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Erdwärmenutzung: Lohnt sich eine Probebohrung?

Für das nachhaltige Heizen und Kühlen mittels Geothermie sind bei grösseren Anlagen meistens mehrere Erdwärmesonden nötig. Für eine effiziente...

Für das nachhaltige Heizen und Kühlen mittels Geothermie sind bei grösseren Anlagen meistens mehrere Erdwärmesonden nötig. Für eine effiziente Dimensionierung eines solchen Erdwärmesondenfeldes empfiehlt es sich, eine Probebohrung durchzuführen. Diese erspart später unnötige und teure Bohrmeter und sichert eine langfristige, reibungslose Nutzung.




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Die untiefe bzw. oberflächennahe Erdwärmenutzung ist inzwischen eine etablierte Technologie. Selbst grosse Gebäudekomplexe können so beheizt und gekühlt werden. Dabei wird die Thermik des untiefen Untergrundes – also des Untergrundes bis 500 Meter unter der Oberfläche – genutzt. Um später keine unliebsamen Überraschungen zu erleben, lohnt es sich, in eine sorgfältige Planung zu investieren.

Erdwärmesonden als unerschöpfliche Wärmequelle?


Jein. Zwar fliesst die Erdwärme aus dem Erdinnern tatsächlich immer wieder nach, aber je nach Leitfähigkeit des Untergrundes unterschiedlich schnell. Bei falscher oder schlechter Planung kann es deshalb vorkommen, dass die Erdwärme am Projektstandort lokal plötzlich «erschöpft» ist – und die entsprechende Erdwärmesonden nicht mehr genügend Wärme aufnehmen kann. In diesem Fall verringert sich die Effizienz der Wärmepumpe, wodurch mehr Strom für den Betrieb des Systems erforderlich wird. Im schlimmsten Fall muss temporär auf alternative Heizmethoden umgestellt werden, bis sich der Untergrund wieder natürlich regeneriert und erwärmt hat. Die Kosten für die Sanierung einer unterdimensionierten Anlage übersteigen die Kosten für eine saubere Planung bei Weitem.



Um einem solchen Szenario vorzubeugen, simulieren wir in einem Modell die Wärmeverhältnisse im Untergrund bei der erwarteten Nutzung über mehrere Jahrzehnte in die Zukunft. Nur wenn wir sehen, dass der Untergrund auch nach 50 Jahren noch genügend Wärme abgeben kann, ist eine weitere Planung sinnvoll.

Eine Probebohrung mit den entsprechenden Tests und Modellierungen ist aber noch aus einem weiteren Grund sinnvoll: Findet diese nicht statt, müssen die Erdwärmesonden mit einer gewissen Sicherheitsreserve eingebaut werden. Da der grösste Kostenfaktor die Bohrkosten sind, die pro Laufmeter verrechnet werden, wird dies schnell teuer. Die zusätzlichen Kosten einer Probebohrung werden also höchstwahrscheinlich später wieder eingespart, indem weniger Bohrmeter nötig sind.

Bei komplexen Untergrundverhältnissen und grösseren Anlagen ab vier Erdwärmesonden empfehlen wir deshalb in jedem Fall die Durchführung einer Probebohrung.

In komplexeren Fällen dient eine Probebohrung zudem für das Bewilligungsverfahren.



Welche Messungen werden bei einer Probebohrung durchgeführt?

Weil der Untergrund von Natur her heterogen ist, sind Messung am Standort der Bauvorhaben und im Massstab der Anlage notwendig. Grundsätzlich geht es dabei darum, die genaue Bodentemperatur über die Länge der Sonde sowie die Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds zu ermitteln. Damit werden viele Unsicherheiten aus dem Weg geräumt und die Planung massgeblich erleichtert.

Unsere Methoden im Detail:

  • Geologische Begleitung: Die geologische Begleitung der Probebohrung ist sehr wichtig.

