Das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) als Komponente einer dienstebasierten Geodateninfrastruktur

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1 Das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) als Komponente einer dienstebasierten Geodateninfrastruktur Dieter GERMANN, Joachim SCHUFF, Jens SCHUMACHER und Günter SOKOL Zusammenfassung Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie (Erdwärme) mittels Erdwärmesonden wurde in Baden-Württemberg in den letzten Jahren deutlich ausgebaut. Um den gestiegenen Bedarf an geowissenschaftlichen Grundlageninformationen für Bürger und Planungsbereich zu befriedigen, hat das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) im Regierungspräsidium Freiburg das Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden- Württemberg (ISONG) entwickelt. Ausgangsbasis ist ein geologisches 3D-Modell, auf dessen Grundlage hypothetische Bohrprofile mit zu erwartenden Wärmeentzugsleistungen abgeleitet werden. Die geothermischen Informationen werden zusammen mit wasserwirtschaftlichen Fachdaten und weiteren hydrogeologischen Hinweisen auf Einschränkungen und Bohrrisiken innerhalb eines zentralen Projektdatenpools gesammelt, abgelegt und in einem benutzerfreundlichen Informationssystem im Internet zur Verfügung gestellt (www. geothermie-bw.de). Die Anwendung ist modular aufgebaut und Teil der dienste-basierten Geodateninfrastruktur des LGRB, die seit Anfang 2006 entwickelt wird. Wesentliches Ziel dieser Geodatenoffensive ist die Bereitstellung von fachbezogenen Mapserver-Anwendungen sowie die Vernetzung mit Partnern und Kunden über OGC-konforme WEB- Dienste. 1 Geothermie (Erdwärme) als alternativer Energieträger Der Boom regenerativer Energien als Alternative zu fossilen Energieträgern hat auch im Land Baden-Württemberg zu einem enormen Ausbau der Nutzung oberflächennaher Geothermie (bis 400 m Tiefe) geführt. Als geeignet haben sich vor allem Erdwärmesondenanlagen (EWS) erwiesen, die in Kombination mit Wärmepumpen für Ein- und Mehrfamilien- Abb. 1: Zeitliche Entwicklung der vom LGRB erfassten EWS-Bohrungen (die endgültige Zahl für 2007 liegt noch nicht vor)

2 Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) 201 Abb. 2: Räumliche Verteilung der vom LGRB erfassten EWS-Bohrungen sowie die mit Stand Mai 2008 bereits in ISONG integrierte Fläche (dunkel hinterlegt) häuser zu Heiz- und Kühlzwecken verwendet werden. Aktuell sind dem LGRB etwa Erdwärmesonden gemeldet in anderen europäischen Ländern wie z.b. der Schweiz, Frankreich oder in den skandinavischen Ländern ist die Anzahl der Anlagen deutlich höher. Als staatlicher geologischer Dienst des Landes Baden-Württemberg hat das Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (LGRB) im Regierungspräsidium Freiburg die Aufgabe alle verfügbaren geologischen und hydrogeologischen Daten zusammenzutragen und der Öffentlichkeit fundierte Aussagen zu Nutzungspotenzial und eventuellen geologischen Risiken zu liefern. Seit Ende 2007 werden diese Informationen neben den allgemeinen Informationen zur Geothermie auf der LGRB-Homepage ( fachbereiche/geothermie) im Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für BadenWürttemberg (ISONG) angeboten ( Den aktuellen Bearbeitungsstand von ISONG sowie Verteilung und zeitliche Entwicklung der dem LGRB gemeldeten Erdwärmesonden zeigen die Abbildungen 1 und 2. 2 Ziele von ISONG Das Projekt ISONG ist ein Grundlagenprojekt des LGRB, welches seit 2006 von den Referaten 91: Geowissenschaftliches Landesservicezentrum und 94: Landeshydrogeologie und -geothermie mit ca Mitarbeitern umgesetzt wird. Mit ISONG soll erreicht werden, dass die Arbeitskraft der Mitarbeiter nicht in die Beantwortung von Einzelanfragen investiert wird, sondern in den strukturierten Aufbau von wieder verwertbaren Grundlageninformationen. Wesentliche Ziele von ISONG liegen in einer möglichst automatisierten Bereitstellung aktueller Daten in Form einer Internet-Anwendung, die der Unterstützung von privaten Bauherren, Fachanwendern aus Planung, Handwerk und Industrie sowie der öf-

