Uni-Bayreuth

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Quantitative Untersuchungen zum Wärmetransport zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser am Beispiel der Isar und der Münchener Schotterebene

Patrick Kotyla1, Kai Zosseder1
1 Lehrstuhl für Hydrogeologie, TU München

P 9.6 in Urbane Hydrogeologie

 

 

Traditionell wurden Oberflächengewässer (OW) und Grundwasser (GW) als getrennte Systeme im hydrologischen Kreislauf betrachtet und kaum interdisziplinär untersucht. In den letzten 15 Jahren hat jedoch das wissenschaftliche Interesse an der Interaktion zwischen OW und GW stark zugenommen (Fleckenstein & Schmidt, 2009). Durch die verstärkte Nutzung der oberflächennahen Geothermie ist auch der Wärmetransport zwischen OW und GW stärker in das Forschungsinteresse gerückt. Eine durch OW-Infiltration bewirkte Erhöhung bzw. Erniedrigung der Grundwassertemperatur kann erheblich die Effizienz eines oberflächennahen geothermischen Systems beeinflussen, was in der Planung der Anlage berücksichtigt werden muss (Allen et al. 2003).

Bisher wurde der thermische Einfluss der Isar auf das GW in München nur oberflächlich erfasst. Nach Dohr (1989) herrschen im südlichen Stadtgebiet bis zur Praterinsel influente Verhältnisse vor. Die Isar infiltriert in diesem Abschnitt in das quartäre GW und erwärmt bzw. kühlt dieses ab. Im nördlichen Stadtgebiet hat sich die Isar bereits ins Tertiär eingeschnitten und besitzt daher kaum einen Einfluss auf das quartäre Grundwasserstockwerk. Um die thermische Interaktion zwischen OW und GW zu erfassen, muss zunächst die hydraulische Interaktion der Isar mit dem Aquifer charakterisiert und quantifiziert werden, da der Wärmetransport vor allem durch Advektion und Dispersion während der Flusswasserinfiltration beeinflusst wird. An drei Testfeldern im Süden Münchens werden Zeitreihen des Grundwasserstandes, der Temperatur und der elektrischen Leitfähigkeit im GW ermittelt. An der Isar werden Abfluss, Temperatur sowie elektrische Leitfähigkeit aufgezeichnet, statistisch ausgewertet, sowie mit den Grundwasserdaten korreliert, um die Abhängigkeit der Isarinfiltration in das GW zu quantifizieren. Daneben werden Analysen der stabilen Isotope δ2H und δ18O durchgeführt um den Anteil von Isarwasserinfiltrat im GW zu bestimmen. Mit Hilfe eines 1D-Dispersionsmodells lassen sich somit Fließzeiten, Fließgeschwindigkeiten sowie Dispersionsparameter der Interaktion berechnen. Mit dieser Arbeit soll zunächst bestimmt werden, welcher Proxy am geeignetsten ist, um die OW-GW-Interaktion im Stadtgebiet zu beschreiben. Des Weiteren sollen die Messungen Aufschluss über den Wärmetransport von der Isar in den quartären Aquifer geben. Da auch Lufttemperatur, Niederschlag, Bodentemperatur sowie anthropogene Faktoren die Grundwassertemperatur beeinflussen, werden auch diese Einflüsse für die Untersuchungen herangezogen.

Erste Ergebnisse von tiefenorientierten Grundwassermessungen zeigen, dass Ost- und Westufer im Stadtgebiet unterschiedlich stark von der Isar beeinflusst werden. Im Süden Münchens wird vor allem das Ostufer von der Isarinfiltration beeinflusst, was sich in den niedrigen Werten der elektrischen Leitfähigkeit im GW wiederspiegelt (Abb.1). Je weiter es zur Stadtmitte geht, desto mehr lässt der Isareinfluss am Ostufer nach und nimmt am Westufer zu.

Abb.1: Tiefenprofile der elektrischen Leitfähigkeit im südlichen Stadtgebiet. (Bichlmeier 2013)
Abb.1: Tiefenprofile der elektrischen Leitfähigkeit im südlichen Stadtgebiet. (Bichlmeier 2013)



 

 

Allen, A., Milenic, D. & Sikora, P. (2003): Shallow gravel aquifers and the urban ʻheat islandʼ effect: a source of low enthalpy geothermal energy. ˗ Geothermics, 32(4-6):569-578.

Bichlmeier, M. (2013): Untersuchungen zu tiefenorientierten Grundwassertemperaturen im quartären Grundwasserleiter Münchens entlang der Isar. - Bachelorarbeit, TU München, 49 S.

Dohr, F. (1989): Die Grundwassertemperatur in dem oberflächennahen Grundwasserstockwerk des Stadtgebietes München.- Diss., München: Ludwig-Maximilians-Universität,162 S.

Fleckenstein, J.H. & Schmidt, C. (2009): Themenheft: Grundwasser-Oberflächenwasser-Interaktionen. – Editorial, Grundwasser 14(3), 161-162.

 

 

 

Letzte Änderung 09.11.2013