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Dynamik und Produktivitaet einer von Lanice conchilega dominierten Tiergemeinschaft mit extrem hoher Biomasse in Abhaengigkeit von Truebstoffangebot und hydrographischen Prozessen in der Bodengrenzschicht, Dynamik und Produktivitaet einer von Lanice conchilega dominierten Tiergemeinschaft mit extrem hoher Biomasse in Abhaengigkeit von Truebstoffangebot und hydrographischen Prozessen in der Bodengrenzschicht

In einem Gemeinschaftsprojekt biologischer und physikalisch-ozeanographischer Arbeitsgruppen sollen in einem scharf umrissenen Gebiet im Weseraestuar die hydrographischen Bedingungen und die Produktivitaet einer Tiergemeinschaft mit extrem hoher Biomasse erfasst werden. Diese Gemeinschaft wird von dem roehrenbauenden Borsten-Wurm Lanice conchilega gepraegt, der zahlen- und gewichtsmaessig dominiert. Die ueber zwei Jahrzehnte beobachtete hohe Bestaendigkeit und der Artenreichtum dieser Gemeinschaft stehen in einem scheinbaren Widerspruch zu der grossen Variabilitaet des tidenbeeinflussten, kuestennahen Lebensraumes. Um diesen scheinbaren Widerspruch zu erklaeren, sollen hydrographische Bedingungen, Nahrungsangebot (Truebstoffe) und -weitergabe unmittelbar ueber und am Meeresboden sowohl im Jahresgang als auch im Detail innerhalb kurzer Zeitspannen mit Hilfe einer neu entwickelten Feldstation zur ozeanographischen Messwerterfassung bestimmt werden. Die hohe Produktivitaet der Lanice-Gemeinschaft und ihr Stoffumsatz sollen quantifiziert und anhand der oekologisch bedeutsamen ozeanographischen Messwertergebnisse erklaert werden.

Wirkungen des Klimawandels an der Küste

Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks engagiert sich die BAW gemeinsam mit weiteren Ressortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des BMVI, um fach- und verkehrsträgerübergreifende Lösungen für die drängenden Verkehrsfragen der Zukunft aufzuzeigen (www.bmvi-expertennetzwerk.de). Ein Fokusgebiet ist dabei der Küstenbereich mit seinen Seehafenzufahrten, denn infolge des zunehmenden Welthandels hat der Seehandel in der heutigen Zeit der Globalisierung eine größere Bedeutung als je zuvor. Internationale Seehäfen, wie zum Beispiel der Hamburger Hafen, bilden im Seehandel wichtige Knotenpunkte. Der Hamburger Hafen ist mit einem Seegüterumschlag von 137 Millionen Tonnen pro Jahr der größte Seehafen Deutschlands. Von hier werden Güter in die ganze Welt verschifft bzw. auf der Schiene, Straße und Wasserstraße nach ganz Deutschland und Europa weitertransportiert. Durch den Klimawandel werden sich für den Betrieb und die Unterhaltung von Seehäfen und Seehafenzufahrten äußere Einflüsse, wie zum Beispiel der Meeresspiegel, ändern. Für strategische und langfristige Investitionsentscheidungen hinsichtlich der Hafeninfrastruktur entstehen dadurch wichtige Fragen. Wie werden sich Meeresspiegelanstieg und andere klimawandelbedingte Änderungen auf die Seehäfen auswirken? Kann die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs sowie die Erreichbarkeit der Häfen in Zukunft gewährleistet werden? Welche Anpassungsmaßnahmen sind gegebenenfalls notwendig und nachhaltig? Mit diesen und anderen Fragen befasst sich die BAW am Standort Hamburg im Rahmen des Expertennetzwerkes. Mithilfe eines hochaufgelösten dreidimensionalen numerischen Modells der Deutschen Bucht werden komplexe Prozesse wie die Tidedynamik sowie der Transport von Salz, Wärme und Sedimenten für heutige und mögliche zukünftige Verhältnisse simuliert. Das Modellgebiet umfasst die gesamte deutsche Nordseeküste und die Ästuare von Ems, Jade-Weser und Elbe. Das Expertennetzwerk ist auch im Hinblick auf die Novellierung des Gesetzes zur Umweltverträglichkeitsprüfung bedeutend. Im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung müssen künftig sowohl die Anfälligkeit des geplanten Vorhabens gegenüber den Folgen des Klimawandels als auch die Auswirkungen des Vorhabens auf das Klima auf Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse gerichtsfest untersucht werden. Dies kann nur in behördenübergreifender Zusammenarbeit geleistet werden. Wie dringend der Forschungsbedarf für die Seeschifffahrt ist, zeigt die Situation am Hamburger Hafen. Die Zufahrt zum Hamburger Hafen erfolgt entlang des Elbeästuars. Da die Flutstromgeschwindigkeiten in vielen Bereichen des Elbeästuars höher als die Ebbestromgeschwindigkeiten sind, ist der stromaufgerichtete Sedimenttransport im Mittel größer als der stromabgerichtete Sedimenttransport. Es wird mehr Sediment aus der Nordsee in das Elbästuar eingetragen als ausgetragen. (Text gekürzt)

