Description: Der gesunde und nachhaltige Umgang mit unseren Binnengewässern stellt eine Angelegenheit von höchstem öffentlichem Interesse dar. Gelöster Sauerstoff (DO) stellt eine Schlüsselgröße beim Wasserqualitätsmanagement in Seen und Stauhaltungen dar. Zu niedrige Konzentrationen begrenzen die Eignung für Trinkwasser und andere Nutzungen. Wir schlagen ein Forschungsprogramm von Wissenschaftlern aus führenden chinesischen und deutschen Institutionen in der Gewässerforschung vor, um die Dynamik des Sauerstoffs in Standgewässern in Raum und Zeit besser zu verstehen. Sowohl numerische Simulationsprogramme wie auch Feldmessprogramme und-experimente werden auf dem neuesten Stand eingesetzt. Von dieser Zusammenarbeit versprechen wir uns ein verbessertes Prozessverständnis, einen intensiven fachlichen Austausch zu modernen Methoden in Monitoring und Modellierung und schließlich detaillierte Einblicke, wie man neue Erkenntnisse in Wasser- und Talsperrenmanagement im jeweils anderen Land umsetzt. Sauerstoff reagiert sehr empfindlich auf Umweltstressoren, wie organische Verschmutzung, Eutrophierung oder Klimaänderung. Die Voraussage von Konzentrationsveränderungen stellt eine Herausforderung dar wegen der komplexen Verflechtung von ökologischen, biogeochemischen und physikalischen Vorgängen. Während man die Entwicklung von DO im Hypolimnion (Tiefenwasser) schon eingehender untersucht hat und viele Prozesse mit einiger Genauigkeit vorhersagen kann, versteht man bis heute die Entwicklung von DO im Metalimnion (d.h. in der Schicht zwischen dem warmen, oberflächennahen Epilimnion und dem kalten darunterliegenden Hypolimnion) weit weniger gut. Metalimnische Sauerstoffminima (MOM) sind sowohl aus Binnengewässern wie marinen Systemen bekannt. Sie entstehen aus einer Kombination von erhöhtem Sauerstoffbedarf und eingeschränktem vertikalem Austausch. Über die Ursachen für den erhöhten Sauerstoffbedarf im Metalimnion ist man sich nicht völlig im Klaren und Prozesse wie eingetragenes allochthones Material, Sauerstoffzehrung an trüben Einträgen und schließlich die Zersetzung von sedimentierendem organischem Material werden diskutiert. Ziel dieses Projektes ist es, ein hochauflösendes DO-Monitoring in einer deutschen und einer chinesischen Talsperre (Rappbodetalsperrre und Panjiakou Reservoir) zu betreiben, wobei parallel verschiedene Feld- und Labormessungen zum Test der verschiedenen Hypothesen zu den Ursachen der Sauerstoffzehrung durchgeführt werden. Die Resultate aus den Feld- und Laborexperimenten sowie hochauflösenden Monitoringansätzen werden in mathematische Prozessbeschreibungen übergeführt und in 1D und 3D Seenmodelle eingefügt, um die Dynamik des DO in Abhängigkeit der hydrodynamischen und biogeochemischen Prozessen zu simulieren Seenmodelle verbinden. Die entwickelten Modelltools werden in Form von Open-Source-Codes frei zur Verfügung gestellt.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Seen
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Staugewässer
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Gelöster Sauerstoff
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Eutrophierung
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Sauerstoff
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Stillgewässer
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Talsperre
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Binnengewässer
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Epilimnion
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Hydrogeologie
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Hypolimnion
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Metalimnion
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Organisches Material
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Prognose
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Gebietsfremde Art
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Tiefenwasser
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Monitoring
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Hydrochemie
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Siedlungswasserwirtschaft
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Trinkwasser
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Limnologie
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Laborversuch
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Meeresgewässer
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Mensch
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Modellierung
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Abbau
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Hydrologie
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Wasserressourcen
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Wasserwirtschaft
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Zusammenarbeit
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Klimawandel
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Forschungsprogramm
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Verunreinigung
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Physikalischer Vorgang
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Öffentliches Interesse
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Sauerstoffverbrauch
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Wassermikroorganismen
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Sauerstoffbedarf
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Region:
Bayern
Bounding boxes:
12.53381° .. 12.53381° x 47.795° .. 47.795°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
China Institute of Water Resources and Hydropower Research (Mitwirkende)
-
Deutsche Forschungsgemeinschaft (Geldgeber*in)
-
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Geographie und Geowissenschaften, Geozentrum Nordbayern, Lehrstuhl für Angewandte Geologie (Betreiber*in)
-
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Seenforschung (Mitwirkende)
-
National Natural Science Foundation of China (NSFC) (Mitwirkende)
-
Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
-
University Nankai Tianjin (Mitwirkende)
Time ranges:
2019-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Oxygen dynamics in large reservoirs: A new framework for understanding the formation of metalimnetic oxygen minima
Description: Dissolved oxygen (DO) is a key quantity in water quality management of lakes and reservoirs. It is essential for the ecosystem functioning of these lentic ecosystems. Too low concentrations (anoxia) limit the usability of water for drinking and other purposes. Additional health issues arise from anoxic waters. Last and not least, water treatment becomes expensive. Hence, a healthy and sustainable operation of our freshwater bodies is of prime public interest. Therefore, we propose cooperation between scientists of a leading Chinese and German research institutions involved in water research with a reputation for approaching novel and challenging environmental concerns inside and outside their own countries. Both, numerical simulation tools as well as field experiments & measurements will be operated at the forefront of currently available equipment. From this collaboration, we anticipate a mutual understanding for existing water issues, an intensive exchange about modern field equipment and the implementation of such data in numerical simulations and finally more sensibility of how new knowledge about water issues and reservoir management are put into practice in the other country. Water is a central health issue and the public profits from improved water quality. Oxygen reacts highly sensitive against environmental stressors like organic pollution, eutrophication or climate change. The prediction of its dynamics is a challenging task due to the complex interaction of ecological, biogeochemical, and physical processes. While the dynamics of hypolimnetic DO have been studied intensively and, as a consequence, can be predicted with sufficient accuracy for many purposes, the dynamics of DO in the metalimnion (i.e. the layer between the warm upper epilimnion and the cold, deep hypolimnion) have been understood far less. Metalimnetic oxygen minima (MOM), a phenomenon known from freshwater and marine systems, arise from a combination of high oxygen demand and low vertical exchange. The causal factors of the increased DO demand within the metalimnion are subjected to speculation and involve alternative mechanisms like plankton respiration, imported allochthonous material, turbidity-bound respiration or the breakdown of sedimenting material. The aim of this proposal is the implementation of high-resolution DO-monitoring in German and Chinese Reservoirs (Rappbode Reservoir and Panjiakou Reservoir) together with field and laboratory experiments for testing various hypotheses about the drivers of DO consumption. Results of the field and lab experiments as well as high-resolution monitoring studies are conceptualized by mathematical process descriptions that are embedded in 1D and 3D coupled hydrodynamic-biogeochemical lake models. The developed model tools are provided to the scientific community in model frameworks based on open source codes.
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