-~10-7-10-9 m/s errechnet. In gewissen tiefen Bohrlochabschnitte auf Tunnelniveau errechneten sich mitunter auch Durchlässigkeiten von kf~10-11 m/s. Lokal werden bedingt durch verbesserte Durchlässigleiten Kluftwasserzutritte zu erwarten sein. Diese werden sich vor allem entlang von Störungsbahnen einstellen, in welchen SKataklasite (Mittelsand mit Kieskomponenten) ausgebildet sind. Zudem können in Annäherung an den Gebirgsbereich 22 störungsbedingt ebenfalls verbesserte Durchlässigkeiten auf Tunnelniveau auftreten. Es ist nicht auszuschließen, dass im Bereich der Deckengrenze durch Abschiebungen verbesserte Wasserwegigkeiten geschaffen wurden, entlang welcher vermehrt Kluftwasserzutritte möglich sind. Die hangendsten Festgesteinsbereiche können durch Auflockerungszonen lokal verbesserte Wasserwegigkeiten aufweisen als tiefere Anteile. Zudem wurden an 2 Bohrungen Kluftwasserzutritte im Untergrund erbohrt, welche artesisch überliefen. Diese Arteser wurden jedoch nur in den hangenden Anteilen der Festgesteine angetroffen, auf Tunnelniveau konnten derartige Verhältnisse nicht beobachtet werden. Im Gebirgsbereich 24 und westlichen Anteil des Gebirgsbereiches 23 (sulfatmineralführende Serizitphyllite) wurden in den Erkundungsbohrungen Sulfatmineralführungen in Form von Gipskrusten bzw. Gips-Anhydrit-Dolomit Lagen gefunden. Innerhalb dieser Bereiche kann es bei Vorhandensein von Bergwasser lokal untergeordnet zu betonaggressiven Verhalten der anfallenden Wässer führen. Dabei sind (Tropfwasserzutritte und gelegentlich rinnende eher geringe Zutritte) mit Bergwassermengen Problemen hinsichtlich Betonaggressivität behaftet. In diesem Gebirgsabschnitt werden die Bergwasserzutritte etwas höher prognostiziert, als innerhalb der nachfolgenden Glimmerschiefer im Gebirgsbereich 25 & 26. Bergwassermengen in der Größenordnung von 5-15 l/s sind hier vorstellbar. Aufgrund der über weite Strecken zu erwartenden geringen Durchlässigleiten und auch sehr hohen Überlagerungen werden in diesem Abschnitt keine hydrogeologischen Auswirkungen bis an die Oberfläche erwartet. 7.3.16 Gebirgsbereich 25 & 26 Glimmerschiefer-Folge (km 97.440 – 98.970)und Glimmerschiefer-Folge / Rotes-Kreuz-Störung (km 98.970 – 99.980) Innerhalb dieser Gebirgsabschnitte werden vorwiegend Glimmerschiefer und Pyllite erwartet. Aus den Bohrlochversuchen der KB-45/08 und KB-43/08 errechneten sich aus den tiefen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 235 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Bohrlochabschnitten im Bereich der Tunnelführung sehr gerine Durchlässigkeiten. Die Berechnungen ergaben Durchlässigkeiten in der Größenordnung von kf~10-9 bis 10-10 m/s. Aufbauend auf diesen Ergebnisse kann man aus hydrogeologischer Sicht folgern, dass über weite Strecken mit annähernd dichtem und „trockenen“ Gebirge gerechnet werden kann. Lokale Durchfeuchtungen und bis hin zu vereinzelt stärkeren Tropfwasserzutritte sind jedoch nicht ausgeschlossen. Lokale untergeordnete Kluftwasserführungen innerhalb der gneisigen Gesteineinheiten sind möglich. Die hangendsten Festgesteinsbereiche können durch Auflockerungszonen lokal verbesserte Wasserwegigkeiten aufweisen als tiefere Anteile, die jedoch nur im Grenzbereich zum Gebirgsabschnitt 27 erwartet werden. In Summe ist innerhalb dieses Gebirgsabschnittes mit einem Bergwasseranfall von nur einigen wenigen l/s auszugehen. Deshalb werden auch hydrogeologischen Auswirkungen bis an die Oberfläche nicht erwartet. 7.3.17 Gebirgsbereich 27: Grobgneis (km 99.980 – 101.130) Die Grobgneise zeigen auf Trassenniveau aufgrund der geringeren Überlagerungen im Vergleich zu anderen Streckenabschnitten bessere Durchlässigkeiten (bis zu kf~1*-10-5 m/s). Aufgrund der Bohrlochversuche, der geringeren Überlagerungen und der lithologischen Eigenschaften der Gneise samt vorhandenen Störungsbahnen muss innerhalb dieses Gebirgsabschnittes immer wieder mit Kluftwasserführungen zu rechnen ist. Der Bergwasserandrang wird in diesem Abschnitt deutlich höher sein, als in den benachbarten Gebirgsabschnitten 26 und 28. Zudem ist davon auszugehen, dass die hangendsten Festgesteinsbereiche durch stärkere Auflockerungszonen auch lokal verbesserte Wasserwegigkeiten aufweisen werden, als die tieferen Anteile. Über längere Strecken muss daher auch beim Tunnelvortrieb mit anhaltenden Firstregen gerechnet werden. Aufbauend auf den z.t. guten Durchlässigkeiten für kristalline Festgesteine im Semmeringgebiet innerhalb dieser Grobgneise werden Bergwassermengen in der Größenordnung von etwa 10-20 l/s zu erwarten sein. Durch die im Vergleich mit den anderen kristallinen Festgesteinen besseren Wasserwegigkeiten und dem damit höherem prognostizierten Bergwasseranfall können auch Auswirkungen an der Oberfläche nicht ausgeschlossen werden. Vor allem im Bereich des Sommeraugrabens sind mögliche Auswirkungen in Form von Schüttungsreduktionen nicht ausgeschlossen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 236 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Mögliche Auswirkungen Abbildung 142: Bereich Grautschenhof, geologisch-hydrogeologische Situation Lage und Kennzeichnung der möglichen Auswirkungen (in lila und gelb gehalten) samt Lage des Zwischenangriffes Grautschenhof und Zugangsstollen Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 237 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Bei der Querung des Fröschnitztales können entlang von Grobgneisen einzelne rinnende Kluftwasserzutritte auftreten. Diese haben jedoch nur sehr lokalen Charakter und sind innerhalb dieser Einheit als eher untergeordnet anzusehen. Mögliche, nur sehr lokal beschränkte Zusammenhänge mit der Wasserführung aus den Lockersedimenten sind nicht gänzlich ausgeschlossen. Generell werden die Lockergesteine des Fröschnitztales über dem Festgesteinsuntergrund aber als mäßig wasserdurchlässig (kf~4*10-5 m/s) und hydraulisch sehr inhomogen erwartet. Der Tunnelvortrieb direkt jedoch nicht in diese Lockersedimente ein. 7.3.18 Gebirgsbereich 28: Mürztal-Semmering-Störungssystem bei Grautschenhof (km 101.130 – 101.640) Innerhalb der Quarzphyllite und Glimmerschiefer werden nur sehr untergeordnete lokal begrenzte Kluftwasserführungen erwartet. Voranging muss mehr mit Tropfwasserzutritten gerechnet werden. Innerhalb dieser Festgesteinsstrecke sind max. einige wenige l/s vorstellbar. Hydrogeologische Auswirkungen an der Oberfläche werden aus hydrogeologischer Sicht jedoch nicht erwartet. 