Integrierte Analyse schwebstoffdynamischer Prozesse zur Erklärung der Variabilität der Schwebstoff- und Sauerstoffgehalte sowie des Auftretens von Flüssigschlick in der Tideems

Veranlassung Das Ziel des Projektes ist es, die relevanten Einflussfaktoren zu identifizieren und zu quantifizieren, die für die Variabilität des Schwebstoff- und Sauerstoffgehaltes sowie für das temporäre Auftreten von Flüssigschlick an der Gewässersohle der Tideems verantwortlich sind. Das soll mit einer integrierten Datenanalyse auf verschiedenen Skalen durch die Verschneidung der Analyseergebnisse von kontinuierlich erfassten Schwebstoff-, Sauerstoff- und Strömungsdaten aus Dauermessungen mit den Ergebnissen von ergänzenden vertikal und zeitlich hochaufgelösten Naturmesskampagnen ermöglicht werden. Die so ermittelten Parameter werden verwendet, um die an einer Dauermessstelle auftretenden Schwebstoffgehalte mit einem künstlichen neuronalen Netz (engl.: ANN) zu reproduzieren. Mit dem ANN soll ein Werkzeug bereitgestellt werden, welches Abschätzungen und Prognosen der Entwicklung der Schwebstoffgehalte in der Unterems ermöglicht. Dieses ANN kann dann zur Optimierung und Evaluierung von Maßnahmen zur Reduzierung des Schwebstoffanfalls und zur Verbesserung des Sauerstoffhaushaltes dienen. In einem weiteren Auswerte- und Vorhersageansatz sollen die bestehenden Module des Gewässergütemodells QSim der BfG zum organischen Kohlenstoff und das Sauerstoffmodul auf deren Tauglichkeit zur Anwendung für die Tideems getestet werden. Ziele - verbessertes Prozess- und Systemverständnis der ästuarinen Schwebstoffdynamik beim Auftreten von Flüssigschlick als Grundlage für die Optimierung von Sedimentmanagementkonzepten - Identifikation und Quantifizierung der relevanten Einflussfaktoren, die für die Variabilität des Schwebstoff- und Sauerstoffhaushalts sowie der Flüssigschlickdynamik verantwortlich sind - Erkenntnisse zum Fließverhalten von Flüssigschlick als Funktion von mechanischen (z. B. Scherrate) und sedimentologischen Parametern (Dichte, Organikanteil, Korngrößenverteilung) - ANN soll eingesetzt werden als ein Werkzeug zur Abschätzung und Prognose der Schwebstoffgehalte mit dem Ziel der Optimierung und Evaluierung von Maßnahmen zur Reduzierung des Schlickaufkommens Die hohen Schwebstoffgehalte und insbesondere das Auftreten von Flüssigschlick (Fluid Mud) und die dadurch hervorgerufenen Sauerstoffdefizite sind derzeit die entscheidende Ursache für den schlechten ökologischen Zustand der Tideems. Diese Schlickproblematik soll mithilfe verschiedener Maßnahmen im Rahmen des Masterplanes Ems 2050 gelöst werden. In Ästuaren, in denen Fluid Mud auftritt, gibt es allerdings noch große Lücken im Prozessverständnis der Schwebstoffdynamik und deren Interaktion mit dem Sauerstoffhaushalt. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die hohe Variabilität der Flüssigschlickdynamik auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen dar, die bisher in Modellstudien nicht abgebildet werden kann und auch messtechnisch bisher nur unzureichend erfasst wurde. Diese Kenntnisse werden jedoch benötigt, um wirkungsvolle Maßnahmen umzusetzen und zu optimieren. Die Variabilität des ästuarinen Schwebstoff- und Sauerstoffhaushaltes und insbesondere das Auftreten von Fluid Mud soll mit einer integrierten Auswertung vorhandener Daten und ergänzender Naturmessungen unter Verwendung von KI-Verfahren untersucht werden.

