Thermohydraulisches Modell in einem thermisch und zur Trinkwasserversorgung genutzten Kiesgrundwasserleiter
Modellgebiet, Modellnetz und Randbedingungen für das thermohydraulische Modell
Aufgabenstellung & Metodik
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Aufgabenstellung
Der oberflächennahe Grundwasserleiter wird durch die öffentliche Trinkwasserversorgung, die Landwirtschaft und für thermische Maßnahmen zu Heiz- und Kühlzwecken genutzt. Für die Abschätzung der Auswirkungen einer zukünftigen thermischen Grundwassernutzung mit einer Jahresentnahme von 600000 m³/a sowohl zu Heizzwecken als auch zur Anlagen/Maschinenkühlung kommt ein thermohydraulisches Grundwassermodell als Planungsinstrument zum Einsatz.
Die Ziele der thermohydraulischen Modelluntersuchung sind es, die Zustrombereiche der Brunnenanlagen zu berechnen, die Auswirkungen der thermischen Maßnahme darzustellen und etwaige gegenseitige Beeinflussungen zu identifizieren, sowie die Potenziale einer weitergehenden thermischen Nutzung des Grundwasserleiters aufzuzeigen bzw. deren Grenzen darzustellen.
Methodik
Das numerische Modell wurde zunächst anhand der vorhandenen hydrogeologischen Erkundungsergebnisse dreidimensional mit dem Finite-Elemente Programmsystem Spring aufgebaut. Zur Nachbildung des Energietransportes und der sich dadurch einstellenden Temperaturfahnen im Abstrom thermischer Nutzungen wurde das Netz lokal verfeinert und vertikal in 13 Modellschichten unterteilt. Anschließend wurde das Modell stationär anhand einer Stichtagsmessung und instationär anhand zweier Pumpversuche kalibriert.
Nach den Strömungsbetrachtungen mit dem an die natürlichen Verhältnisse angepassten Modell erfolgten thermohydraulische Berechnungen zur Bestimmung der derzeitigen Situation unter Berücksichtigung der bestehenden thermischen Maßnahmen und eine Prognose der zu erwartenden Änderungen. Um den Einfluss des thermischen Austausches zwischen Grundwasser und der Atmosphäre auf das Temperaturfeld abschätzen zu können, wurden Simulationen mit und ohne Berücksichtigung des Austausches zur Atmosphäre durchgeführt. Beim Austausch zur Atmosphäre wurde zunächst eine konstante mittlere Jahrestemperatur an der Erdoberfläche angesetzt. In einer weiteren Betrachtung wurden monatlich schwankende Lufttemperaturen angenommen.