3 202 D. Germann, J. Schuff, J. Schumacher und G. Sokol fentlichen Verwaltung dient. Durch einen modularen Aufbau der Anwendung sollen aktuelle Erkenntnisse zur Geologie und zur Berechnung des geothermischen Potenzials ohne größeren Aufwand integriert werden können. Letztendlich wird eine Kooperation mit Partnern unter Nutzung aktueller technologischer Standards (Internet-Anwendungen, WEB- Dienste) angestrebt. 3 GIS-Einsatz, 3D-Modell und Geodatenbasis ISONG liefert zum einen Angaben über das geothermische Nutzungspotenzial am Standort und in der Fläche, zum anderen Informationen über eventuelle geologische Risiken und wasserwirtschaftliche Einschränkungen, die sich aus Sicht des Grundwasserschutzes ergeben. Grundlage dafür ist der Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden, der vom LGRB zusammen mit dem Umweltministerium Baden-Württemberg erarbeitet wurde (UMWELTMINISTERIUM BADEN-WÜRTTEMBERG 2005). Die dort beschriebenen Anforderungen und Kriterien werden in ISONG auf die Landesfläche bezogen abgebildet. Ausgangsbasis von ISONG ist ein dreidimensionales geologisches Modell von Baden- Württemberg bis 400 Meter Tiefe, welches mit Hilfe der Software GoCAD aufgebaut wird. Es enthält die Raumlage von zur Zeit 20 geologischen Einheiten im Untergrund, Informationen zu deren geothermischen Eigenschaften sowie Grundwassergleichen (RUPF & NITSCH, 2008, RUPF & ARMBRUSTER 2008). Die Raumlage dieser Schichten wird auf ein 100-m- Raster projiziert und für jeden Rasterpunkt in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 4640 (VDI 2000/2001) Wärmeentzugsleistungen berechnet. Die Wärmeentzugsleistungen dienen als Orientierungshilfe und können keine Detailplanung einer Erdwärmesondenanlage ersetzen. Für das gesamte Land Baden-Württemberg ergeben sich im Endausbau ca. 3,5 Millionen dieser hypothetischen Profile. Tabelle 1: Geodatenbasis mit Quellenangaben Name Datentyp Datenquelle Geothermische Effizienz (Standard- 100-m-Raster Version) 3D-Modell/Rechenmodul in Wärmeentzugsleistungen für 40 m, 60 m, Anlehnung an VDI m, 100 m für 1800 h und 2400 h (erweiterte 100-m-Raster Version) Begrenzung der Bohrtiefe Flächen 3D-Modell Störungen Linien GIS-Daten LGRB Artesische Grundwasserverhältnisse Flächen GIS-Daten LGRB Sensible Grundwassernutzungen Punkte GIS- und, Bohrdaten LGRB Wasser- und Heilquellenschutzgebiete Flächen GIS-Daten LGRB und Umweltverwaltung Geobasisdaten (Topographie, Relief) Raster Landesvermessung, BKG Navigationsdaten (Hauskoordinaten, Flurstücke) Vektordaten Landesvermessung Bislang bearbeitetes Gebiet Vektordaten GIS-Daten LGRB Aus Sicht der Geodatenverarbeitung besteht sowohl technisch als auch fachlich-inhaltlich die Herausforderung, die seit Anfang der 1990er Jahre in zahlreichen Projekten, Kartenwerken und der Bohrdatenbank erfassten umfangreichen Grundlagendaten zu harmonisie-

4 Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) 203 ren und für die 3D-Modellierung aufzubereiten. Die vorliegenden Eingangsdaten werden in GoCAD integriert und zu einem plausiblen, konsistenten 3D-Modell verarbeitet. Der Einsatz von GIS-Werkzeugen wäre für diesen Arbeitsschritt ungeeignet. Aus dem geologischen 3D-Modell werden wiederum verschiedene GIS-Daten abgeleitet, die zusammen mit anderen GIS-Daten die Geodatenbasis des Projekts bilden (siehe Tabelle 1). 4 Systemarchitektur Abbildung 3 zeigt die Komponenten von ISONG. Die im 3D-Modell in GoCAD modellierten geologischen Schichten werden auf ein regelmäßiges 100-m-Raster projiziert, als Punktdatensatz ausgegeben und in einer Postgre-SQL/ Post-GIS-Datenbank abgelegt. Ein PHP-Skript berechnet für alle Einzelpunkte die kumulativen Wärmeentzugsleistungen und legt diese Informationen ebenfalls in der Datenbank ab. Für die Ergebnispräsentation werden aus der PostgreSQL- Datenbank die geothermischen Flächendaten erzeugt und in die Geodatenbasis eingestellt (siehe Tab. 1). Abb. 3: Die Komponenten von ISONG Abb. 4: Hypothetisches Bohrprofil mit Angaben zur Wärmeentzugsleistung (erweiterte Version). Auszug aus der PDF-Datei, die zur Laufzeit aus einer PostgreSQL/PostGIS-Datenbank generiert wird.