Numerische Simulation langperiodischer Schiffswellen im Uferbereich

Im FuE-Projekt NumSiSSI ist ein numerisches Modellverfahren für die Vorhersage von langperiodischen schiffsinduzierten Belastungen entwickelt und validiert worden. Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen hat das Ziel die Prognosefähigkeit des bisherigen Modells für Fragen der Belastungseinwirkung sowie des Sedimenttransportpotentials im Uferbereich zu quantifizieren und weiterzuentwickeln. Aufgabenstellung und Ziel Schiffswellen stellen in weiten Teilen der Ästuare die maßgebende Belastung auf natürliche und bauwerksgesicherte Uferbereiche dar. Schadensfälle an Leitwerken und Buhnen sowie Deckwerken an den Seeschifffahrtsstraßen (SeeSchStr) aufgrund schifferzeugter Belastungen wurden in den letzten 15 bis 20 Jahren verstärkt in den SeeSchStr Außenweser und Unterelbe festgestellt. Vorangegangene Untersuchungen haben ergeben, dass insbesondere langperiodische Schiffsprimärwellen hohe hydraulische Belastungen auf Buhnen und Leitdämme hervorrufen können. Zahlreiche weitere Effekte schiffsgenerierter langperiodischer Wellen, z. B. auf Sedimenttransport und Morphodynamik oder Ökologie, werden in Dempwolff et al. (2022) dokumentiert. Um der Zunahme an Beratungsanfragen hinsichtlich der Auswirkung schiffs-induzierter Belastungen im Uferbereich Rechnung zu tragen, wurde im Projekt NumSiSSI (B3955.01.04.70380) das numerische Modellverfahren REEF3D für die Bearbeitung solcher Fragestellungen weiterentwickelt. In diesem Nachfolgeprojekt sollen mit dem ertüchtigten Modell weitergehende Untersuchungen hinsichtlich der vielfältigen und komplexen Wellenumformungsprozesse in flachen Uferbereichen mit dem Ziel durchgeführt werden, das Modellverfahren für Fragestellungen der schiffsinduzierten Belastungen auf Ufer, Uferbauwerke (technisch bis technisch-biologisch) und ihre Auswirkungen (z. B. Sedimentmobilisierung) zu erproben und zu validieren. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Schiffsinduzierte Belastungen spielen bereits heute an den deutschen SeeSchStr eine maßgebende Rolle bei der Auslegung von Uferbauwerken und Ufersicherungen - selbst an diesen Ingenieursbauwerken sind schiffsinduzierte Schäden nicht selten. An naturbelassenen Ufern, technisch-biologisch gesicherten Ufern oder indirekt geschützten Ufern (Vorlagerdamm, Leitdamm, Lahnungen, Buhnen etc.) können schiffsinduzierte Belastungen zu Erosionserscheinungen führen. Es werden geeignete Werkzeuge zur Berechnung der Uferinteraktion benötigt, um die Möglichkeiten eines Rückbaus harter Ufersicherungen abzusichern oder für erosionsgefährdete Uferbereiche passende naturnahe Lösungen planen zu können. Auch hinsichtlich der öffentlichen Diskussion zur Einwirkung von schiffsinduzierten Belastungen auf Ufer, Umwelt und Ökologie werden Methoden benötigt, die Auskunft über die Auswirkungen von Schiffswellen im Uferbereich geben können. Es wird erwartet, dass im Rahmen der Unterhaltung der Wasserstraßen sowie im Rahmen des wasserwirtschaftlichen Ausbaus unter der Maßgabe der Verbesserung des Gewässerzustands bzw. -potenzials solche Fragestellungen in Zukunft noch weiter an Bedeutung gewinnen werden. Untersuchungsmethoden Bei diesem FuE-Projekt finden hauptsächlich numerische Methoden Anwendung. Die angesprochenen Untersuchungen sind mittels dem Modellverfahren aus dem Vorgängerprojekt „NumSiSSI“ durchzuführen.

