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Towards a more sustainable utilization of the urban geological subsurface: Insights from 3D thermohydraulic models
Frick, Maximilian
Berlin (Deutschland)
Selbstverlag
2018, XX,129 S., Abb., Tab., Lit., Kt.
Sprache: Englisch
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[Quelle: http://d-nb.info]
In this thesis I attempt to provide answers to the issues by relying on numerical modeling studies which are based on a detailed 3D reconstruction of the underground and on physical principles of heat-, fluid- and mass transport. I present models of increasing complexity and detail concerning all physical processes and boundary conditions at work, enabling detailed representations of the present state, and a reconstruction of the natural state of the system, that is, before any human intervention. Based on the understanding gained from these studies, I derive some conclusive asserts on sustainable utilization scenarios in the underground of Berlin, and based on similarities, of other large urban centers. An initial set of models investigated, for a first time, the effect of major surface water bodies (lakes and rivers) on the thermal and hydraulic configuration of the subsurface. The results of these models show that major surface water bodies significantly modify the shallow to intermediate geothermal and hydrogeological setting especially where connected to areas showing a certain degree of overprinting by human activities. The second set of models focused on reconstructing the natural state, that is, the state before pumping activities commenced. This step was deemed necessary in order to be able to quantify the modifications to the subsurface hydrothermal configuration as related to human activities. The reconstructed "natural" state shows a complete replenishment of the depression cones, resulting in a shift of recharge and discharge areas, where rivers and lakes display gaining conditions only. In a latter stage, the author carried out a quantitative study on the energetic potential of the underground, by conducting a systematic analysis of the geothermal potential stored at different levels beneath the city of Berlin. Two approaches were chosen to identify and quantify promising areas for geothermal utilization. All of these model results show most importantly that the subsurface thermal, hydraulic and mass distribution is highly sensitive to the parameters under study, which highlights the amount of caution that should be given to any planned change in the utilization of this space. This relates to any planned geothermal utilization of the different groundwater compartments which should be studied in depth using the models of the thesis as starting conditions.
Geothermie, Simulation(numerisch), Bodenmodellierung, Oberflächenwasser, Parameterstudie, geothermal, simulation (numerical), ground moulding, surface water,
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