7.3.19 Gebirgsbereich 29: Karbonatgesteine Wallersbach (km 101.640 – 102.160) In diesem Gebirgsbereich sind die Karbonatgesteine und Quarzite zusammengefasst, die im Begleitstollen bei der Querung des Wallersbachgrabens durchörtert wurden. Innerhalb dieser verkarsteten Karbonatgesteine fanden beim Vortrieb sehr große Bergwasserzutritte statt. Durch die Errichtung einer Pumpnische (Brunnenfilternische I) im Begleitstollen konnte für den weiteren Vortrieb der Bergwasserspiegel unter das Niveau des Begleitstollens abgesenkt werden. Darauf hin konnte der Vortrieb ohne große Probleme und Bergwasserzutritte fortgeführt werden. Derzeit beläuft sich die Pumpmenge aus dem Begleitstollen auf 80-100 l/s, um den Bergwasserspiegel auf dem von den SV der Behörde vorgegebenen Niveau zu halten (siehe Abbildung 143). Im Rahmen der Bohrphase II wurde im Bereich der Karbonatgesteine des Wallersbachgrabens in Nahelage zur Trasse Semmering-Basistunnel neu eine Erkundungsbohrung abgeteuft. Der Bergwasserspiegel in dieser Bohrung (KB-36/08) liegt derzeit bei etwa SH ~ 653m. Durch die entsprechenden Pumpeinrichtungen im Begleitstollen kann somit der Bergwasserspiegel konstant auf einem vorgegebenen von Niveau gehalten werden. Von den SV der Behörde wurde vorgegeben, dass der Bergwasserspiegel nicht höher als 10 m unter SOK des Begleitstollens aufspiegeln darf. Aus fachlicher Sicht wird daher empfohlen, bis zur Errichtung der beiden Hauptröhren des Semmering –Basistunnels neu die Wasserhaltung im Begleitstollen aufrecht zu halten. Hinsichtlich des Verschlusses bzw. Rückbau des Begleitstollens wurde von Seite der Tunnelplanung ein eigenes Projekt dazu ausgearbeitet.(siehe u.a. Bericht Verschließung Begleitstollen, Plan Nr. 5510-EB-1010AL-001001).. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 238 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Semmering Basistunnel Pumpmenge Pilotstollen 1999 - Jänner 2009 300 645 280 643 260 641 639 Umbauarbeiten im Stollen 220 637 200 635 180 633 160 631 140 629 120 627 100 625 80 623 60 621 40 619 20 617 0 01.01.1999 SH Bergwasserspiegel in m Pumpmenge in l/s 240 615 01.01.2000 31.12.2000 31.12.2001 01.01.2003 Pumpmenge 01.01.2004 31.12.2004 Pegel St. 2785 01.01.2006 01.01.2007 01.01.2008 01.01.2009 Pegel St. 3400 Abbildung 143: Wasserspiegelschwankungen in beiden Karbonatbereichsstrecken (Station 2305-2865 und 3260-3550) samt Pumpmenge für den Zeitraum 1999 – Jänner 2009 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 239 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Durch die drainierende Ausführung des Semmering-Basistunnel neu in diesem Abschnitt kann davon ausgegangen werden, dass in der Betriebsphase aus diesem Abschnitt etwa 80-100 l/s anfallen werden. Auswirkungen an der Oberfläche werden aus hydrogeologischer Sicht jedoch nicht erwartet. 7.3.20 Gebirgsbereich 30: Quarzphyllit Edlach (km 102.160 – 102.970) Die Gesteine aus diesem Gebirgsbereich wurden bereits durch den Begleitstollen aufgefahren. Vom Portal Mürzzuschlag aus gesehen, gelangte der Begleitstollen ab etwa der Querung des Scheedgrabens in die Quarzphyllite. Anschließend gelangte er in den Semmeringquarzit, bevor die Karbonatgesteine des Wallersbachgrabens erreicht wurden. Neben gelegentlichen Feuchtstellen traten beim Durchörtern der Quarzphyllite keine größeren Bergwasserzutritte auf. Im Bereich des Semmeringquarzites wurde allerdings beim Vortrieb des Begleitstollens eine Vielzahl von kleinen bis kleinsten Bergwasserzutritten angetroffen. Ein Großteil der punktuellen Austritte schwankte schüttungsmäßig zwischen 0,01-0,5 l/s. Vereinzelt konnten Zutritte von mehreren Litern pro Sekunde (z.B. an Vorbohrungen) beobachtet werden. Durch die Entwässerungsmaßnahmen aus den Brunnenfilternischen im Begleitstollen werden daher für den Hauptvortrieb durch bereits stattgefundene Entwässerungsmaßnahmen nur lokal und untergeordnet Bergwasserzutritte zu erwarten sein. Vielmehr ist dabei jedoch auf Durchfeuchtungen im Semmeringquarzit und damit verbundenen geotechnischen Schwierigkeiten Bedacht zu nehmen. Als Größenordnung für die permanente Wasserführung sind für diesen nicht karbonatischen Abschnitt max. etwa 1 l/s vorstellbar. Auswirkungen an der Oberfläche werden aus hydrogeologischer Sicht nicht erwartet. 7.3.21 Gebirgsbereich 31 & 32: Karbonatgesteine Scheedgraben (km 102.970 – 115.010) & Karbonatgesteine Mürzzuschlag (km 115.010 – 115.500) Derzeit sind innerhalb der Karbonatgesteine des Portalbereiches keine Bergwasserzutritte in den Begleitstollen vorhanden. Dies ist vor allem auf die Pumpmaßnahmen im Bereich der Brunnenfilternischen im Abschnitt der Karbonatgesteine des Wallersbachgrabens zurückzuführen. Bei Aufrechterhaltung der Pumpmaßnahmen im Begleitstollen während des Hauptvortriebes des Semmering-Basistunnels neu ist demnach in diesen Karbonatgesteinen mit keinen großen Bergwassermengen zu rechnen. Zu Zeiten starker Schneeschmelze kann es aber kurzfristig (1-2 Monate) zum Anspringen von Kluftwasserzutritten kommen, die in der Größenordnung von max. mehreren l/s liegen. Die Größenordnung der Bergwasserzutritte innerhalb dieses Bereiches, vor allem im Bereich entlang der Nahelage zu den Lockersedimenten des Fröschnitztales ist mit max. wenigen 10er l/s zur Zeit des Auffahrens vorstellbar. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 240 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Auswirkungen an der Oberfläche werden aus hydrogeologischer Sicht jedoch nicht erwartet. 7.4 Hydrogeologische Prognose der Voreinschnitte und Portalbereiche 7.4.1 Voreinschnitt und Vor-Portalbereich Gloggnitz Beim Voreinschnitt für das Tunnelportal in Gloggnitz werden nur geringe Wasserzutritte aus der Verwitterungsschwarte bzw. der Hangschuttauflage erwartet. Die beiden Erkundungsbohrungen KB-37/08 und KB-38/08 zeigten nur sehr geringe Durchlässigkeiten im Bereich von 1x10-8 m/s. Sie wurden jeweils mit Pegelrohren ausgebaut, in denen sich ein oberflächennaher Grundwasserspiegel eingestellt hat. Da umliegend keine Quellen oder Wassernutzungen liegen, sind auch keine Auswirkungen zu erwarten. 7.4.2 Voreinschnitt und Vor-Portalbereich Mürzzuschlag Im Portalbereich Mürzzuschlag stehen verkarstete, wasserführende Karbonatgesteine an, wobei der Grundwasserspiegel unter der Sohle der nahegelegenen Fröschnitz liegt. Das bedeutet, dass in diesem Bereich die Fröschnitz keine unmittelbare Vorflutstellung für das in den Bohrungen und im Begleitstollen angetroffene Karstgrundwasser innehat. Der Grundwasserspiegel im Portalbereich Mürzzuschlag wurde aufgrund der Drainagewirkung des Begleitstollenstollens abgesenkt, was anhand der Abbildung 144 verdeutlicht wird. In dieser Abbildung sind die Grundwasserganglinien ausgesuchter Pegelbohrungen im Portalbereich Mürzzuschlag für den Zeitraum 1990/91 – Februar 2009 dargestellt. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 241 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 ÖBB Semmering Basistunnel Bohrung Portalbereich Mürzzuschlag 684 681 GWSP - SH in m 678 675 672 669 666 663 660 01 .0 1. 19 90 01 .0 1. 19 91 01 .0 1. 19 92 01 .0 1. 19 93 01 .0 1. 19 94 01 .0 1. 19 95 02 .0 1. 19 96 01 .0 1. 19 97 01 .0 1. 19 98 02 .0 1. 19 99 02 .0 1. 20 00 01 .0 1. 20 01 02 .0 1. 20 02 02 .0 1. 20 03 02 .0 1. 20 04 02 .0 1. 20 05 02 .0 1. 20 06 02 .0 1. 20 07 03 .0 1. 20 08 02 .0 1. 20 09 657 E 108 E 11 E 112 E 10 Abbildung 144: Schwankungsverlauf der Grundwasserspiegellagen an ausgesuchten Pegelbohrungen im Portalbereich Mürzzuschlag für den Zeitraum 1990/91 bis Februar 2009 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 242 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie Aus dieser 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Darstellung kann auch abgelesen werden (1990-1995), in welchen Größenordnungen die Grundwasserspiegelschwankungen vor Errichtung des Begleitstollens waren. Versuche der Berechungen von Grundwasserhochständen mit relativ kurzen Zeitreihen erbrachten für den Portalbereich max. zu erwartende Grundwasserspiegellagen von rund SH~685m. Das Erreichen der Tunnelröhren der wassergesättigten Zone wird davon abhängen, zu welcher Jahreszeit der Tunnel in diesem Bereich vorgetrieben wird und welche hydrometeorologischen Verhältnisse vorherrschen. Kurzpumpversuche an Portalbereichsbohrungen Größenordnung von Kf~10 -4 m/s. ergaben Zusätzlich ist Durchlässigkeiten in der hinsichtlich der zu erwartenden Bergwassermengen im Vergleich zum Begleitstollen auch die nähere Lage des Haupttunnels zur quartären Talfüllung der Fröschnitz mit zu berücksichtigen. Unter Zugrundelegung der bei Kurzpumpversuchen im Portalbereich aus orientierenden Bestimmungsmethoden ermittelten und einer Anschätzung der Rahmenparameter in einem Porenaquifer im Fröschnitztal erscheint eine zusätzliche Wassermenge in der Größenordnung von einigen wenigen Litern pro Sekunde bis ca. 10 l/s aus dem Fröschnitztal vorstellbar. Hydrogeologische Auswirkungen an der Oberfläche werden nicht erwartet. 7.5 Hydrogeologische Prognose der Zwischenangriffe und Schächte 7.5.1 Zwischenangriff Göstritz Der Zugangsstollen und der Schacht für den ZA Göstritz werden nach der geologischen Prognose in weitgehend dichten Gesteinen der „Keuper-Serie“ hergestellt. Durchlässigkeitsuntersuchungen in der Erkundungsbohrung KB-50/08 erbrachten Werte in der Größenordnung von 1x10-9 m/s. Es sind daher nur geringe Einzelwasserzutritte bis max. 1 l/s zu erwarten. Durch Einschuppungen von gipshaltigen Gesteinen werden erhöhte Sulfatgehalte (betonangreifend der Stufen XA1 und XA2 nach ÖNORM B 4710-1) der Bergwässer auftreten. Die Quellen dieses Gebietes sind durchwegs an oberflächennahe lokal begrenzte Grundwasserkörper gebunden, die keine Verbindung zur Tiefenlage der Stollentrasse oder des Schachtes aufweisen. Auswirkungen an der Geländeoberfläche werden daher nicht erwartet. Lediglich im unmittelbaren Bereich unterhalb der Baustelleneinrichtungsfläche Göstritz ist eine gefasste Quelle gelegen, für welche sowohl eine qualitative als auch quantitativ Auswirkung nicht ausgeschlossen werden kann. 7.5.2 Baulüftungsschacht Trattenbachgraben Der Baulüftungsschacht im Trattenbachgraben wird als vorübergehendes Bauwerk nur für einen begrenzten Zeitraum hergestellt und anschließend wieder verschlossen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 243 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 In der etwa 6-7 m mächtigen Deckschicht aus Wildbach- und Hangschutt ist ein bachbegleitender Porengrundwasserkörper ausgebildet. Eine Abdichtung gegen das Entwässern dieses Porengrundwasserkörpers über den Schacht ist vorzusehen. Darunter werden grundsätzlich weitgehend dichte Gesteine durchörtert, die nur geringe Wasserzutritte in Summe von maximal 1-5 l/s bringen werden. Wie die benachbarte Bohrung KB-17/08 zeigte, sind aber bis zur Endteufe Zutritte von artesischen Wässern mit Einzelschüttungen von wenigen Litern/Minute und Druckspiegeln über GOK zu erwarten. Um mögliche Auswirkungen auf oberflächennahe Grundwasserkörper zu unterbinden, die eine denkbare Verbindung mit diesen Artesern aufweisen können, muss eine dauerhafte Entwässerung dieser Zutritte über den Schacht verhindert werden. 7.5.3 Zwischenangriff Fröschnitzgraben Das Gebirge in der Wechsel-Einheit ist generell als schlecht-wasserwegiges Festgestein zu erwarten. Die hydraulischen Bohrlochversuche erbrachten Durchlässigkeiten in der Größenordnung von kf~ 10-8 m/s. Lokal werden geringe Kluftwasserführungen erwartet. Innerhalb der Gneise und SKataklasite sind Wassermengen sehr lokal bessere wahrscheinlich. Lockergesteinsüberdeckung Lokale Wasserwegigkeiten wasserwegige wahrscheinlich. Beim und Zonen Antreffen auch sind von lokal zudem höhere in der wasserführenden Kluftzonen werden sich auch artesische Verhältnisse einstellen, wie dies auch anhand der Bohrung KB-24/08 verdeutlicht wurde. Daher sind bei den technischen Planungen zur Schachterrichtung auf die vorherrschenden hydrostatischen Drücke Rücksicht zu nehmen. Derzeit werden am Schachtkopf Drücke in der Größenordnung von 0,6 bar gemessen. In Summe muss bei Abteufen des Schachtes mit bis zu mehreren Litern pro Sekunde gerechnet werden. Hydrogeologische Auswirkungen an der Oberfläche werden nur im Bereich der Baustelleneinrichtungsfläche erwartet, wo eine gefasste Quelle gelegen ist, welche abgelöst wird. 7.5.4 Zwischenangriff Grautschenhof Innerhalb der Lockerüberlagerung im Portalbereich sowie auch innerhalb der Grobgneise sind deutlich bessere Wasserwegigkeiten vorhanden, als innerhalb der Glimmerschiefer und Phyllite. Im Abschnitt der Grobgneisvortriebe (kf bis zu ~1*-10-5 m/s) muss daher immer wieder mit Kluftwasserführungen gerechnet werden, auch das Auftreten von flächenhaften Firstregen über längere Strecken ist abschnittsweise vorstellbar. Die Vortriebe innerhalb der Glimmerschiefer und Phyllite werden weitgehend trocken bis bergfeucht erwartet. In Summe erscheinen Bergwasserzutrittsmengen von etwa 5-25 l/s vorstellbar, bei kurzfristigen Spitzenzutritten von bis zu mehreren Zehnerlitern pro Sekunde. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 244 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Lokale, vereinzelte Auswirkungen an der Oberfläche können aus hydrogeologischer Sicht nicht ausgeschlossen werden (siehe Abbildung 142). 