Steuerprozesse ästuariner Trübungszonen in Gezeitenästuaren

Durch Sinkstoffakkumulation gebildete ästuarine Trübungszonen in der Wassersäule und am Boden sind ein allgegenwärtiges Phänomen in Gezeitenästuaren. Die prinzipielle Dynamik ästuariner Trübungszonen ist schon vor einigen Jahrzehnten verstanden worden: Im Bereich von Salzgradienten entlang der Ästuare wird ein landwärtiger Netto-Sinkstofftransport angetrieben, während der Sinkstofftransport im Süßwasserbereich typischerweise seewärts gerichtet ist, was insgesamt zu konvergenten Sinkstofftransporten am landwärtigen Ende der Salzintrusion und dort zu Sinkstoffakkumulation und damit zur klassischen ästuarinen Trübungszone führt. Im Falle von sehr intensiven Gezeiten, bei denen die Flutströmung stärker aber kürzer als die Ebbströmung ist, kann auch im Süßwasserbereich ein landwärts gerichteter Sinkstofftransport erzeugt werden, der zu einer Sinkstoffakkumulation im Süßwasserbereich und somit zu einer Trübungszone im (salzfreien) Gezeitenfluss führen kann. Ein kürzlich vom Antragsteller und Kollegen erstellter Bericht zum Stand der Forschung deckt allerdings erhebliche Wissenslücken im Bereich der Dynamik ästuariner Trübungszonen auf.Ein Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes soll die Erweiterung der Total Exchange Flow (TEF) genannten Analyse-Methode in Richtung Sinkstoffflüsse werden (Q1). Mit TEF und weiteren Analysemethoden sollen die folgenden wichtigen Forschungsfragen beantwortet werden. Q2: Wie wechselwirken die schnelle Sinkstoffdynamik in der Wassersäule und die langsame Dynamik der Sinkstoffe am Boden und wie ergeben sich daraus die Positionen der Trübungszonen? Q3: Welches sind die Anpassungszeitskalen der Sinkstoffdynamik und der Ausbildung von Trübungszonen unter wechselnden hydrodynamischen Bedingungen? Q4: Welches sind die Anteile fluvialer und mariner Sinkstoffklassen in ästuarinen Trübungszonen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein numerisches Modellabor aufgebaut, bestehend aus einen dreidimensionalen Modell eines konvergenten Ästuars. Die Modellkonfiguration wird so kalibriert, dass sie multi-dekadische Beobachtungsdaten von Salz- und Sinkstoffprofilen entlang der Unterelbe und der Schelde reproduzieren kann. Das numerische Labor wird zunächst dazu verwendet, um systematisch die Sensitivität der Dynamik der Trübstoffzonen von über mehrere Dekaden beobachteten Antriebsbedingungen in der Unterelbe und der Schelde zu untersuchen. Anschließend werden Szenarios mit idealisierten Antriebsbedingungen untersucht, um die oben genannten Forschungsfragen für einen multi-dimensionalen Parameterraum zu beantworten.