  • In-Situ Messungen: Zu den sogenannten «in-Situ» Messungen – also Messungen, welche unmittelbar bei der Probebohrung vor Ort aufgenommen werden – gehören folgende Tests:

  • TRT: Mit einem Thermal Response Test (TRT) wird einerseits die Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds und andererseits die Fähigkeit der Erdwärmesonde, die Wärme zu übertragen, ermittelt. Dabei wird über die Sondenflüssigkeit Wärme in den Untergrund injiziert und deren Temperaturveränderung überwacht.

  • DTS: Beim Distributed Temperature Sensing (DTS) wird ein Glasfaserkabel in die Probebohrung verlegt. Anschliessend wird in Laser-Puls in das Glasfaserkabel gesendet und das im Kabel gestreute und reflektierte Signal mit einem Messgerät erfasst. Die Auswertung erlaubt die Bestimmung der Temperatur auf der ganzen Länge des Glasfaserkabels. Das Kabel dient nach der Fertigstellung des Sondenfeldes zudem zur permanenten Überwachung der Anlage.

  • GEOsniff: Bei dieser Methode wird ein kabelloses, kugelförmiges Messgerät direkt in die Sonde eingeführt. Während dieses langsam an den Fuss der Erdwärmesonde sinkt, werden über die gesamte Länge der Sonde Temperatur und Druck gemessen. Anschliessend wird das Gerät durch Einpumpen von Wasser in das U-Rohr wieder herausgespült. So können wir die vertikale Verteilung der Temperatur messen.

  • E-TRT: Mit der Kombination von DTS- und TRT-Messung können wir zusätzlich einen sogenannten erweiterten Thermal Response Test (E-TRT) ausführen. Dieses spezielle Verfahren erlaubt die Bestimmung eines Profils der Wärmeleitfähigkeit. Dadurch kann die Anlage weiter optimiert werden.

  • Simulierung: Mit all diesen ermittelten Untergrundkennwerten führen wir schliesslich eine Simulation für die geplante Lebensdauer der gesamten Anlage durch und berechnen die Dimensionen der Anlage. Dabei werden, neben den thermischen und geologischen Eigenschaften des Untergrunds, auch die Nutzung der Gebäude sowie die Eigenschaften der geplanten Wärmepumpe berücksichtigt. Mit der Dimensionierung stellen wir sicher, dass die minimale Temperatur in der Anlage die von der Norm vorgeschriebene minimale Temperatur während der Lebensdauer nicht unterschreitet. So können wir neben der Sondenlänge die genaue Anzahl sowie den optimalen Abstand zwischen den Erdwärmesonden ermitteln.


Die Vorteile einer Erdwärmesondenanlage im Überblick:

  • Die Betriebs- und Unterhaltskosten sind gering – und zudem unabhängig von Preisschwankungen.
  • Erdwärmesonden sind klimafreundlich und erneuerbar.
  • Erdwärme ist wetterunabhängig.
  • Die Versorgung ist lokal sichergestellt und unabhängig von Lieferungen aus dem Ausland.


Tipps für eine erfolgreiche Erdwärmenutzung:

  • Auf der interaktiven Erdwärmesondenkarte kann geprüft werden, ob am gewünschten Standort eine Erdsondenbohrung erlaubt ist. Wichtig: Auch in den «grünen Zonen» ist eine Bewilligung des zuständigen Amtes notwendig.
  • Für eine Erdwärmenutzung in den gelben Zonen muss beim zuständigen Amt eine Voranfrage getätigt und allenfalls ein geologisches bzw. hydrogeologisches Gutachten erstellt werden. Erlauben die örtlichen Verhältnisse aufgrund der Untersuchungsresultate die Erdwärmenutzung, kann das Amt diese bewilligen.
  • Frühzeitige Planung: Das ganze Verfahren bis zur Fertigstellung eines Sondenfeldes braucht Zeit! Wir empfehlen daher, die Probebohrung, die in-situ Messungen und die Dimensionierung frühzeitig vorzunehmen, idealerweise im Rahmen der Vorstudie oder spätestens bei der Projektierung.

