Wärmetransportmodellierung im Untergrund des südlichen Raumes von Berlin

Die vorliegenden Ergebnisse der großräumigen Wärmetransportmodellierung für den Berliner Untergrund haben gezeigt, daß eine derartige Modellierung zusätzliche Informationen über ein hydraulisches System liefern kann. Der modellierte Untergrund stellt eine heterogene Abfolge von grundwasserleitenden und grundwasserhemmenden Schichten dar, die sich auch durch ihre physikalischen Eigenschaften auf eine Wärmeübertragung auswirkt. Es erfolgten getrennte Berechnungen der hydraulischen Verhältnisse sowie einer rein konduktiven Wärmeausbreitung. Diese Ergebnisse boten eine Vergleichsmöglichkeit zu den Ergebnissen der endgültigen gekoppelten Modellierung eines konduktiv-konvektiven Wärmetransportes. Bei der Eichung des Modells über gemessene Pegelstände und Temperaturen im Untersuchungsgebiet hat sich gezeigt, daß die Grundwasserentnahmen, die im Modell durch die Brunnen integriert wurden, nur teilweise einen Einfluß auf die großräumig betrachteten Grundwassergleichen haben. Das Einzugsgebiet des Wasserwerkes Johannisthal ist bestimmend für die Struktur der Grundwassergleichen, wogegen die kleineren Entnahmen der Eigenversorger keine wesentlichen Beeinträchtigungen der Isohypsen im Modell hervorrufen. Faßt man alle Modellierungsergebnisse zusammen, lassen sich bestimmte Merkmale der einzelnen Grundwasserleiter herausstellen. Für den oberflächennahen Grundwasserleiter ist der starke Einfluß durch die Grundwassemeubildung charakteristisch, sowie ein Temperaturfeld, das über-wiegend durch den Wärmeeintrag an der Oberfläche geprägt wird. Der jungpleistozäne Grundwasserleiter läßt sich anhand des unterschiedlichen Fließverhaltens deutlich vom zweiten Leiter trennen. Dieser hat gegenüber dem oberflächennahen Leiter eine höhere Abstandsgeschwindigkeit, folglich ist der konvektive Anteil am Wärmetransport höher. Auch der dritte Leiter läßt sich hydraulisch abgrenzen. In diesen Tiefen ist das Fließverhalten des Grundwassers, räumlich betrachtet, sehr differenziert. Lokal besitzt er hydraulischen Kontakt zu dem zweiten Leiter, in manchen Zonen nimmt die Abstandsgeschwindigkeit jedoch bis zu einem Minimalwert von 0,01 m/d ab. Dadurch kommt es im Modell zu einem vermehrten Anteil von konduktivem Wärmetransport, der sich durch die gemessenen Temperaturen nur vereinzelt nachweisen läßt. Eine Ungenauigkeit der Modellierung liegt bei den berechneten Temperaturen in größeren Tiefen bis -200 m NN. Der im Modell angenommene konvektive Anteil des Wärmetransportes ist sehr gering. Es liegen ferner zu wenig Ausgangsinformationen für eine ausreichende Modelleichung in diesen Tiefen vor. Durch die angenommene flächenhafte Verteilung der Grundwassemeubildungsraten hat sich gezeigt, daß ihre Einteilung nach dem Grad der Versiegelung der Oberfläche im Modell nur in Ausnahmefällen gültig ist. Die geringen Grundwassemeubildungsraten im dicht versiegelten Innenstadtbezirk wurden zu gering angenommen, wohingegen sich die Annahmen im Bereich des Grunewaldes durch die Modellergebnisse bestätigt haben.

The results which are presented of the modeling of the heat transport in the Underground of Berlin have showed that it is possible to get further Information about the hydraulic System. The Underground which has been studied consists of a hetergeneous series of permeable and impermeable layers. Relating to the physical properties the series has an influence on the heat transfer. There was a separate calculation of the hydraulic Situation and the conductive heat transfer. This results were compared to the modeling of the conductive - convective heat transport. The calibration of the model with the measurements of temperature and groundwater tables mirror that the discharge of the wells of the model has only got a local influence on the groundwater contour in the whole area. The catchment area of the production wells of Johannisthal is determined for the structure of the groundwater contours. However the small discharge of the industrial wells has no important effect on the modeling isohypses. Summarizing the modeling results there are some characteristics of the separate aquifers. For the first layer there exist two features. At first the recharge has got a very important influence. The second most important point is that the layer-temperature depends on the heat flow at the surface. Relating to the groundwater flow this aquifer of the younger Pleistocene differs clearly from the second. The flow velocity at the second layer is heigher than at the first. Therefore the convective heat transport is more important. The third layer has characteristic hydraulic properties, too. In such depth the local groundwater flow System is very different. On the one hand there are some hydraulic contacts with the second layer. On the other hand there is no more groundwater flow and the flow velocity is less than 0,01 m/d. In such way there is a great part of conductive heat transfer in the model. Only sometimes it is possible to prove this Situation with the measurements of the temperature. At greater depth as -200 m NN the modeling of the temperatures becomes more inaccurate. This fact has got two reasons. At first the assumed convective heat transport at the modeling is fewer than in reality. And at second the measurements for the calibration of the model in such depths are not sufficient. The modeling effect of the assuming global recharche depending on the sealing surface show that this dependence is rarely allowable in local situations. The modeling results reflect that the assuming low recharge in Strong sealing areas will produce a difference between the calculated and measured temperatures. Otherwise the assuming recharge at the area of the Grünewald confirm these results.