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Grundwassertemperaturen im Limmattal-Grundwasserleiter in Zürich - Eine urbane Wärmeinsel in einem dynamischen hydrogeologischen System

Martin Jung1, Jaime Rivera2, Philipp Blum1, Ralf Brauchler2, Peter Bayer2
1 Institut für Angewandte Geowissenschaften, Karlsruher Institut für Technologie
2 Departement Erdwissenschaften, ETH Zürich

O 15.9 in Forum Junge Hydrogeologen (H 36, NW III)

28.05.2014, 15:40-16:00, H36, NWIII

In dicht besiedelten Gebieten ist die thermische Beeinflussung der Umwelt durch den Menschen besonders stark. Dies äussert sich in der Ausbildung urbaner Wärmeinseln (Urban Heat Islands, UHIs), in denen die Temperaturen gegenüber der ländlichen Umgebung erhöht sind. Dass sich diese auch auf den Untergrund und das Grundwasser ausbreiten, wurde am Beispiel einiger Grossstädte in Nordamerika (Ferguson und Woodbury, 2007), Asien (Taniguchi et al., 2009) und Deutschland (Menberg et al., 2013a) bereits belegt. Diese Temperaturanomalien im Untergrund bergen Gefahren für die Qualität des Grundwassers, sind für eine geothermische Wärmenutzung urbaner Aquifere aber besonders attraktiv. Bisherige Arbeiten, die sich bei UHIs mit den Prozessen des Wärmetransports in den Untergrund beschäftigen (Menberg et al., 2013b), zeigen, dass der Einfluss der hydrogeologischen Verhältnisse zwar eine grosse Rolle spielen kann, aber trotzdem wurde er kaum untersucht.

In dieser Studie wird die Ausbildung der urbanen Wärmeinsel im Untergrund von Zürich untersucht. Dafür wurden über einen Zeitraum von drei Monaten etwa 50 Temperatur-Tiefen-Profile des urban geprägten Limmattal-Aquifers gemessen und mit Langzeitreihen von Grundwasser-, Fluss- und Lufttemperaturen verglichen. Neben der Absicht, die Wärmeverteilung im Untergrund von Zürich flächig zu erfassen, liegt ein besonderer Fokus auf der Rolle der hiesigen hydrogeologischen Bedingungen beim Wärmetransport. Bei dem untersuchten Aquifer handelt es sich um ein dynamisches Grundwassersystem, das zu 90% durch Flussinfiltrationen gespeist wird und stark genutzt wird. Dies führt in Grundwasser-Messungen zu starken saisonalen Temperaturamplituden, die erwartungsgemäss mit zunehmender Distanz zum Fluss abnehmen. Es gilt nun hier, die gemessenen Temperaturen sowohl auf ihre natürliche saisonale als auch auf ihre anthropogene Beeinflussung (z.B. konduktiv, oder durch Versickerung) zu untersuchen.

Die Messungen ergaben, dass die Grundwassertemperaturen im Stadtgebiet von Zürich allgemein erhöht sind. Für das Limmattal wurde ein regionaler Wert von 13°C bestimmt, welcher 3,5 K über der Temperatur ungestörter Aquifere in der Umgebung liegt. 1,5 K dieser Differenz können den Effekten der Urbanisierung zugeordnet werden, etwa 2 K der starken Infiltration durch das Flusswasser, welches sich im Zuge der Klimaerwärmung alleine im letzten Jahrzehnt um etwa 0,5 K erwärmt hat. In Abschnitten geringerer hydraulischer Leitfähigkeit, in denen der advektive Temperaturtransport gegenüber dem konduktiven Wärmeeintrag von der Oberfläche reduziert ist, sind die Grundwassertemperaturen zusätzlich erhöht. Damit ist in Zürich ein direkter Zusammenhang zwischen hydrogeologischen Parametern und der Temperatur im Untergrund geschaffen. Regional wurde aufgezeigt, dass der Limmattalgrundwasserleiter aufgrund seines hohen Wärmeenergiegehalts, verbunden mit seiner Ergiebigkeit, ein erhöhtes Potential zur geothermischen Wärmenutzung hat.



Ferguson G., Woodbury A.D., (2007). Urban heat island in the subsurface - Geophys. Res. Lett., 34: L23713.

Menberg, K., Bayer, P., Zosseder, K., Rumohr, S., Blum, P., (2013a). Subsurface urban heat islands in German cities - Science of the Total Environment, 442: 123–133

Menberg, K., Blum, P., Schaffitel, A., Bayer, P., (2013b). Long Term Evolution of Anthropogenic Heat Fluxes into a Subsurface Urban Heat Island - Environmental Science & Technology, es-2013-01546u

Taniguchi, M., Shimada, J., Fukuda, Y.  Yamano, M., Onodera, S., Kaneko, S.  & Yoshikoshi, A. (2009): Anthropogenic effects on the subsurface thermal andgroundwater environments in Osaka, Japan and Bangkok, Thailand - Science of the Total Environment, 407: 3153 - 3164. 



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Letzte Änderung 08.11.2013