 

 

Beprobung von Lockergesteins- und Tiefengrundwasser im Raum Basel

Im Frühsommer 2020 hat GEOTEST Basel im Auftrag des Amts für Umweltschutz BL (AUE BL) zwei grosse Grundwasserprobenahmekampagnen in den Gemeinden...

Im Frühsommer 2020 hat GEOTEST Basel im Auftrag des Amts für Umweltschutz BL (AUE BL) zwei grosse Grundwasserprobenahmekampagnen in den Gemeinden Allschwil und Muttenz/Pratteln durchgeführt.

In Allschwil wurde das oberflächennahe Lockergesteinsgrundwasservorkommen in mehr als 30 Messstellen beprobt. Neben einem konventionellen Analytikprogramm sind die Proben zusätzlich in einem spezialisiertenLabor auf perfluorierte Tenside (PFT) untersucht worden.


GEOTEST-Feldtechnik im Einsatz.

In Muttenz/Pratteln wurde der Muschelkalk-Grundwasserleiter in mehr als 60 Messstellen beprobt. Je nach Flurabstand des Grundwasserspiegels (in Einzelfällen > 100 m) kamen dabei verschiedene

Probenahmetechniken zur Anwendung, wie Pumpproben, Stickstoff-Hebeverfahren und Tiefenbailer inklusive Fluidlogging. Die Grundwasserproben wurden im Anschluss an die Probenahme im Rahmen eines umfangreichen Analytikprogramms untersucht (Elementanalytik, organische Verbindungen, PFT, Spurenstoffe, verschiedene Isotopenverhältnisse).


Einsatz des Tiefenbailers in einer mehrfach verfilterten Grundwasserbohrung.

Mit den Untersuchungen konnten äusserst wertvolle Daten zu der qualitativen Entwicklung der natürlichen Grundwasservorkommen gewonnen werden, was für einen langfristigen und effektiven Schutz dieser lebenswichtigen Ressource von grosser Bedeutung ist.

Das Team GEOTEST Basel bedankt sich bei seinen engagierten Feldtechnikern für den grossen Einsatz sowie beim AUE BL für die Zusammenarbeit.


Ermittlung der Feldparameter und Kontrolle der Vorpumpmenge.


Probenahmegefässe für eine umfangreiche und anspruchsvolle Grundwasseranalytik.

Prez-vers-Noréaz: Neue Umfahrungsstrasse

Auf der Strassenachse Fribourg - Prez - Payerne - Estavayer soll nördlich des Dorfes Prez-vers-Noréaz eine neue Umfahrungsstrasse von rund 3'700 m...

Auf der Strassenachse Fribourg - Prez - Payerne – Estavayer soll nördlich des Dorfes Prez-vers-Noréaz eine neue Umfahrungsstrasse von rund 3'700 m Länge entstehen. Anfang Juli 2019 kündigte das Tiefbauamt (TBA) des Kantons Fribourg den Start der Vorprojektstudie an.



Bereits seit Anfang 2019 ist auch GEOTEST stark in das Projekt eingebunden, insbesondere in den folgenden Bereichen:

  • Geotechnische Vorstudie
  • Bodenkundliche Beurteilung: Bodenschutzkonzept und Konzept für die Bodenverwertung in der unmittelbaren Umgebung
  • Hydrogeologische Überwachung des Grundwassers und der Quellen



Zudem ist GEOTEST bei der Entstehung weiterer neuer Strassenabschnitten oder Umfahrungsstrassen in der Region Fribourg involviert, beispielsweise dem neuen Autobahnanschluss Matran (geotechnische, geologische und hydrogeologische Vorstudie für das Bundesamt für Strassen ASTRA), dem neuen Autobahnknotenpunkt Fribourg Süd mit Anschluss an das Kantonsspital HFR (geotechnische Untersuchung für das ASTRA und das TBA Fribourg), dem neuen Strassenabschnitt Marly-Matran (geotechnische, geologische und hydrogeologische Untersuchung für das TBA Fribourg) und der Umgehungsstrasse von Romont (Umweltverträglichkeitsstudie für das TBA Fribourg).



