Kostbare Ressourcen aus der Tiefe

Weil unsere Städte immer weit­er wach­sen, wer­den im Zuge dessen auch immer mehr Ressourcen im Unter­grund genutzt, etwa beim Bau von U- und S‑Bahn-Tun­neln, durch Geot­her­mie oder für die Trinkwasserver­sorgung. Forsch­er und Forscherin­nen der Tech­nis­chen Uni­ver­sität haben nun ein drei­di­men­sion­ales Unter­grund­mod­ell von München erstellt. Und dabei über­raschende Erken­nt­nisse gewon­nen, wie Dr. Kai Zosseder vom Lehrstuhl für Hydro­ge­olo­gie erklärt.

Herr Dr. Zosseder, warum müssen wir den Untergrund managen?

Prog­nosen gehen davon aus, dass bis zum Jahre 2050 über 70 Prozent der Welt­bevölkerung in Städten leben wer­den. Dabei wach­sen die Städte nicht nur über die Fläche und in die Höhe, son­dern auch die Tiefe. Etwa durch den Aus­bau des U‑Bahn-Net­zes oder den Bau von Tief­gara­gen. Der Unter­grund stellt auch wichtige Ressourcen für die Stadt zur Ver­fü­gung, unter anderem Grund­wass­er, das als Brauch- und Trinkwass­er benötigt wird oder auch die Erd­wärme als erneuer­bare Energiequelle. Der Unter­grund bietet zudem ein Spe­icher­poten­zial für Wärme, das drin­gend zur Flex­i­bil­isierung der Wärme­bere­it­stel­lung benötigt wird. Durch diese vie­len Ansprüche ergeben sich natür­lich Kon­flik­te, da sich ver­schiedene Nutzun­gen auss­chließen. Ander­er­seits kön­nten sie sich aber auch ergänzen. Um die Poten­ziale opti­mal nutzen zu kön­nen, ist daher eine nach­haltige Raum­pla­nung notwendig.

Wie kann so eine nachhaltige Raumplanung gelingen?

Wir haben im Pro­jekt „GeoPot“, das vom bay­erischen Umwelt­min­is­teri­um gefördert wird, ein 3D-Unter­grund­mod­ell von München erstellt. In diesem wer­den die Poten­ziale detail­liert dargestellt. So hat die Stadt ein Werkzeug an der Hand, das für die Tief­bau­pla­nung oder die Grund­wasser­pla­nung einen unschätzbaren Wert hat. Die Stadtwerke München nutzen das Mod­ell bere­its, um den U‑Bahn-Aus­bau bess­er pla­nen zu kön­nen. Dabei kön­nen die Tun­nel­wände gle­ichzeit­ig an bes­timmten Stellen für die Geot­her­mie genutzt wer­den. Das ist aber nur möglich, wenn wir wis­sen, wie der Unter­grund aussieht.

Wie genau haben Sie das 3‑D-Untergrundmodell erstellt?

Wir haben in einem Team mit sieben Forscherin­nen und Forsch­ern über fünf Jahre die Dat­en gesam­melt. Dazu haben wir etwa 20.000 Bohrun­gen aus­gew­ertet. Diese lagen bei der Stadt München bere­its vor, wur­den aber bish­er nur vere­inzelt für bes­timmte Vorhaben genutzt. Für diese Bohrun­gen gibt es Beschrei­bun­gen der Geolo­gie, also der Bodenbeschaf­fen­heit. Wir über­set­zen diese Beschrei­bun­gen in soge­nan­nte Korn­verteilungskur­ven. Wir kön­nen sagen, welche Gestein­sarten, also zum Beispiel Ton, Kies und Sand, in diesem Bohrab­schnitt prozen­tu­al vorhan­den sind. Wenn viel Kies zu find­en ist, heißt das, dass auch viel Wass­er vorhan­den ist, wegen der höheren Wasser­durch­läs­sigkeit. Bei einem hohen Anteil von Sand ist beispiel­sweise die Wärmeleit­fähigkeit höher und wir haben ein besseres Spe­icher­poten­zial. In den Mod­ellen sind natür­lich auch Unsicher­heit­en mit ein­berech­net. Man kann für die Pla­nung kon­ser­v­a­tive Mod­elle erstellen, um ganz sich­er zu gehen, oder auch etwas opti­mistis­chere Modelle.

Haben Sie bei der Auswertung des Modells überraschende Entdeckungen gemacht?

Eine sehr hohe Rel­e­vanz hat die Frage, wie die Grund­wasserkör­p­er zusam­men­hän­gen. Etwa, um berech­nen zu kön­nen, wie weit sich ein bes­timmter Schad­stoff aus­bre­it­et. Oder auch, wenn zum Beispiel ein Trinkwasser­brun­nen genehmigt wer­den soll, ist es wichtig zu wis­sen, ob hier Grund­wasser­stellen miteinan­der in Beziehung ste­hen. Es wurde bish­er immer ver­mutet, dass diese Inter­ak­tions­bere­iche nur an einzel­nen Stellen zu find­en sind. Aber in Wirk­lichkeit kom­men sie sehr viel häu­figer vor, wie wir jet­zt zeigen kon­nten – und was uns zum Teil auch über­rascht hat.

Wird das Modell noch weiterentwickelt?

Neue Dat­en, die wir durch Bohrun­gen, etwa aktuell im Zuge des Baus der neuen Stamm­strecke bekom­men, wer­den laufend in das Sys­tem eingepflegt, um das Mod­ell noch genauer zu machen. Wir arbeit­en momen­tan außer­dem daran, Spe­icher­poten­ziale auszuweisen. Wärme­spe­ich­er im Unter­grund sind für die Energiev­er­sorg­er sehr inter­essiert, und nur über ein Unter­grund­pla­nungstool kön­nen sie effizient genutzt wer­den. Außer­dem möcht­en wir mit dem Mod­ell noch weit­er in die Tiefe gehen, wo sich noch weit­ere Nutzungspoten­ziale befinden.