7.5.5 Baulüftungsschacht Sommerau Die quartären Sedimente der Talfüllung des Fröschnitztales führen in diesem Bereich Grundwasser. Kurzpumpversuche haben Durchlässigkeiten von Kf~ 4*10-5 m/s erbracht. Auch die Grobgneise lassen mit Durchlässigkeiten von Kf~1*10-5 m/s gute Kluftwasserführungen erwarten. Es muss daher über weite Strecken mit permanenter Kluftwasserführung gerechnet werden. Auch seichtes Porengrundwasser wird bei der Schachtherstellung anfallen. In Summe muss bei Abteufen des Schachtes mit bis zu mehreren Litern pro Sekunde gerechnet werden. Auswirkungen an der Oberfläche werden aus hydrogeologischer Sicht jedoch nicht erwartet. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 245 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 8 8.1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 BEWEISSICHERUNG UND BEGLEITENDE KONTROLLE Messungen und Untersuchungen vor Baubeginn Aus fachlicher Sicht wird empfohlen, dass bisher laufenden Beweissicherungsprogramm weiter zu führen. Diejenigen Messstellen, an welchen derzeit Messungen durchgeführt werden, sollen größtenteils erhalten bleiben. An den ausgesuchten Messstellen sollten die Geländeparameter Schüttung/Abstichmaß, elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur vor Ort gemessen werden. An ausgesuchten Messstellen soll auch weiterhin in monatlichen Abständen Wasserproben entnommen werden. Die Wässer sollen hydrochemisch (Ionenbilanz) und isotopenhydrologisch (stabile Isotope – Sauerstoff 18 und Deuterium) untersucht werden. An denjenigen Messstellen, wo auch Wasserproben gezogen werden sollte der pH-Wert vor Ort gemessen werden. An einigen wenigen ausgesuchten Messstellen sollten zudem Tritiumanalysen erfolgen. An den Abflussmessstellen, welche für die Abflussentstehungsmodellierung als Kalibrationsmessstellen dienen, sollen neben den regelmäßigen Messungen auch Sauerstoff-18 Analysen erfolgen. Die bisherigen Auswertungen der Abflussentstehungsmodeliierung sind nach Vorliegen zusätzlicher Messreihen zu überarbeiten und die Kalibrationseinstellungen entsprechend den dann länger vorliegenden Messreihen zu justieren. Ebenso sind in regelmäßigen Abständen die Arten der Landnutzungen zu überprüfen, gegebenenfalls nachzuziehen und zu überarbeiten. Die Art der Landnutzung hat ja einen wesentlichen Einfluss auf die Abflussentstehungsmodellierung. Es wäre aus fachlicher Sicht sehr wichtig, in gewissen Gebieten zusätzliche Informationen über das Niederschlagsverhalten zu gewinnen. Vier Bereiche bieten sich aus der derzeit verfügbaren Datenlage an. • Bereich Friedrichshütte • Bereich Raach-Schlagl • Bereich Feistritzsattel • Bereich Kummerbauerstadl Anhand der derzeit verfügbaren Ergebnisse der Wasserbilanzberechnungen und der Abflussentstehungsmodellierung erschiene es sehr sinnvoll, die genaue Lage und die Anzahl der zusätzlichen Niederschlagsmessstellen erst dann festzulegen, wenn anhand längerer Messreihen die bisher erfolgten Kalibrationen überarbeitet wurden. Dabei würden sich die Datenreihen bis Ende 2010 anbieten. An einigen Bohrungen, die den Wasserspiegel in den Karbonatgesteinsabschnitten repräsentieren, liegt der Wasserspiegel heute, wie bereits mehrfach darauf hingewiesen, bis zu mehrere 100 m unter Gelände. Händische Messungen mittels Kabellichtlot gestallten sich sehr schwierig und es wäre für ausgewählte Messstellen vorteilhaft, regelmäßige Messungen des Wasserstandes mittels eingebauten Datenlogger durchführen zu lassen. Zudem sollte untersucht werden, ob nicht gekoppelt mit diesen Messungen auch eine Datenübertragung Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 246 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 vom Messort aus möglich ist. Dies hätte vor allem für die Bauphase einen sehr wesentlichen Vorteil, da kontinuierlich die Daten der Wasserspiegellagen abgerufen werden könnten, und ein Reagieren von Wasserspiegellagen vor der Ortsbrust könnte in Zeit und Ausmaß sofort erkannt werden. Es wird weiters empfohlen, die monatlichen Messergebnisse jährlichen Auswertungen zu unterziehen. Zudem wird es notwendig sein, die Messstellen entsprechend zu warten und vor allem an den Abflussmessstellen mit Datenloggerausrüstung regelmäßige Überprüfungen der Messprofile samt anfallenden notwendigen Bauarbeiten durchzuführen. Bei der graphischen Darstellung der gemessenen Parameter sollten bei Schüttungs- bzw. das Abstichmaßdarstellungen auch die Niederschlagsmengen graphisch Berücksichtigung finden. Im Bereich der Grauwackenzone erschiene es sinnvoll, an einer der Messstellen (FS2241, FS2242, FS2243 oder FS2244) einen Datenlogger zur kontinuierlichen Messung des Wasserstandes zu installieren. Zusätzlich sollte auch, vor allem aus Beweissicherungsgründen am Unterlauf des Fuchsgrabenbaches knapp vor der Entnahme für die Fischteiche eine geeignete Messstelle errichtet werden, um hier genaue Daten der Abflussmenge zu erhalten. Da es ohnehin geplant ist, von Seite des Besitzers der Fischteiche Umbauarbeiten zur Ableitung in die Fischteiche durchzuführen, könnten möglicherweise im Rahmen dieser Arbeiten auch bereist entsprechende technische Adaptierungen am Messprofil der neuen Messstelle erfolgen. An der Palkaquelle können derzeit nur diejenigen Mengen messtechnisch erfasst werden, die gefasst in der Quellstube für weitere Nutzungen zur Verfügung stehen. Die gesamte anfallende Wassermenge der Palkaquelle ist mit den derzeitigen Einbauten und Messmöglichkeiten nicht zu messen. Da die nichtgefassten Anteile der Palkaquelle derzeit laut Auskunft des Eigentümers der Quelle über unterirdische Drainageleitungen zusammen mit einem Teil des Überwassers aus der Quellstube in den Auebach abgeleitet werden wäre zu überprüfen, ob durch Umbauarbeiten und technische Einrichtungen auch dieser Anteil messtechnisch erfasst werden könnte. Vor Baubeginn erschiene es zudem fachlich wünschenswert, wenn an ausgesuchten Bohrungen, die Bohrlochmessungen als Grundwassermessstelle erfolgen könnten. Dabei ausgebaut würden wurden, neuerliche Leitfähigkeits- und Temperaturmessungen, sowie Flowmeter-Messungen und Kurzpumpversuche wertvolle Hinweise bringen. Im Zug dieser Messungen sollten auch entsprechend der vorgefundene Verhältnisse und Ergebnisse Wasserproben gezogen werden. Diese Wasserproben sollten nicht nur hinsichtlich der Ionenbilanz und Isotopenzusammensetzung analysiert werden, sondern auch in Hinblick auf Betonaggressivität und Sinterverhalten. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 247 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 8.2 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Messungen und Untersuchungen während des Baues Die monatlichen hydrogeologischen Beweissicherungsmessungen an der Oberfläche sollten in der gleichen Art wie vor Baubeginn weitergeführt werden. Zusätzlich sollten in entsprechend zu definierenden Abschnitten die Messungen der Geländeparameter von einem monatlichen auf einen wöchentlichen Rhythmus verringert werden. Die festgelegten Teilräume erscheinen dafür zu grob zu sein, und es würde sich anbieten, die Abschnitte auf Basis der Gebirgsbereiche festzulegen, wobei nicht jeder Gebirgsbereich einen eigenen Abschnitt darstellen sollte. Die wöchentlichen Messungen sollten zumindest 3 Monate vor Erreichen des jeweiligen Abschnittes beginnen und nach Verlassen des Abschnittes noch 3 Monate weiter nachgezogen werden. Sehr wesentlich für die Beweisscherung werden auch die Messungen und Beprobungen der zutretenden Wässer in den Tunnel sein. Dort wo es möglich und sinnvoll ist, sollten auch unter Tage Messstellen für regelmäßige Messungen und Beprobungen eingerichtet werden. Der Parameterumfang entspricht auch denjenigen von über Tage, und wäre entsprechend den vorgefundenen Verhältnissen noch zusätzlich auf besondere Fragestellungen anzupassen (Betonaggressivität, Sinterverhalten,.....). Wenn möglich sollten in regelmäßigen Abständen im Tunnel Mengenmesseinrichtungen installiert werden, um so die Möglichkeit zu haben, abschnittsweise Messungen der anfallenden Wassermengen samt deren Schwankungsverhalten zu beschreiben und zu interpretieren. Während der Vortriebsarbeiten sollten die Messungen und Analysen ebenfalls zusammen mit den Daten von Obertage in jährlichen Berichten gemeinsam zusammengefasst beschrieben und interpretiert werden. Vor allem hinsichtlich des Sinterverhaltens sollten während des Baues an ausgesuchten Messstellen entsprechenden Detailuntersuchungen stattfinden. Dabei werden sowohl Wasseranalysen als auch Analysen der Festkörperphasen verstanden. Neben den herkömmlichen chemischen Parametern sollen dabei auch Analysenergebnisse von Strontium- und Schwefelisotope sowie ICP Analysen zur Anwendung gelangen. Mit diesen Daten ist es dann möglich, die Entwicklung der Versinterung zu prognostizieren und zu berechnen. Darüber hinaus können auch Aussagen über die Wirkung des Einsatzes unterschiedlicher Inhibitoren getätigt werden. 8.3 Messungen nach Vortriebsende bzw. nach Baufertigstellung Welche Messungen, an welchen Stellen und in welchen zeitlichen Intervallen nach Baufertigstellung erfolgen sollten, wird ganz wesentlich von den vorgefundenen Verhältnissen und Setzung von technischen Maßnahmen abhängen. Aus fachlicher Sicht wird aber in jedem Fall empfohlen, die Beweissicherungsmessungen auch nach Vortriebsende über mehrere Jahre weiterzuführen. Zudem sollten bei der Ausführung der Drainageleitungen Möglichkeiten bestehen bzw. bautechnisch vorgesehen sein, die auch Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 248 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 nachträglich den Einbau und Einsatz von Messsonden ermöglichen, um z.B. die in der Betriebsphase anfallende Wassermenge am Portal in Gloggnitz zu messen. Im Rahmen der Wartungsarbeiten in der Betriebsphase wird empfohlen, in Bereichen, die bereits in der Bauphase festgelegt werden können, Detailbeprobungen und Untersuchungen hinsichtlich dem Sinterverhalten (z.B. Calcit, Eisenausfällungen udgl.) der anfallenden Wässer zu tätigen. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 249 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 9 9.1 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 VERZEICHNISSE Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Typische Testsequenz eines hydraulischen Bohrlochversuches (Golder Associates 2008) 13 Abbildung 2: Lage der Messstellen der hydrogeologischen Dauerbeobachtung (D bedeutet Datenlogger) 17 Abbildung 3: Benutzeroberfläche der zentralen Monitoring-Datenbank (mDB-Semmering) 18 Abbildung 4: Beispiel für die Darstellungsmöglichkeit des gemessen Parameter 19 Abbildung 5: Piperdiagramm zur hydrochemischen Typisierung aus der zentralen Datenbank 20 Abbildung 6: Vereinfachte geologische Karte des Gesamtprojektraumes 24 Abbildung 7: Schematische geologisch-tektonische Profile duch den Gesamtprojektraum 25 Abbildung 8: Ganglinie der Grundwasserstände (blau) im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit (rot) an der Messstelle 41 - Hausbrunnen 30 Abbildung 9: Lage der Bertaquelle und Eselbachquelle am Kontakt zu den Tattermannschiefern und Lage der Staudenpeter und Kientalquellen im Bereich Kapellen und des Quellbereiches Kohleben 31 Abbildung 10: Zeitlicher Verlauf des Bergwasserspiegels in den Karbonatbereichen II und III während der beiden Aufspiegelversuche 35 Abbildung 11: Bergwassermenge Tunnel Semmering 40 Abbildung 12: Landnutzungsformen im Untersuchungsgebiet Semmering 42 Abbildung 13: Höhenabhängigkeit der mittleren Jahresniederschläge für unterschiedliche Zeiträume (2004 bis 2008 wurde als Simulationszeitraum gewählt). Schwarz: Stationen zur Regionalisierung für das Gebiet der Mürz auf der steirischen Seite; blau: Stationen zur Regionalisierung für das Gebiet der Schwarza und grün: für das Gebiet des Trattenbaches, jeweils auf der niederösterreichischen Seite 46 Abbildung 14: Mittlerer Jahresniederschlag von 2004 bis 2008 im Gebiet des Semmering. Zusätzlich eingezeichnet sind die Stationen, die zur Regionalisierung verwendet wurden (ausgenommen Station Alpl, da weiter außerhalb gelegen) 47 Abbildung 15: Höhenabhängigkeit der mittleren Tageslufttemperatur von 2004 bis 2008 (Simulationszeitraum). Schwarz: Stationen zur Regionalisierung auf der steirischen Seite (Mürz); blau: Stationen zur Regionalisierung auf der niederösterreichischen Seite (Schwarza und Trattenbach) 48 Abbildung 16: Höhenabhängigkeit der mittleren jährlichen potentiellen Verdunstung ET0 nach Penman-Monteith im Gebiet des Semmering 49 Abbildung 17: Räumliche Aufgliederung eines Einzugsgebietes und simulierte hydrologische Prozesse in MIKE SHE 50 Abbildung 18: Beispiel für gewählte Werte des LAI (Blattflächenindex) und Tw (Durchwurzelungstiefe) 51 Abbildung 19: Karte der Pedohydrotope nach Verschneidung von Landnutzung und Geologie 55 Abbildung 20: Hanganschnitt im Gebiet des Trattenbaches 58 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 250 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 21: Detailaufnahme des Schuttmaterials unterhalb der Bodenkrume am Hanganschnitt von obiger Abbildung 59 Abbildung 22: Mit Wasser voll gesogenes Schiefer-Schuttmaterial am Hanganschnitt der vorangegangenen Abbildungen 60 Abbildung 23: Vernässter Hangfuß im