@phdthesis{Barthel2000,
  author    = {Barthel, Roland},
  title     = {Einsatz von Geoinformationssystemen (GIS) zur geologischen Standortbewertung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-1179229},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2000},
  abstract  = {Die vorliegende Untersuchung befaßt sich mit den Einsatzm{\"o}glichkeiten von Geoinformationssystemen (GIS) bei der Bewertung von Einzelstandorten oder gr{\"o}ßeren zusammenh{\"a}ngenden Gebieten im Hinblick auf die Eignung zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis 200m Tiefe. Untersuchungsregion ist der Regierungsbezirk Unterfranken in Nordbayern (8500km2). Die durchgef{\"u}hrten Arbeiten beinhalten die Ermittlung, Sammlung und Organisation der f{\"u}r die Bewertung notwendigen Basisdaten, die Festlegung geeigneter Bewertungskriterien f{\"u}r die verschiedenen Verfahren der thermischen Nutzung und die Erarbeitung von Bewertungskonzeptionen. Unterschiedliche Bewertungsans{\"a}tze wurden auf die Untersuchungsregion bzw. auf Ausschnitte angewendet und die Ergebnisse in Form einer qualitativen Aufwand-Nutzen-Analyse verglichen. Besonders eingehend wurden M{\"o}glichkeiten zur Erstellung von {\"U}bersichtsdarstellungen mittleren Maßstabs sowie ein „Expertensystemansatz" betrachtet, der eine interaktive, individuelle Standortanalyse erm{\"o}glicht. F{\"u}r den Expertensystemansatz wurde eine entsprechende Anwendung in einer GIS-Umgebung (Avenue, ArcView GIS 3.2) programmiert. Wesentlicher Bestandteil beider Konzeptionen ist ein quasi-dreidimensionales geologisch-hydrogeologisches Untergrundmodell, das die Ber{\"u}cksichtigung der dreidimensionalen Verteilung der relevanten Untergrundparameter bei der Standortbewertung erlaubt. Die Arbeit beinhaltet eine Erl{\"a}uterung der maßgeblichen Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der geologischen Anforderungen, eine Beschreibung der beteiligten geologischen, hydrogeologischen und physikalischen Parameter und Prozesse, eine {\"U}bersichtsdarstellung der geologischen Verh{\"a}ltnisse in Unterfranken sowie eine Einf{\"u}hrung in die angewendeten GIS-Konzepte und Methoden. Zur thermischen Nutzung des flachen Untergrundes bis etwa 200m Tiefe bestehen prinzipiell zwei M{\"o}glichkeiten: die Gewinnung von Niedrigtemperaturw{\"a}rme aus Boden und Grundwasser mit Hilfe von W{\"a}rmepumpen sowie die saisonale Speicherung von Solar- oder {\"U}berschußw{\"a}rme in Erdw{\"a}rmespeichern. Beide Verfahren sind auch zu K{\"u}hlzwecken einsetzbar. Obwohl entsprechende Techniken seit mehreren Jahrzehnten untersucht werden, sind thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Deutschland, verglichen mit anderen L{\"a}ndern wie der Schweiz, Schweden oder den USA, bislang wenig verbreitet. Grund hierf{\"u}r ist auch das Fehlen regionalspezifischer Untersuchungen, die den potentiellen Nutzern schon im Vorfeld ihrer Planungen die M{\"o}glichkeiten und Einschr{\"a}nkungen an ihrem Standort aufzeigen. Die Eignung eines Standorts wird durch naturr{\"a}umliche Faktoren (geologisch-physikalische, klimatische und geomorphologische Bedingungen), infrastrukturelle Faktoren (Besiedlungsstruktur, Erschließung) und durch rechtliche Faktoren (Genehmigungsfragen, Nutzungsbedingungen) bestimmt. Insgesamt ergibt sich aus der Vielzahl von Einflußfaktoren ein komplexes System, das, da es vorrangig durch raumbezogene Parameter bestimmt ist, am sinnvollsten in einem GIS beschrieben und analysiert werden kann. Ein solches GIS muß zum einen die erforderlichen Basisdaten, zum anderen spezielle Analyseverfahren zur Verf{\"u}gung