Die chronologische Liste zeigt aktuelle Veröffentlichungen aus dem Forschungsbetrieb der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf. Zuständig ist das Zentrum für Forschung und Wissenstransfer (ZFW).
Managed aquifer recharge (MAR) is an emerging solution to effectively replenish overused groundwater resources, but high associated costs often hinder its uptake. There are several parameters to consider when determining the cost of MAR, including recharge types, scale of MAR schemes, land acquisition, operation and maintenance period, and the hydrogeological setting. Hydraulic conductivity and its spatial variability are the most significant hydrogeological parameters for predicting infiltration rates at MAR sites, but limited data availability makes accurate predictions often challenging. Hence, it is essential to increase data availability to optimize MAR efficiency and to better assess its economic performance. Therefore, a novel approach for MAR planning is presented in this article to efficiently enhance the data availability during the conceptual stage of MAR planning by combining site exploration, spatially resolved infiltration rate estimation, and cost analysis. The approach was applied at an actual MAR site in Vincenza, Italy, and incorporated an electromagnetic induction survey and direct push profiling as across-scale investigation methods to enhance site delineation and subsequent parameterization of the identified zones using laboratory analysis of collected samples. This MAR site is particularly suitable for its heterogeneous subsurface structure and potential to counteract groundwater depletion. The performed investigation resulted in an image of the lateral variation of subsurface conditions and allowed the delineation of three zones with different infiltration behavior, with 99.5% of infiltration occurring in just two zones, representing only 22.1% of the site. In this particular scenario, the overall cost per cubic meter of recharged water can be reduced by 59.1% by identifying and eliminating unfavorable zones. This study provides scientists and practitioners with a useful tool for MAR planning that can be applied to a wide range of sites with complex geology, thereby reducing water costs, minimizing the environmental impact of infrastructure construction, and reducing land use conflicts.
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Anke Bucher,
Haibing Shao,
Rüdiger Grimm,
Stephan Schönfelder,
Jakob Randow,
Prof. Dr. Thomas Vienken,
Karsten Rink,
Konstanze Zschoke
Einzigartiges Kompendium für die Planung oberflächennaher geothermischer SystemeKombination von experimenteller Arbeit und ComputersimulationDatenbank, die experimentelle Daten und numerische Simulationen kombiniertVirtuelle Realität als Werkzeug zur Daten- und Modellanalyse
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Anke Bucher,
Uwe-Jens Görke,
Rüdiger Grimm,
Nele Hastreiter,
Olaf Kolditz,
Katrin Lubashevsky,
Jakob Randow,
Karsten Rink,
Simon Richter,
Stephan Schönfelder,
Haibing Shao,
Prof. Dr. Thomas Vienken,
Konstanze Zschoke
Im Jahre 2015 wohnten etwa 75 % der deutschen Bevölkerung in Städten (Statista 2018). Entsprechend dem Ziel des Energiekonzepts der Bundesregierung (Bundesregierung 2018), den Gebäudebestandteil bis 2050 nahezu klimaneutral zu gestalten, spielen städtische Quartiere eine herausragende Rolle bei der Steigerung von Energieeffizienz und somit der Senkung von Schadstoffemissionen. Laut Angaben des Umweltbundesamtes betrug der Anteil von Wärme/Kälte im Jahr 2012 knapp 51 % am Endenergieverbrauch in Deutschland. In privaten Haushalten ist der thermische Anteil mit bis zu 80 % gemessen am Verbrauch von Endenergie noch deutlich größer. Davon stammten 2016 lediglich 13,4 % aus erneuerbaren Quellen (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz 2022), mit einem seit 2012 nahezu stagnierenden Anteil. Diese Zahlen verdeutlichen das große Effizienzpotenzial von Stadtquartieren im Wärmesektor und deren Schlüsselrolle im Prozess der Energiewende.
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Steve Henker,
Nele Hastreiter,
Jakob Randow,
Karsten Rink,
Paul Satke,
Prof. Dr. Thomas Vienken
Für die im Verbundprojekt Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze zum Heizen und Kühlen von Stadtquartieren unter Nutzung des oberflächennahen geologischen Raumes (EASyQuart) durchgeführten Untersuchungen, Validierungen und Realmessungen wurden eine Reihe von Standorten und -modellen verwendet. Mit der Einschränkung, dass kein einheitliches Gesamtmodell für die Durchführung aller Vorhaben an einem Standort zur Verfügung stand, wurden für die jeweiligen Anwendungsfälle spezifische Bezugspunkte genutzt.
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Nele Hastreiter,
Steve Henker,
Marco Pohle,
Ulrike Werban,
Prof. Dr. Thomas Vienken
Im Rahmen des Projektes Energieeffiziente Auslegung und Planung dezentraler Versorgungsnetze zum Heizen und Kühlen von Stadtquartieren unter Nutzung des oberflächennahen geologischen Raumes (EASyQuart) wurden die Anforderungen an die Erkundung und das Monitoring untersucht, die aus der geothermischen Erschließung auf Wohngebietsskala hervorgehen. Diese besonderen Anforderungen entstehen aus der räumlichen Dimension der Untersuchungsgebiete sowie aus der hohen geothermischen Nutzungsdichte bei Quartieren.
