Verbesserung der Erdbebenrisikobewertung im Münchner Geothermiesektor: Datengestützte Modellaktualisierung für Gebäudeschwingungen bei induzierter Seismizität

Projektbeschreibung

Dieses Projekt ist Teil der Geothermie-Allianz Bayern, genauer gesagt des Teilprojekts „Seismische Risikominimierung“. Es verbessert die Bewertung des seismischen Risikos im Münchner Geothermiesektor, indem es die Vorhersage von Gebäudeschwingungen, die durch geothermische Mikroerdbeben ausgelöst werden, weiterentwickelt. Dabei werden regionsspezifische Gleichungen zur Vorhersage von Bodenbewegungen mit dichten Sensordaten kombiniert, die in Gebäuden auf mehreren Etagen in der Nähe aktiver Geothermiekraftwerke erfasst wurden. Die statistische Analyse der aufgezeichneten seismischen Daten wird durch physikalisch basierte Simulationen ergänzt, um den Datenmangel bei niedrigen Magnituden und kurzen Entfernungen auszugleichen. Es werden datengesteuerte und bayessche Ersatzmodelle entwickelt, um detaillierte Strukturmodelle zu aktualisieren und zu ersetzen, wobei Unsicherheiten bei Bodenbewegungen und Strukturparametern explizit berücksichtigt werden. Durch die Unterscheidung zwischen horizontalen und vertikalen Schwingungskomponenten und die Fokussierung auf Spektralanteile mit kurzer Periode, die für die Gebrauchstauglichkeit und den Komfort der Menschen entscheidend sind, ermöglicht das Projekt eine verbesserte Schwingungsvorhersage, eine unsicherheitsbewusste Risikobewertung und schafft die Grundlage für zukünftige Warnsysteme. Die Ergebnisse unterstützen einen sicheren und zuverlässigen geothermischen Betrieb sowie eine fundierte Entscheidungsfindung in städtischen Umgebungen.

Ergebnisse

• Entwicklung neuer semi-empirischer Gleichungen zur Vorhersage von Bodenbewegungen, die speziell auf geothermisch induzierte Mikroerdbeben in Süddeutschland zugeschnitten sind
• Integration von aufgezeichneten seismischen Daten mit physikalisch basierten Simulationen, um spärliche Beobachtungen bei kleinen Magnituden und Entfernungen zu berücksichtigen
• Getrennte Vorhersage horizontaler und vertikaler Bodenbewegungskomponenten, einschließlich Spitzenwerten und Antwortspektren
• Identifizierung erhöhter spektraler Amplituden im Kurzperiodenbereich (<0,1 s), die für die Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden und die Schwingungsbewertung relevant sind
• Demonstration der praktischen Anwendbarkeit durch die Überprüfung der Gebrauchstauglichkeit eines Wohngebäudes in der Nähe einer geothermischen Anlage
• Verbesserte Grundlage für die seismische Risikobewertung, Strategien zur Risikominderung und die Beruhigung der Öffentlichkeit bei Geothermieprojekten

Weitere Schritte

Im nächsten Schritt könnten die entwickelten Modelle für Bodenbewegungen und Gebäudereaktionen erweitert werden, indem längerfristige Überwachungsdaten, zusätzliche geothermische Standorte sowie Echtzeit-Betriebsparameter wie Injektionsraten und Temperaturen einbezogen werden. Dies würde die Kalibrierung von Frühwarnsystemen ermöglichen, die den geothermischen Betrieb dynamisch mit dem Schwingungsrisiko verknüpfen. Weitere Forschungsarbeiten könnten die bayesschen Ersatzmodelle auf die Risikobewertung für mehrere Gebäude und auf Stadtteilebene ausweiten, die Boden-Baukörper-Wechselwirkung detaillierter einbeziehen und Monte-Carlo-basierte Studien zur städtischen Resilienz für erweiterte geothermische Systeme in Bayern und darüber hinaus unterstützen.