Wir freuen uns, zum Gelingen dieser grossen Projekte beitragen zu dürfen!

 

 

Schlechter Boden? Das können wir ändern!

Wenn eine effiziente landwirtschaftliche Nutzung nicht mehr gewährleistet ist, kann eine Terrainveränderung Abhilfe schaffen. So wie auf der «Huser...

Wenn eine effiziente landwirtschaftliche Nutzung nicht mehr gewährleistet ist, kann eine Terrainveränderung Abhilfe schaffen. So wie auf der «Huser Allmend», zwischen Rifferswil und Hausen am Albis.


Die «Huser Allmend», welche erst jahrzehntelang intensiv zur Torfgewinnung und seit den 1950er Jahren landwirtschaftlich genutzt worden ist, stellt deren Besitzer zunehmend vor Probleme: Der Boden sackt. Dadurch wird der Abstand zwischen Grundwasserspiegel und Bodenoberfläche geringer, was zu einer zunehmenden Vernässung führt. Dies wiederum hemmt das Wurzelwachstum der kultivierten Pflanzen und schränkt die Tragfähigkeit des Bodens bei Saat, Pflege und Ernte stark ein.



Landeskarte (Swisstopo) mit markiertem Projektperimeter.


Orthofoto (Swisstopo 2015) mit markiertem Projektperimeter.


Die Lösung des Problems skizzierte ein – mit Beteiligung von GEOTEST erstelltes – Vorprojekt: Eine längerfristige landwirtschaftliche Nutzung kann am besten über eine grossflächige Terrainveränderung mit Einbau von mineralischem Unterboden- und Untergrundmaterial sichergestellt werden.

Das heisst konkret: Der Einbau von rund 1.4 Mio. m³ Untergrund- und 160'000 m³ Unterbodenmaterial auf einer Fläche von rund 30 Hektaren soll die nötigen Anforderungen an die Fruchtfolgeflächen (FFF) in Zukunft sicherstellen. Die angepasste Geländeform soll zudem eine optimale Entwässerung der neu angelegten Böden ermöglichen.


Ausschnitt des geplanten Bodenprofils gemäss Vorprojekt.


Als ökologischer Ausgleich sind im Projektperimeter zusätzlich eine Bachrevitalisierung
und in der nahe gelegenen Gemeinde Knonau durch die Aufwertung von Feucht- und Moorstandorten eine Regeneration des «Büelimoos» vorgesehen.

Im Auftrag der Meliorationsgenossenschaft Huser Allmend soll nun für die «Bodenverbesserung Huser Allmend» und die «Regenerationsmassnahmen Büelimoos» in den kommenden 8 bis 10 Jahren ein bewilligungsfähiges Bauprojekt erarbeitet, die Bauarbeiten ausgeschrieben und deren Ausführung begleitet werden. GEOTEST kümmert sich im beauftragten Projektteam unter der Leitung der ilu AG um sämtliche bodenkundliche Belange und Fragen des Baugrunds.


Überblick über den Projektperimeter Huser Allmend (Bild: ilu AG).

Herausforderungen


Die Detailprojektierung bewegt sich im Spannungsfeld verschiedenster Aspekte und Bedürfnisse. Mit einem effizienten Bodenverwertungskonzept können beispielsweise die notwendige Menge an zuzuführendem Bodenmaterial und dadurch die damit verbundenen LKW-Fahrten reduziert werden. Gleichzeitig muss aber gewährleistet werden, dass das oberste Projektziel – die langfristige Sicherstellung der landwirtschaftlichen Nutzung auf der Huser Allmend – erreicht werden kann.


Stark vernässte Torflagen im Untergrund.



Die wichtigsten bodenkundlichen Begriffe kurz erkärt:


Oberboden:

Humose, häufig stark durchwurzelte und belebte oberste Bodenschicht.

Unterboden:

Unterer Bereich des Bodens, der nicht oder nur gering humushaltig ist, der nur gering durchwurzelt und kaum belebt ist, in dem aus dem Oberboden ausgewaschene Stoffe angereichert werden und in dessen tiefstem Teil die Verwitterung des darunter anstehenden Gesteins stattfindet.

