Wärmetransport von der Atmosphäre durch den Untergrund zu Trinkwasserversorgungsleitungen

Die Trinkwasserqualität in Trinkwasserrohrnetzen kann in heißen Sommermonaten durch hohe Temperaturen beeinträchtigt werden, da schädliche Bakterien dadurch ideale Wachstumsbedingungen vorfinden. Daher sind Wasserversorger daran interessiert, die Temperatur in ihren Trinkwasserrohrnetzen abzuschätzen. Wir untersuchen sowohl experimentell als auch mithilfe numerischer Simulationen den Wärme‐ und Wassertransport von der Geländeoberfläche in den Untergrund (d. h. oberhalb von Trinkwasserleitungen). Mithilfe eines ausgeklügelten Ansatzes berücksichtigen wir die meteorologischen Forcing Functions bei der Modellierung der Randbedingungen für die Wärmebilanz an der Boden‐Atmosphären‐Grenzfläche. Von August bis Dezember 2020 wurden Bodentemperaturen und Bodenfeuchte in Abhängigkeit von Bodenart, Bodenbedeckung und Wetterdaten an einem Pilotstandort gemessen. Dieser Standort wurde eigens für diesen Zweck an der Universität Stuttgart mit Polyethylen‐ und Gussrohren und unter typischen In-situ-Bedingungen errichtet. Wir haben diese Schnittstellenrahmenbedingung an der Grenze zwischen Atmosphäre und Boden in einen integrierten nicht‐isothermen, variabel gesättigten (Richards‘) numerischen Simulator (DuMux 3) integriert. Nach der Kalibrierung konnte dadurch eine Übereinstimmung mit den gemessenen Bodentemperaturen mit einer Genauigkeit von ±2 ˚C ermöglicht werden. Die Bodenbedeckung beeinflusste die Bodentemperatur in bis zu 1,5 m Tiefe, der typischen Verlegetiefe von Trinkwasserrohren. Mit diesem Modell können wir die Temperatur der Grundwasserneubildung in der ungesättigten Bodenzone besser beschreiben und somit resiliente Trinkwasserversorgungsnetze auslegen.