stellen. Weiterhin m{\"u}ssen Kriterien vorhanden sein, die auf die in der Untersuchungsregion vorliegenden Verh{\"a}ltnisse anwendbar sind und eine aussagekr{\"a}ftige Beurteilung erlauben. Mit diesen drei Komponenten erh{\"a}lt der Benutzer des GIS die M{\"o}glichkeit, Bewertungen f{\"u}r eine vom ihm gew{\"u}nschte Anlagenkonzeption an einem bestimmten Standort zu erstellen. Die Aufstellung angemessener Bewertungskriterien stellt dabei eine der wesentlichen Schwierigkeiten dar. Zus{\"a}tzlich ist es bereichsweise schwierig oder gar unm{\"o}glich, die f{\"u}r die Analyse notwendigen Basisdaten bereitzustellen. Vergleichsweise unproblematisch ist dagegen die Festlegung angemessener Analyseverfahren. Der Schwerpunkt der Untersuchung lag auf der Beantwortung der Frage, inwieweit sich GIS sinnvoll bei der Standortbewertung f{\"u}r die thermische Nutzung des Untergrundes in Unterfranken einsetzen lassen. Dabei konnte festgestellt werden, daß der Einsatz von GIS f{\"u}r die Erstellung von {\"U}bersichtskarten mittleren Maßstabs des Potentials bis etwa 1:100.000 m{\"o}glich und mit nicht allzu hohem Aufwand durchzuf{\"u}hren ist. Die Erstellung solcher Karten erscheint sinnvoll f{\"u}r die Information von B{\"u}rgern, planenden Firmen und Genehmigungsbeh{\"o}rden sowie zur Ermittlung des Potentials im Rahmen von {\"u}berregionalen Planungen. Entsprechende Karten k{\"o}nnen gedruckt oder in digitalem Format verbreitet werden. Im Fall der digitalen Verbreitung ist eine interaktive Benutzerf{\"u}hrung realisierbar. Solche {\"U}bersichtskarten bieten aber weder eine echte Hilfestellung f{\"u}r die Planung konkreter Projekte noch kann von ihnen eine rechtliche Sicherheit im Bezug auf Genehmigungsfragen erwartet werden. Ein deutlich h{\"o}herer Arbeitsaufwand ist zur Erstellung von GIS-Anwendungen erforderlich, die konkret zur Anlagenplanung bei bereits festgelegtem oder noch zu ermittelndem Standort eingesetzt werden sollen. Da hier individuelle lage- und projektspezifische Gegebenheiten zu ber{\"u}cksichtigen und Informationen aus unterschiedlichen Fachgebieten zu verarbeiten sind, bietet es sich an, solche „Planungsinstrumente" in Form sogenannter „Expertensysteme" zu konzipieren. In einem solchen System wird die Eignung eines Standortes entsprechend einer vom Nutzer vorgegebenen Anlagenkonzeption individuell bestimmt. Der Vorteil eines solchen interaktiven Konzepts liegt darin, daß es weitaus flexibler ist als ein Kartenwerk, das im Allgemeinen nicht beliebig oft aktualisiert und an ge{\"a}nderte Anforderungen angepaßt werden kann. In das Expertensystem k{\"o}nnen Berechnungs- und Auslegungsprogramme, die Daten aus dem GIS beziehen, einbezogen werden. Grundvoraussetzung f{\"u}r eine aussagekr{\"a}ftige Beurteilung der geologisch- hydrogeologischen Situation innerhalb eines solchen Expertensystems ist ein dreidimensionales Untergrundmodell, das es erm{\"o}glicht, teufenabh{\"a}ngige Informationen {\"u}ber relevante Parameter am betrachteten Standort abzurufen und diese mit Hilfe von angepaßten Bewertungsalgorithmen zu verarbeiten. Die Detailtreue des Modells ist dabei gleichermaßen bestimmend f{\"u}r die Signifikanz der Bewertungsergebnisse, wie die angemessene Definition der Bewertungskriterien. In der vorliegenden Untersuchung wurde f{\"u}r einen neun Bl{\"a}tter der TK25 umfassenden Ausschnitt im s{\"u}dlichen Unterfranken ein entsprechendes Untergrundmodell erstellt. Die Erstellung eines anwendungstauglichen Expertensystems war im Rahmen dieser Untersuchung nicht m{\"o}glich. Es wurde allerdings eine GIS-Anwendungen erstellt, die die