Fröschnitztal 61 Abbildung 24: Bodenanschnitt im Longsgraben, im Gebiet der Fröschnitz 61 Abbildung 25: Karbonatgesteinswände im unteren Fröschnitztal 62 Abbildung 26: Anschnitt im Gebiet des Kaltenbaches 63 Abbildung 27: Konzept der Abflusskomponenten der gesättigten Zone im Modell 65 Abbildung 28: Anpassung von e-Funktionen mit verschiedenen Rückgangskoeffizienten zur Vorabschätzung der Speicherkoeffizienten am Beispiel der Abflussganglinie des Raxenbaches 66 Abbildung 29: Differenz Beobachtung minus Simulation in Abflussspenden [(l/s.km²)] 70 Abbildung 30: Differenz Beobachtung minus Simulation in Gebietsabflussmengen [l/s] 70 Abbildung 31: Simulationsergebnisse am Kohlgrabenbach (Teileinzugsgebiet TG 37 – Abflusspegel JRN213) 72 Abbildung 32: Simulationsergebnisse am Raxenbach (Teileinzugsgebiet TG 37 + 206 – Abflusspegel JRN1090) 73 Abbildung 33: Simulationsergebnisse am Auersbach (Teileinzugsgebiet TG 38 – Abflusspegel JRN1076) 75 Abbildung 34: Simulationsergebnisse am Steinbach (Teileinzugsgebiet TG 39 – Abflusspegel JRN1077) 76 Abbildung 35: Simulationsergebnisse am Kaltenbach (Teileinzugsgebiet TG 41 – Abflusspegel JRN1082) 77 Abbildung 36: Simulationsergebnisse an der oberen Fröschnitz (Teileinzugsgebiet TG 188 – Abflusspegel JRN1084) 78 Abbildung 37: Simulationsergebnisse am Dürrgraben (Teileinzugsgebiet TG 43 – Abflusspegel JRN1085) 79 Abbildung 38: Simulationsergebnisse am Trattenbach (Teileinzugsgebiet TG 174 – Abflusspegel FS127) 80 Abbildung 39: Überblick über die Messstellen am Göstritzbach 82 Abbildung 40: Einzelmessungen am Göstritzbach 82 Abbildung 41: Simulationsergebnisse am oberen Göstritzbach (Teileinzugsgebiet TG 189 – Abflusspegel JRN1185) 84 Abbildung 42: Simulationsergebnisse am Göstritzbach unten (Teileinzugsgebiet TG 189 + 209 Abflusspegel 575) 85 Abbildung 43: Simulationsergebnisse am Otterthalbach (Teileinzugsgebiet TG 110 - Abflusspegel FS128) 86 Abbildung 44: Simulationsergebnisse am Fuchsgrabenbach (Teileinzugsgebiet TG 164 – Abflusspegel FS332) 87 Abbildung 45: Simulationsergebnisse am Auebach bei Schottwien (Teileinzugsgebiet TG 201 – Abflusspegel FUE31) Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc 88 Seite 251 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 46: Simulationsergebnisse am Wallersbach (Teileinzugsgebiet TG 14 - Abflusspegel 389) 89 Abbildung 47: Simulationsergebnisse an der Fröschnitz in Mürzzuschlag (TG 14 (Beobachtung) + TG 38 + TG 39 + TG 41 + TG 188 + TG 43 + TG 208 – Abflusspegel Fröschnitz-Pegel) 90 Abbildung 48: Vergleich zwischen simulierten Oberflächenabfluss und Basisabfluss als mittlere Spenden. *) Kalibrierte Spenden mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich war 91 Abbildung 49: Simulierte mittlere Grundwasserneubildung in [l/(s.km²)]. *) Kalibrierte Daten mit Unsicherheiten behaftet, da eine Deckung zwischen Simulation und Beobachtung wegen einzugsgebietsübergreifender Entwässerungen im Untergrund nicht möglich war 93 Abbildung 50: Simulierte mittlere aktuelle Jahresverdunstung (mm/Jahr) von 2006 bis 2008 94 Abbildung 51: Simulierte mittlere Grundwasserneubildung (mm/Jahr) von 2006 bis 2008 95 Abbildung 52: Vergleich der statistischen Eigenschaften der simulierten und beobachteten Abflüsse am Beispiel Kaltenbach. 96 Abbildung 53: Lage der Einzelmesspunkte mit deren orographischen Einzugsgebiete, die für den Vergleich mit den Modellsimulationen verwendet wurden 98 Abbildung 54: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN740 im Einzugsgebiet Steinbach 99 Abbildung 55: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN742, im Einzugsgebiet Steinbach, unterhalb der Messstelle JRN740 99 Abbildung 56: Simulationsergebnis an der Messstelle JRN849 im Einzugsgebiet Kaltenbach 100 Abbildung 57: Simulationsergebnis an der Messstelle 096 (Auequellen) 101 Abbildung 58: Simulationsergebnis an der Messstelle 574 101 Abbildung 59: Langzeitbeobachtungen an der Messstelle 574 am Unterlauf des Greisbaches kurz vor dem Zusammenfluss mit dem Göstritzbach 102 Abbildung 60: Whisker-Box-Plot mit Erläuterungen 105 Abbildung 61: Whisker-Box Darstellung der hydraulischen Durchlässigkeiten der tektonischen Einheiten (ZAPM .. Zentralalpines Permomesozoikum); graues Rechteck .. Bereich zwischen oberer und unterer Quartile mit Medianwert als schwarzer Strich 107 Abbildung 62: Log-Normal-Verteilungen der tektonischen Einheiten; orange Säulen … ZAPM; Klassenintervall = eine Zehnerpotenz 108 Abbildung 63: Häufigkeitsverteilung der hydraulischen Durchlässigkeiten der tektonischen Einheiten (ohne Karbonatgesteine) 109 Abbildung 64: Häufigkeitsverteilung der hydraulischen Durchlässigkeiten der Gesteine vom ZAPM sowie der ZAPM Karbonatgesteine 109 Abbildung 65: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten aller tektonischen Einheiten 110 Abbildung 66: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten; a) Semmering-Kristalin, Grauwackenzone und Wechsel-Einheit; b) Untereinheiten des Semmering-Kristallins; GLS … Glimmerschieferfolge, GRÜGST ... Grüngesteinsfolge, Gneis … Grobgneisfolge Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc 112 Seite 252 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 67: Mittlere Überlagerung der Teststrecken zu den hydraulischen Durchlässigkeiten; a) beide Einheiten des Zentralalpines Permomesozoikum; b) Zentralalpines Permomesozoikum – Karbonate; 113 Abbildung 68: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der tektonischen Einheiten des Zentralalpinen Permomesozoikums bezogen auf GOK (negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar); b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) 115 Abbildung 69: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der Einheiten Grauwackenzone und der Untereinheiten des Semmering-Kristallins (Glimmerschiefer-, GneisGrüngesteins- und Grobgneisfolge) bezogen auf GOK; negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar; b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) 117 Abbildung 70: a) mittlere Überlagerungshöhe (m) zum statischen Grundwasserspiegel der WechselEinheit bezogen auf GOK; negative Werte stellen artesische Verhältnisse dar; b) mittlere Überlagerungshöhe (m) zu Druckhöhe (m) 119 Abbildung 71: Whisker Box Darstellung der Kataklasitanteile der einzelnen tektonischen Einheiten; graue Felder … Werte zwischen oberer und unterer Quartile, schwarzer Strich … Median 121 Abbildung 72: Hydraulische Durchlässigkeiten bei Kataklasitanteile von kleiner und größer/gleich 15 % des Testintervalls der einzelnen tektonischen Einheiten; eingefärbte Felder … Werte zwischen oberer und