5 204 D. Germann, J. Schuff, J. Schumacher und G. Sokol Neben diesen Geodaten wird für jeden Punkt zur Laufzeit, d. h. nach Anklicken eines Standorts in der Benutzeroberfläche, eine PDF-Datei generiert, die alle standortbezogenen Informationen zum geothermischen Potenzial sowie zu Einschränkungen und Bohrrisiken zusammengefasst ausgibt (siehe Abb. 4). Auf die Geodatenbasis wird über die UMN- Mapserver-Schnittstelle zugegriffen. 5 ISONG als Baustein der dienste-basierten LGRB-GDI Für die Bereitstellung der Geodaten im Internet wird seit 2006 im LGRB eine dienstebasierte Geodateninfrastruktur aufgebaut. Ziel ist es, sämtliche Daten nicht nur in den LGRB-eigenen Fachanwendungen anzubieten, sondern sich mit Geodatenportalen anderer Einrichtungen zu vernetzen. Zur Zeit werden mehr als 200 Themen in 13 fachbezogenen Mapserver-Anwendungen angeboten ( Wichtige Komponenten dieser GDI sind eine Entwicklungsumgebung für Mapserver-Anwendungen auf der Grundlage des UMN Mapservers und PHP-Mapscript, ISO-konforme Metadaten (nach dem Profil der Staatlichen Geologischen Dienste Deutschlands) sowie eine Benutzerverwaltung für die kostenpflichtigen Dienste. 6 Benutzeroberfläche von ISONG ISONG wird als kostenfreie Standard-Version mit qualitativer Einschätzung der geothermischen Effizienz und als kostenpflichtige erweiterte Version mit quantitativen Angaben zu Wärmeentzugsleistungen und einem geologischen Profil angeboten. Abbildung 4 zeigt Ausschnitte aus der Benutzeroberfläche der erweiterten Version von ISONG. 7 ISONG-Themen als WMS- Dienst Die Themen der Benutzeroberfläche werden auch als OGC-konformer WEB-Dienst angeboten. Die Themen können im Maßstab von 1: bis 1: angezeigt werden. Erfahrungen bei der Integration in WMS-Clients haben gezeigt, dass trotz der verwendeten Standards eine Detailabstimmung zwischen WMS-Client und WMS-Server notwendig ist. Eine Integration des ISONG-WMS-Dienstes zeigt beispielhaft das Geothermieportal der Staatlichen Geologischen Dienste Deutschlands unter 8 Ausblick Das System wurde Ende 2007 freigeschaltet und soll bis Ende 2009 die gesamte Landesfläche von Baden-Württemberg abdecken (ca km 2 ). Neben den methodischen Erweiterungen, z.b. durch die Einbeziehung weiterer geothermischer Faktoren wie die Bodentemperatur, ist eine stärkere Vernetzung mit Fachanwendern in Fachdatenportalen und in länderübergreifenden Geodatenportalen geplant. Internetverweise GEOTHERMIEPORTAL STAATLICHE GEOLOGISCHE DIENSTE: INFORMATIONSSYSTEM OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE: LGRB-GEODATEN-BROWSER: www1.lgrb.uni-freiburg.de/comviewer

6 Informationssystem Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg (ISONG) 205 Abb. 4: Benutzeroberfläche LGRB- Mapserver ISONG (erweiterte Version). Eine Standortsuche ist über Adressangaben oder Koordinaten möglich. Literatur RUPF, I. & ARMBRUSTER, V. (2008): Das geologische Modell des Informationssystems Oberflächennahe Geothermie für Baden-Württemberg. Wiss. Mitt. Inst. Geologie Freiberg, Bd. 36. Freiberg (in Druck). RUPF, I. & NITSCH, E. (2008): Das Geologische Landesmodell von Baden-Württemberg Datengrundlagen, technische Umsetzung und erste geologische Ergebnisse. LGRB- Informationen 21. Freiburg. UMWELTMINISTERIUM BADEN-WÜRTTEMBERG (2005): Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden. Web: pool/ Leitfaden_-_Nutzung_von_Erdwaerme.pdf ( ). VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (VDI) (HRSG.) (2000): Thermische Nutzung des Untergrundes Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte. Richtlinie 4640, Blatt 1. Düsseldorf. VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE (VDI) (HRSG.) (2001): Thermische Nutzung des Untergrundes Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. Richtlinie 4640, Blatt 2. Düsseldorf.