grundlegenden Elemente eines Expertensystems beinhaltet. Dieses Programm erm{\"o}glicht es, Standortbewertungen f{\"u}r Einzelpunkte oder gr{\"o}ßere zusammenh{\"a}ngende Fl{\"a}chen zu berechnen und zus{\"a}tzlich alle relevanten Informationen, die in der Datenbasis enthalten sind, abzurufen. Die Ergebnisse k{\"o}nnen kartenm{\"a}ßig dargestellt oder in Form eines Ergebnisprotokolls ausgegeben werden. Der Schwerpunkt des Bewertungskonzepts wurde auf die Bewertung von Erdsondenw{\"a}rmespeichern gelegt, es k{\"o}nnen aber auch Standortbewertungen f{\"u}r erdgekoppelte W{\"a}rmepumpenanlagen mit Erdsonden erstellt werden. Der Benutzer hat neben der Auswahl des zu bewertenden Verfahrens die M{\"o}glichkeit, die Tiefe, f{\"u}r die die Bewertung g{\"u}ltig sein soll, festzulegen. Dar{\"u}berhinaus kann festgelegt werden, ob die Bewertung beispielsweise unter Einbeziehung rechtlicher Fragestellungen erfolgen soll. Es zeigt sich, daß von einem solchen System ein hoher Nutzen zu erwarten ist. Gleichzeitig ist der Aufwand zur Erstellung sehr hoch. Die Datenerhebung und -aufbereitung stellt dabei den weitaus gr{\"o}ßten Arbeitsaufwand dar. Ob es lohnend ist, entsprechende Expertensysteme f{\"u}r gr{\"o}ßere Gebiete zu erstellen, h{\"a}ngt von der zuk{\"u}nftigen Entwicklung der oberfl{\"a}chennahen thermischen Nutzung des Untergrundes ab. Derzeit scheint die Nachfrage, in Anbetracht der zu erwartenden Kosten, noch gering. Neben der grunds{\"a}tzlichen Betrachtung der Einsatzm{\"o}glichkeiten von GIS, wurde das geologische Potential f{\"u}r thermische Nutzungen des flachen Untergrundes in Unterfranken untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß f{\"u}r die Speicherung thermischer Energie im Untergrund mit vertikalen Erdsonden m{\"a}ßig gute bis gute Voraussetzungen bestehen. Das Potential wird allerdings durch infrastrukturelle und vor allem rechtliche Einschr{\"a}nkungen gemindert. Dagegen sind die geologischen Verh{\"a}ltnisse f{\"u}r die Aquiferspeicherung ungeeignet. Die Gewinnung von W{\"a}rmeenergie aus dem Untergrund mit Hilfe von W{\"a}rmepumpen ist in Unterfranken aus geologischer Sicht in sehr vielen Bereichen m{\"o}glich. Besonders geeignet sind vertikale Erdreichw{\"a}rmetauscher (Erdsonden), die in fast allen Gebieten eingesetzt werden k{\"o}nnen. Viele Gebiete weisen sogar ausgesprochen g{\"u}nstige Voraussetzungen auf. Die Einsatzm{\"o}glichkeiten von grundwassergekoppelten W{\"a}rmepumpen beschr{\"a}nken sich dagegen auf die pleistoz{\"a}nen Aquifere der Flußt{\"a}ler, die zwar aufgrund der hohen Besiedlungsdichte ein gesteigertes Nachfragepotential aufweisen, anderseits aber bereits intensiv f{\"u}r die Vorrang genießende Trinkwasserversorgung genutzt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung gelten vorwiegend f{\"u}r den Raum Unterfranken. Sie sind aber weitgehend auch auf das S{\"u}ddeutsche Schichtstufenland und andere, von mesozoischen Gesteinen gepr{\"a}gte Bereiche {\"u}bertragbar. Deutliche Unterschiede bez{\"u}glich der geologisch-hydrogeologischen Situation bestehen dagegen z.B. im s{\"u}ddeutschen Molassebecken oder im gesamten Bereich der norddeutschen Tiefebene. Die entwickelten Bewertungskonzeptionen k{\"o}nnen letztlich an vielf{\"a}ltige geologische Verh{\"a}ltnisse angepaßt werden. Ihre Anwendung beschr{\"a}nkt sich dabei nicht auf die Verfahren der thermischen Nutzung des Untergrundes, sondern ist prinzipiell in allen Bereichen m{\"o}glich, in denen eine geologisch-hydrogeologische Beurteilung des Untergrundes erforderlich ist.},
  subject      = {Unterfranken},
  language  = {de}
}