Portal KuWiK: Küste und Wasserstraßen im Klimawandel

Die BAW liefert als Teil des DAS-Basisdienstes Informationen zu den Auswirkungen des Klimawandels auf die als Wasserstraßen genutzten Flüsse, Ästuare und das Küstenvorfeld der Deutschen Bucht. Es können unter anderem Daten und Änderungssignale zu mittlerer Wassertiefe, Strömungs- und Fließgeschwindigkeiten, Gütertransportmengen sowie Tidekennwerten visualisiert und abgerufen werden. Die modellgestützten Daten stellen im Rahmen der Klimawandelfolgenforschung die letzte Stufe der „Übersetzung“ projizierter klimatischer Änderungen auf das konkrete Objekt, beispielsweise einen Abschnitt einer Bundeswasserstraße, dar. Innerhalb des interaktiven Portals „KuWiK“ (Küste und Wasserstraße im Klimawandel) sind die Informationen in den Themenblöcken „Schifffahrt“, „Fluss“ und „Küste“ in drei Dashboards strukturiert und laden zum Erkunden ein. Im Bereich „Küste” sind Daten zu möglichen, durch den Klimawandel bedingten hydrodynamischen Beeinträchtigungen der Seeschifffahrtsstraßen dargestellt. Dafür wurden die Änderungen der Tidehydrodynamik für die gesamte Deutsche Bucht und insbesondere die Ästuare der Elbe, Weser und Ems in verschiedenen Abstraktionsstufen aufbereitet. Im Abschnitt „Fluss” sind hydrodynamische Informationen auf Streckenebene sowohl flächig als auch aggregiert in Längsschnitten dargestellt. Die Daten verdichten gewissermaßen die im vorangegangenen Schritt der Modellkette von der BfG berechneten hydrologischen Entwicklungen an den Bezugspegeln. Unter dem Reiter „Schifffahrt“ werden die hydrologischen Daten der BfG und die hydrodynamischen Daten der BAW in Transportmengenänderungen der Binnenschifffahrt übersetzt. Es finden sich Informationen zur prozentualen Änderung der Transportmenge, die in Zukunft bei einer projizierten mittleren Änderung der Abfluss- und damit Tiefenverhältnisse in der Binnenschifffahrtsstraße unter Annahme bestimmter Szenarien zu erwarten ist. Zielgruppe Zielgruppe ist die interessierte Fachöffentlichkeit. Dazu zählen Verbände, Behörden auf Bundes-, Landes- und Kommunalebene, wie die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung, Forschungseinrichtungen sowie die Privatwirtschaft. Im Binnenbereich ist der Dienst insbesondere für Personen von Interesse, deren Wirkungsbereich von Niedrigwasser  betroffen ist. Für den Küstenbereich bilden unterschiedliche Szenarien (u. A. Meeresspiegelanstieg) eine Basis für ein breit gefächertes Anwendungsspektrum. Wissenschaftlicher Hintergrund Die abrufbaren Informationen basieren auf Modellen, die an der Bundesanstalt für Wasserbau Anwendung finden. Die angewandten Methoden entsprechen dem Stand der Wissenschaft. Ihre Anwendung im Kontext der Anpassung an die Folgen des Klimawandels wird im Rahmen des BMV-Forschungsnetzwerks stets weiterentwickelt. Die im Portal KuWiK für die einzelnen Themenbereich „Küste“, „Fluss“ und „Schifffahrt“ verwendeten Methoden sind den entsprechenden Erläuterungstexten auf der Website des Dienstes zu entnehmen.

In situ high spectral resolution inherent and apparent optical property data from diverse aquatic environments

Light emerging from natural water bodies and measured by remote sensing radiometers contains information about the local type and concentrations of phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter in the underlying waters. An increase in spectral resolution in forthcoming satellite and airborne remote sensing missions is expected to lead to new or improved capabilities to characterize aquatic ecosystems. Such upcoming missions include NASA's Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) Mission; the NASA Surface Biology and Geology observable mission; and NASA Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) - Next Generation airborne missions. In anticipation of these missions, we present an organized dataset of geographically diverse, quality-controlled, high spectral resolution inherent and apparent optical property (IOP/AOP) aquatic data. The data are intended to be of use to increase our understanding of aquatic optical properties, to develop aquatic remote sensing data product algorithms, and to perform calibration and validation activities for forthcoming aquatic-focused imaging spectrometry missions. The dataset is comprised of contributions from several investigators and investigating teams collected over a range of geographic areas and water types, including inland waters, estuaries and oceans. Specific in situ measurements include coefficients describing particulate absorption, particulate attenuation, non-algal particulate absorption, colored dissolved organic matter absorption, phytoplankton absorption, total absorption, total attenuation, particulate backscattering, and total backscattering, as well as remote sensing reflectance, and irradiance reflectance.

Ästuare und Küsten (WMS)

WMS-Dienst des Wasserbaus im Küstenbereich.

Digital terrain model of the watercourse estuary Elbe 2016 (DGM-W 2016) | model data

The digital terrain model of waterways for the estuary of river Elbe (DGM-W 2016) in high resolution based on airborne laser scanning and echo sounder data is produced and published by the German Federal Waterways and Shipping Administration (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes, WSV). The data includes the Outer Elbe and the tidally influenced side branches of the Elbe estuary upstream to the town Geesthacht. The data is available in a raster resolution of 1 meter. Coordinate reference system: EPSG 25852, ETRS89 / UTM Zone 32N Elevation reference system: DHHN92, NHN Survey methods: Airborne laser scanning (ALS) 02. - 04.2016 Multibeam echo sounder, single beam echo sounder 2015-2017 It is strongly recommended to use the data source map for quality assessment.

Ästuare und Küsten (WCS)

WCS-Dienst des Wasserbaus im Küstenbereich.

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