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Jakob Randow,
Anke Bucher,
Uwe-Jens Görke,
Rüdiger Grimm,
Nele Hastreiter,
Olaf Kolditz,
Katrin Lubashevsky,
Simon Richter,
Karsten Rink,
Stephan Schönfelder,
Haibing Shao,
Prof. Dr. Thomas Vienken,
Konstanze Zschoke
Ein wesentlicher Teil des Innovationsgehalts von EASyQuart besteht darin, offene wissenschaftliche Fragestellungen bei der Optimierung großflächiger oberflächennaher Geothermienetzwerke klären zu helfen (z. B. durch Anpassung, Entwicklung und Bewertung standort- und prozessbezogener Erkundungs- und Monitoringverfahren, Sensitivitätsstudien, numerische Unsicherheitsanalysen sowie gekoppelte Simulationen des Gesamtsystems Untergrund-Haustechnik). Zudem wurden exemplarisch konkrete Prognoseinstrumentarien zur standortbasierten Analyse der Versorgungs- und Bedarfsseite für verschiedene Arbeitsschritte eines Auslegungs- und Planungsprozesses oberflächennaher geothermischer Anlagen zum Heizen und Kühlen erstellt und mit Daten realer Standorte validiert. Auf dieser Basis konnten vom Verbundvorhaben Empfehlungen für die Flexibilisierung von Auslegungsverfahren und regulativen Rahmenbedingungen für Errichtung und Betrieb der betrachteten Systeme formuliert werden.
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Maria Chiara Lippera,
Ulrike Werban,
Prof. Dr. Thomas Vienken
Managed Aquifer Recharge (MAR) sites suffer from the long-lasting problem of clogging. The causes of clogging are physical, biological, chemical and mechanical processes and their complex interaction, with physical clogging being recognised as the predominant process. The intrusion and deposition of particles during water recharge affect the hydraulic properties of the infiltration surface, resulting in a decline in the infiltration capacity of the site over the operating years. Cleaning operations are necessary to restore the original infiltration rates. For this purpose, assessing the risk of clogging can determine the site’s vulnerability and improve the scheme’s design. Numerical models are essential to replicate physical clogging processes and predict the decline in infiltration rates. So far, predictive tools for physical clogging assessment have been missing in MAR literature. Hence, the purpose of this study is to analyse and reorganise physical clogging models from applied engineering fields dealing with water infiltration in natural heterogeneous systems. The modelling approaches are illustrated, starting from the main assumptions and conceptualisation of the soil volume and intruding particles. The individual processes are untangled from the multiple studies and reorganised in a systematic comparison of mathematical equations relevant to MAR applications. The numerical models’ predictive power is evaluated for transferability, following limitations and recommendations for a process-based model applicable to surface spreading schemes. Finally, perspectives are given for clogging risk assessment at MAR sites from modelling and site characterisation. The predictive tool could assist decision-makers in planning the MAR site by implementing cost-effective strategies to lower the risk of physical clogging.
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Maria Chiara Lippera,
Ulrike Werban,
Rudy Rossetto,
Prof. Dr. Thomas Vienken
Managed aquifer recharge (MAR) techniques are in demand to cope with water scarcity challenges posed by climate change and groundwater overexploitation. One of the long-lasting technical issues associated with MAR systems is physical clogging. The intrusion and deposition of external fines during water recharge reduce the infiltration capacity of the site over time. Operation and maintenance (O&M) costs are experienced directly at the site to restore the original efficiency of infiltration rates. Thus, investors need reliable estimations of the risk of clogging during the planning of the site. As a rule, in MAR design, the main parameter of concern for physical clogging is the total suspended solids (TSS), and most clogging models rely on experiment calibrations in 1D sand columns. However, secondary processes can control the development and spatial distribution of physical clogging in field conditions. The proposed work aims to detect key clogging factors directly in the field and to model these processes for reproducibility at other sites. The fieldwork is conducted at the two-stage infiltration basin in Suvereto (Tuscany, Italy). Spatial factors are included in the analysis (i.e. basin topography) to explain clogging patterns in the field altered by erosion processes. The observed clogging profiles at two sampled locations exhibiting clogging are replicated by a mathematical model. Based on the computation of annual erosion rates in the pond and fines’ redistribution, the exceeding fines’ contents over depth are validated with an RMSE of 2.53% and 12.53%. The infiltration capacity of the site is estimated to reach a stable value of 90% of the initial infiltration capacity over 20 years, given the Suvereto basin features. The model's parameterisation from field measurements represents a great advantage over existing clogging models due to its transferability to other MAR sites. The assessment of the risk of clogging supported by field characterization and numerical modelling is cost-effective and assists the deduction of O&M schemes for MAR sites.
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Betreuung der Publikationsseiten
Gerhard Radlmayr
Referent für Wissenstransfer und Forschungskommunikation
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