Untergrund:

Unverwittertes geologisches Ausgangsmaterial.

Fruchtfolgefläche (FFF):

Dabei handelt es sich um das qualitativ bestgeeignete ackerfähige Kulturland. Deren Erhalt wird in der Schweiz über besondere Schutzbestimmungen sichergestellt.



In den vergangenen Jahren hat GEOTEST viel Erfahrung bei der Erhebung von Bodeninformationen, bei der Eignungsprüfung potenzieller Bodenaufwertungsflächen und bei der Projektierung sowie der Begleitung von landwirtschaftlichen Bodenaufwertungen gemacht. Gerne unterstützen wir auch Sie bei Ihrem Projekt – vom Zeitpunkt der Projektidee, über die Baueingabe bis hin zur bodenkundlichen Abnahme nach der Ausführung.

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Gefährdungsabschätzung bei Deponien

Alle Deponien, welche vor 2016 in Betrieb genommen worden sind, müssen gemäss der Abfallverordnung VVEA zur Erneuerung der Betriebsbewilligung einer...

Alle Deponien, welche vor 2016 in Betrieb genommen worden sind, müssen gemäss der Abfallverordnung VVEA zur Erneuerung der Betriebsbewilligung einer Gefährdungsabschätzung unterzogen werden. Nun hat das Bundesamt für Umwelt die definitive Vollzugshilfe veröffentlicht.


Seit dem 1. Januar 2016 gilt in der Schweiz die Abfallverordnung VVEA. Gemäss der Verordnung muss für alle Deponien, welche vor 2016 in Betrieb genommen worden sind, zur Erneuerung der Betriebsbewilligung oder aber bis spätestens am 31. Dezember 2020 eine Gefährdungsabschätzung durchgeführt werden. Seit Anfang 2020 steht nun die definitive Vollzugshilfe des Bundesamts für Umwelt (BAFU) zur Durchführung der Gefährdungsabschätzung zur Verfügung.


Gefährdungsabschätzung bei Deponien zur Erneuerung der Betriebsbewilligung (Abbildung aus der Vollzugshilfe des BAFU).

Was bedeutet dies für Deponiebetreiber?


Betreiber einer Deponie oder eines Kompartiments, welche vor 2016 in Betrieb genommen worden sind, müssen einen Gutachter– z. B. GEOTEST– mit der Durchführung der Gefährdungsabschätzung beauftragen. Diese Gefährdungsabschätzung beinhaltet drei aufeinander aufbauende Abklärungsstufen: Eine Vorprüfung, eine Hauptprüfung und eine Detailprüfung.


Je nach Deponie müssen allerdings nicht alle drei Stufen durchlaufen werden: Für unkritische Fälle ist die Vorprüfung in den meisten Fällen ausreichend. Unkritisch sind typischerweise Typ A Deponien oder Typ A und B Deponien im Gewässerschutzbereich üB (übriger Bereich). Als kritisch gelten hingegen beispielsweise Deponien der Typen C bis E. Für diese ist mindestens eine Hauptprüfung notwendig. Eine Detailprüfung schliesslich muss dann durchgeführt werden, wenn potentiell schädliche Auswirkungen der Deponie auf die Umwelt mit der Hauptprüfung nicht ausgeschlossen werden können.


GEOTEST – Ihr Gutachter


In den letzten zwei Jahren hat die GEOTEST AG Gefährdungsabschätzungen für sämtliche Deponietypen und in allen drei Abklärungsstufen durchgeführt (teilweise noch basierend auf dem Anhörungsexemplar der Vollzugshilfe). Gerne lassen wir unsere langjährige Erfahrung im Zusammenhang mit Deponien auch in Ihr Projekt einfliessen!


Sind Sie Deponiebetreiber und ist die Gefährdungsabschätzung für Ihre Deponie noch ausstehend? – Wir helfen Ihnen gerne weiter. Mehr dazu.


Zur offiziellen Vollzugshilfe («Modul: Deponien»)

 

 

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