unterer Quartile, schwarzer Strich … Median 122 Abbildung 73: Verteilung der Mittelwerte der elektrischen Leitfähigkeiten der Wässer von Quellen und aus Bohrungen (LF-Bereich 0-200 µS/cm] 128 Abbildung 74: Verteilung der Mittelwerte der elektrischen Leitfähigkeiten der Wässer von Quellen und aus Bohrungen (LF-Bereich >200 µS/cm] 128 Abbildung 75: Übersichtslageplan mit Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten (nur Messstellen mit hydrochemischen Analysen) 131 Abbildung 76: Übersichtslageplan mit Verteilung der elektrischen Leitfähigkeiten (alle Messwerte) 132 Abbildung 77: Verteilung der häufigsten Wassertypen im Untersuchungsgebiet 134 Abbildung 78: Wassertypen des Untersuchungsgebietes 136 Abbildung 79: Verteilung der Sulfatgehalte (nur Analysen >100 mg/l) 138 Abbildung 80: Verteilung der Mittelwerte der Sulfatgehalte in Quellwässern und Wässern aus Bohrungen – Übersicht 139 Abbildung 81: Verteilung der Mittelwerte der Sulfatgehalte in Quellwässern und Wässern aus Bohrungen – Übersicht 140 Abbildung 82: Verlauf des Tritiumgehaltes – Messstation Wien (Hohe Warte) und Graz (Universität) mit Klassenbildungsbalken 142 Abbildung 83: Tritium-Gehalte (Mittelwerte) – Teil 1 145 Abbildung 84: Tritium-Gehalte (Mittelwerte) – Teil 2 147 Abbildung 85: Räumliche Verteilung der Tritium-Gehalte 148 Abbildung 86: Tritiumgehalte (>18TU und <3TU) 149 2 18 Abbildung 87: Zusammenhang zwischen H und O im Untersuchungsgebiet – Mittelwerte 150 Abbildung 88: Verhältnis zwischen den 18O-Gehalten und den zugehörigen Messstellenseehöhen 151 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 253 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 89: Detail aus Abbildung 88 151 18 Abbildung 90: Verhältniszahl ( O-Gehalt / Seehöhe Probennahmestelle) – Übersicht 153 18 Abbildung 91: Verhältniszahl ( O-Gehalt / Seehöhe Probennahmestelle) – Ausschnitt Aue-Otterthal 155 18 Abbildung 92:: Langjährige (1973-2008) δ O-Ganglinie im Niederschlag an der Station Karlgraben (ANIP Station Nr. 83 bzw. GZÜV-Nr. IN60000083) und der langjährige mittlere Jahresgang der δ18O-Gehalte 157 Abbildung 93: Mittlere Verweilzeiten der Wässer (berechnet auf Basis der Tritiumgehalte) 163 Abbildung 94: Verlauf der Tritiumkonzentration im Niederschlag (Inputfunktion) an der NS-Station Gutenstein im Vergleich mit FS121 sowie Output aus dem Piston-Flow-Modell 165 Abbildung 95: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS007 im bisherigen Beobachtungszeitraum 168 Abbildung 96: Einbauschema der Messsonden in der Palkaquelle 171 Abbildung 97: Grafische Darstellung der Schüttungsganglinie der Messstelle FS092 Palkaquelle 172 Abbildung 98: Graphische Darstellung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wassertemperatur der Palkaquelle (FS092) 174 Abbildung 99: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS703 im bisherigen Beobachtungszeitraum 175 Abbildung 100: Details des Bohrkerns aus KB-21/07 mit verkarsteten Karbonatgesteinen und angelösten Rauhwacken aus dem Trassenniveau 176 Abbildung 101: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS096 im bisherigen Beobachtungszeitraum 177 Abbildung 102: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS105 im bisherigen Beobachtungszeitraum 178 Abbildung 103: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS062 im bisherigen Beobachtungszeitraum 180 Abbildung 104: Schüttung, elektrische Leitfähigkeit und Wassertemperatur der Messstelle FS124 im Zeitraum Oktober 2008 bis Sommer 2009 - Datenloggeraufzeichnungen 182 Abbildung 105: Gesamte Schüttungganglinie der Messstelle FS124 im Zeitraum Mai 2006 bis Sommer 2009 183 Abbildung 106: Schüttungsganglinie der Pichlerquelle (538) für den Zeitraum Herbst 1992- Juli 2007, sowie Wassertemperatur und elektrische Leitfähigkeit für den Zeitraum 2000- Juli 2007 185 Abbildung 107: Übergabeschacht vor Einbau und Inbetriebnahme des Messwehrs 186 Abbildung 108: Übergabeschacht bei geringeren Wassermengen und bei großem Wasserandrang 186 Abbildung 109: Bergwassermenge Tunnel Semmering – übernommen aus hydrogeologischem Bericht der ASFINAG 186 Abbildung 110: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS181 im bisherigen Beobachtungszeitraum 188 Abbildung 111: Schüttung und elektrische Leitfähigkeit der Messstelle FS400 im bisherigen Beobachtungszeitraum Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc 189 Seite 254 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 112: Darstellung der Quellschüttung im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit der Quelle JRN461 190 Abbildung 113: Darstellung der Quellschüttung im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit der Quelle JRN536 191 Abbildung 114: Verlauf der gemessenen Wasserspiegeldaten und Änderungen im Messprofil 191 Abbildung 115: Abflussmessstelle (JRN1084) an der Fröschnitz im Sommer und im Winter im Zeitraum 2007-2009 192 Abbildung 116: Neue Abflussmessstelle an der Fröschnitz (JRN1084) seit Herbst 2009 192 Abbildung 117: Schüttungsganglinie der Quelle JRN483 im Vergleich zur elektrischen Leitfähigkeit 193 Abbildung 118: Lage der Erzkogelquelle und Siebenbrunnquelle, sowie des Einspeisungspunktes des durchgeführten Markierungsversuches aus dem Jahre 2008 194 Abbildung 119: Fassungsanlage der Erzkogelquelle orographisch rechts der Fröschnitz 194 Abbildung 120: Fassungsanlage der Siebenbrunnquelle orographisch links der Fröschnitz 195 Abbildung 121: Markierungsversuch Dürrgraben – Erzkogelquelle aus dem Jahre 1994 195 Abbildung 122: Einbau Messeinrichtungen Siebenbrunnquelle 196 Abbildung 123: Abgemauerte Zutritt der Siebenbrunnquelle in der Stollenfassung, Rückstau infolge Hochwasser in der Fröschnitz, Hochwasser an der Fröschnitz vom 4.8.2008 196 Abbildung 124: Ganglinien von Wasserstand, elektrischer Leitfähigkeit und Trübung der Siebenbrunnquelle für den Zeitraum Juni bis August 2008 und dem Detailereignis vom 4.8.2008 197 Abbildung 125: Ergebnisse des Markierungsversuches Fröschnitz-SiebenbrunnquelleErzkogelquellen 198 Abbildung 126: Darstellung der Schüttungs- und LF Ganglinie der Quelle JRN878 199 Abbildung 127: Quelle JRN 814 – Wasserversorgung Alois-Günther-Haus, Ganglinien der Schüttung, elektrischen Leitfähigkeit, und Wassertemperatur 200 Abbildung 128: Abflussganglinie und Messstellenbild am Unterlauf des Kaltenbaches mit der Messstellennummer JRN1082 200 Abbildung 129: Sammelbehälter der Sonnwinkelquelle JRN921 201 Abbildung 130: Sonnwinkelquelle (JRN921) – Verlauf der korrigierten Wasserstandsganglinie mit dem Verlauf der Wassertemperatur und der elektrischen Leitfähigkeit 202 Abbildung 131: Überblickssituation Drainageaustritte Spital – Schwemmfächer Kaltenbach 202 Abbildung 132: Lage der Oberflächenabflussmessstelle am Sommeraubach 204 Abbildung 133: Zeitlicher Verlauf des Bergwasserspiegels in den Karbonatbereichen II und III während der beiden Aufspiegelversuche 205 Abbildung 134: Bereich Aue-Göstritz geologisch-hydrogeologische Situation samt Lage der möglichen Auswirkungen 227 Abbildung 135: Bereich Otterstock geologisch-hydrogeologische Situation samt Lage der möglichen Auswirkungen 230 Abbildung 136: Bereich Fröschnitzgraben geologisch-hydrogeologische Situation – Lage der geplanten Deponie im Longsgraben-Fördeband (graue und schwarze Linienführung), der Zwischen-angriffsfläche Fröschnitzgraben (rote Umrandung), der Tunnelführung samt Kennzeichnung der prognostizierten Auswirkungen an der Oberfläche Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc 234 Seite 255 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Abbildung 137: Bereich Grautschenhof, geologisch-hydrogeologische Situation Lage und Kennzeichnung der möglichen Auswirkungen samt Lage des Zw-schenangriffes Grautschenhof und Zugangsstollen 237 Abbildung 138: Wasserspiegelschwankungen in beiden Karbonatbereichsstrecken (Station 23052865 und 3260-3550) samt Pumpmenge für den Zeitraum 1999 –Jänner 2009 239 Abbildung 139: Schwankungsverlauf der Grundwasserspiegellagen an ausgesuchten Pegelbohrungen im Portalbereich Mürzzuschlag für den Zeitraum 1990/91 bis Februar 2009 242 9.2 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Pegelmessstellen und zugeordnete Teileinzugsgebiete für die Modell-Kalibration. 44 Tabelle 2: Stationsliste Niederschlag (M ... Mürz-Stmk, S … Schwarza-Nö, T … Trattenbach-Nö) 45 Tabelle 3: Stationsliste Lufttemperatur (M ... Mürz-Stmk, S … Schwarza-Nö) 48 Tabelle 4: Stationen der ZAMG im Gebiet des Semmering, an welcher die Referenzverdunstung ET0 verfügbar ist 49 Tabelle 5: Kalibrierte Parameter des Schneemoduls (Tm und TGF) für die einzelnen Einzugs/Teileinzugsgebiete 52 Tabelle 6: Lage der Bodenaufnahmepunkte gemäß der Landnutzungs- und lithologischen Einheiten 56 Tabelle 7: Verwendete bodenphysikalische Parameter für die einzelnen Bodentypen. [Abkürzungen gemäß allg. Bezeichnungsregeln in der Bodenkunde - Großbuchstaben: Bezeichnung des Horizonts - Kleinbuchstaben: geogene, anthropogene, pedogene Merkmale - ks = Wasserleitfähigkeit bei Sättigung] 56 Tabelle 8: Kalibrierte Parameter des Moduls zur Berechnung des Ausflusses aus der gesättigten Zone (vgl. Abbildung 27) [kI ist der Speicherkoeffizient (Zeitkonstante) für den lateralen Ausfluss aus dem Interflow Speicher - kperc ist der Speicherkoeffizient (Zeitkonstante) für den vertikalen Ausfluss aus dem Interflow Speicher - kBF1 und KBF2 sind die Speicherkoeffizienten (Zeitkonstanten) für den Ausfluss aus den Basisabfluss-Speichern - α ist der Aufteilungsfaktor zwischen den beiden parallel geschalteten Basisabfluss-Speichern] 67 Tabelle 9: Ergebnisse der Kalibration und Vergleich mit beobachteten Abflüssen 69 Tabelle 10: Simulierte Grundwasserneubildung (GWNb) für den Zeitraum 2006-2008 (Mittel über 3 Jahre) 92 Tabelle 11: Tektonische Einheiten mit den Testintervallüberlagerungen und der Anzahl der Tests 104 Tabelle 12: Transmissivität und hydraulische Leitfähigkeit der tektonischen Einheiten 106 Tabelle 13: statistische Verteilung des Kataklasitanteile der Teststrecken in % bezogen auf die tektonischen Einheiten 121 Tabelle 14: Verfügbarer Datenbestand (Hydrochemie, Isotopenhydrologie) 126 Tabelle 15: Hydrogeologische Zuordnung der Wässer 133 Tabelle 16: Gegenüberstellung der mittleren Verweilzeiten aus den beiden Berechnungsmethoden 158 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 256 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Tabelle 17: Mittelwerte und Schwankungsbreite und die Dämpfung der δ18O-Werte, und daraus abgeleitete mittlere Verweilzeit ausgesuchter Grundwässer im Untersuchungsgebiet 159 Tabelle 18: Berechnete mittlere Verweilzeiten der Wässer im Untersuchungsgebiet 164 Tabelle 19: Auflistung und Zuordnung der EB-Teilabschnittsgliederung und der Gebirgsbereiche 166 Tabelle 20: Berechnungsansätze und Berechnungsvergleiche Prognose anfallende Wassermengen 211 Tabelle 21: Prognose Hydrogeologie - Auflistung der möglichen Auswirkungen an der Oberfläche 213 9.3 Quellen- und Literaturverzeichnis AG BODEN (1994): Bodenkundliche Kartieranleitung. - 4. 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ZOJER: Div. hydrogeologische Jahresberichte und Detailberichte zum Projekt Semmering Basistunnel (Altprojekt) ; alles unveröffentlichte Berichte im Auftrag der ÖBB (vormals HL-AG), Graz Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 261 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 10 ANHANG 10.1 Tabellen zur Prognose der möglichen Auswirkungen, samt Ersatzmöglichkeiten Bei denjenigen Quellen bzw. Wasserrechten, bei welchen Abgaben im Wasserbuch vorhanden waren, wurden diese angeführt. Leere Zellen bedeuten keinen Wasserbucheintrag zu den betreffenden Messstellen. Ersatzmöglichkeiten sind nur dort angeführt, wo einerseits mögliche Auswirkungen auf Trinkwasserquellen gegeben sind und auch eine Nutzung für Trinkwasser derzeit stattfindet. Bei kurzfristigen Umsetzungen wird davon ausgegangen, dass notwendige Baumaßnahmen sofort stattfinden können (z.B. Anschluss an das öffentliche Netz). Mittelfristig bedeutet, dass sofort mit den entsprechenden Detailplanungen begonnen wird und nach deren Abschluss und dem notwendigen Behördenverfahren auch die Bauabwicklung anschließt. Die Legende zu diesen nachfolgenden Tabellen befindet sich am Ende der Tabellenblätter. Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 262 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 263 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 264 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 265 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 266 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 267 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 268 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 269 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 270 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 271 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 272 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 273 SEMMERING-BASISTUNNEL neu Bericht Hydrogeologie 5510-EB-5300AL–00-0004 20.05.2010 Joanneum Research, Institut für WasserRessourcenManagement Forstinger + Stadlmann ZT GmbH D:\RP\SBT_NEU\UVE_UVP\Bericht\EB_Vefahren\5510-EB-5300AL-00-0004-E02.doc Seite 274
