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Entwicklung Grundwasser Temperaturen in Urbanen Gebieten
Prof. Dr. P. Huggenberger, Dr. J. Epting, J. Simovic Rota
Die Zahl der Anlagen zur thermischen Nutzung des Grundwassers im Kanton Basel-Stadt steigt stetig. Es handelt sich dabei sowohl um Anlagen für Wärmeentnahmen, im städtischen Raum jedoch auch vermehrt um Anlagen zur Klimatisierung von Gebäuden im Sommerhalbjahr. Auch wenn der umweltpolitische Nutzen solcher Anlagen bezüglich einer Reduktion der CO2-Emission unbestritten ist, kann während des Baus und Betriebs eine Gefährdung der Umwelt, im Besonderen des Grundwassers, entstehen. Die thermische Nutzung des Grundwassers, sowie die Einleitung von Wasser, das zu Kühlzwecken verwendet wurde, bewirkt eine Veränderung der Grundwassertemperaturen. In einigen Stadtgebieten von Basel sind zudem auch Beeinflussungen der Grundwassertemperaturen durch Gebäudeabstrahlung, Kanalisationen oder Wärmetransportleitungen zu erwarten. Zudem existieren in der Region Basel schon heute eine Vielzahl von sich gegenseitig beeinflussenden Grundwassernutzungen in einem Gebiet mit sehr komplexen hydrologischen Nutzungen und ihren betrieblichen Randbedingungen.
Im Rahmen einer Pilotstudie für das nordwestliche Stadtgebiet von Basel werden erste Grundlagen für die thermische Grundwassernutzung bzw. Bewirtschaftung im Kanton Basel-Stadt erarbeitet. Diese Grundlagen werden es erlauben, aufzuzeigen, wie in verschiedenen Gebieten von Basel-Stadt die thermische Grundwassernutzung mit den langfristigen Zielen einer nachhaltigen Nutzung urbaner Grundwasserressourcen abgestimmt werden kann.
Die Untersuchungen beschränken sich auf die oberflächennahe geothermische Nutzung des Grundwassers für Heiz- und Kühlzwecke (Erdwärmesonden, Erdwärmeregister, Erdwärmekörbe, Energiepfähle und Grundwasserwärmepumpen) im quartären Schottergrundwasserleiter. Für die Bearbeitung dieses Konzeptes wird auf ein numerisches Grundwasserströmungsmodell, das im Rahmen der Grundwasserüberwachung Nordtangente aufgesetzt wurde (Abbildung 1), zurückgegriffen. Das bestehende Strömungsmodell wurde zu einem numerischen Wärmetransportmodell erweitert. Mit den bereits vorliegenden Datensätzen wird das Strömungsund Wärmetransportmodell kalibriert und der thermische Istzustand des Grundwasserfliessregimes, einschliesslich jahreszeitenabhängiger Temperaturverteilungen und - veränderungen, festgehalten. Berechnungen von vorgängig definierten Szenarien werden es ermöglichen, Temperaturveränderungen im regionalen Grundwasserfliessregime infolge zusätzlicher thermischer Grundwassernutzungen zu beurteilen und Standorte im Bezug auf potenzielle Grundwassergefährdungen zu bewerten.
Im Dezember 2009 wurden an vier ausgewählten Standorten (Abbildung 1) Grundwassermessstellen ausgebaut, die es ermöglichen, tiefendifferenziert die Grundwassertemperatur aufzuzeichnen. Die Wahl der Standorte wurde an spezifische Fragestellungen geknüpft: (1) Definition von Modellrandbedingungen; (2) Einfluss Fluss- Grundwasser-Interaktion; (3) Einfluss Grundwasserversickerung und (4) Einfluss jahreszeitenabhängige Wärmeabstrahlung von Bauwerken.