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Kuestenmessprogramm der Bundesanstalt fuer Gewaesserkunde - Erweiterung der biologisch-biochemischen Gewaesseranalyse auf den Bereich der Kuesten- und Tidegewaesser

Aufgabe ist es, auf oekologischem und physiologischem Grundprinzip basierende Analysenverfahren zu entwickeln, wie auch bereits in der Limnologie eingefuehrte Methoden entsprechend der spezifischen Fragestellung und den besonderen Verhaeltnissen in den Kuestengewaessern zu modifizieren. Die Vorschlaege fuer eine Kartierung der Aestuare und Kuestengewaesser sollen 1989 auf einer methodischen Grundsatzdiskussion im Rahmen der LAWA-Arbeitsgruppe Gewaesserguete geprueft werden, um eventuell als Ergaenzung zum bestehenden LAWA-Gewaesserguete-System fuer Binnengewaesser eingesetzt zu werden.

Räumliche Variabilität der Sediment- und Tidedynamik im Emsästuar

Das Projekt VARSTIDE untersucht die räumliche Variabilität der Wechselwirkungen von Sediment- und Hydrodynamik im Emsästuar. Durch die Analyse von Messdaten aus vergangenen Messkampagnen liefert das Projekt einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis von Ursachen und Auswirkungen der Verschlickung und Bildung von Flüssigschlickschichten in Ästuaren. Aufgabenstellung und Ziel Die Entwicklung des Emsästuars ist durch eine starke Zunahme von Tidehüben und Schwebstoffkonzentrationen bis hin zur Ausbildung einer mächtigen Flüssigschlickschicht geprägt. Diese Veränderungen wurden insbesondere durch vergangene Eingriffe zur Änderung der Geometrie (Vertiefungen und Begradigungen) ausgelöst (Winterwerp und Wang 2013, van Maren et al. 2015). Untersuchungen zur Hydro- und Sedimentdynamik des Emsästuars in den vergangenen FuE-Projekten MudEstuary (B3955.03.04.70235) und MudEms (B3955.03.04.70241) haben deutlich gezeigt, dass die Prozesse, die zu einem Anstieg der Sedimentkonzentrationen und zur Verschlickung (und Ausbildung von Flüssigschlick) führten, von hoher Komplexität geprägt sind. Zudem variieren sie auf verschiedenen zeitlichen und räumlichen Skalen. In den Messkampagnen EDoM (August 2018, Januar 2019) und MudMeas (September 2021) wurde dies unter anderem individuell betrachtet. Um die verschiedenen Prozesse im Emsästuar auch in Modellen weiterhin abbilden zu können, ist es notwendig, diese umfangreichen Datensätze systematisch hinsichtlich der räumlichen Variabilität der Tidecharakteristika und Schwebstoffdynamik zu untersuchen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Konzentrationen und Ausdehnung (vertikal und horizontal) der Schwebstoffe beeinflussen maßgeblich die lokale Hydrodynamik, somit auch die Ausbreitung von salzreichem Wasser und daraus resultierende Strömungsgeschwindigkeiten. Das Verständnis der vorherrschenden Prozesse beeinflusst demnach auch die Schifffahrt. Ein verbessertes Systemverständnis der Sedimentdynamik ermöglicht zusätzlich die Optimierung des Sedimentmanagements. Um auch in Zukunft zuverlässige Aussagen zur Hydrodynamik in (hyper-) turbiden Ästuaren treffen zu können, ist es notwendig, die verwendeten Methoden stets fachlich zu erweitern und abzusichern. Diese Erkenntnisse fließen unmittelbar in die behördliche Gutachtertätigkeit der BAW im Emsästuar ein. Untersuchungsmethoden Die Auswertungen in VarSTiDE erfolgen für Datensätze verschiedener Messtypen. Die Analysen der Dauermessungen, bereitgestellt durch WSA Ems-Nordsee und NLWKN, bilden das Arbeitspaket 1 (AP1). AP1 beinhaltet die Untersuchung von Saisonalität und langfristiger Entwicklung von Tidekennwerten, Tideasymmetrie, Salzgehalt und Schwebstoffkonzentrationen. Diese Ergebnisse liefern Kenntnisse über die zu erwartenden Unterschiede, die aufgrund der verschiedenen Messzeiträume in den Untersuchungsparametern Schwebstoffkonzentration, Salzgehalt und anderen Tidekennwerten entstehen. Der wissenschaftliche Austausch mit weiteren Partnern aus Forschung und Praxis ist ein Bestandteil des Forschungsvorhabens. Es bestehen Kooperationen, u. a. mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.

Observational dataset of behavioral response of three-spined sticklebacks to TNT exposure in a closed laboratory setup

Dumped munition in the German North Sea and Baltic Sea pose environmental risks as corrosion of the munition shells results in the leakage of the explosive 2,4,6-trinitroluene (TNT) into the marine environment. Uptake of TNT by marine biota and the associated negative effects on organisms are of major concern. This dataset reports behavioral responses of three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) to environmentally relevant concentrations of TNT. Experimental sticklebacks were laboratory-bred and held in groups of 30 individuals in 60 L tanks in the fish facilities at the Thünen Institute of Fisheries Ecology in Bremerhaven. Parental sticklebacks originated from the Weser estuary (Luneplate, Bremerhaven, Germany, 53°28'36.9" N; 8°31'08.9" E) and were collected in April 2023. A total of 60 sticklebacks were tested in a controlled laboratory setup at the fish facilities at the Thünen Institute in Bremerhaven, containing two hideout zones formed by artificial plants. Each hideout was connected to an infusion system delivering either a TNT solution (100 µg/L) or control water into the zone currently occupied by the fish. Experimental trials were video-recorded to enable post hoc behavioral analysis. Behavioral metrics included the total time spent in the exposed hideout zone (s), latency to first leave the exposed hideout zone (s), and the number of crossings between hideout zones.

Trends in der Makrofaunabesiedlung von Sand- und Schlickboeden im Sublitoral der Deutschen Bucht als Anzeichen langfristiger Milieuveraenderungen: Rueckgang in der Artenmannigfaltigkeit. Veraenderlichkeit der Bodenfauna in der Deutschen Bucht

Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbewohnenden Bodenfauna, insbesondere ueber einen schon mehrere Jahre andauernden Verarmungstrend im Gebiet vor Elbe- und Wesermuendung. Herausarbeitung grundsaetzlicher Unterschiede bei Schlick- und Sandfauna, insbesondere im Hinblick auf Sauerstoffverhaeltnisse und Substratveraenderungen durch Sturmeinfluesse. Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbesiedelte Bodenfauna in der Deutschen Bucht ueber lange Zeitraeume an Dauerstationen (Populations- und Assoziationsdynamik). Durch internationale Zusammenarbeit (europaeische LOST-Aktion 47) sollen ueberregional wirksame Einflussgroessen und Entwicklungen in den Tierbestaenden erkannt und in ihrer Bedeutung abgeschaetzt werden, so dass vom Menschen bedingte Veraenderungen sicherer beurteilt werden koennen. Die Forschungen zur Populationsdynamik dienen darueber hinaus zur Abschaetzung von Produktionsleistungen wichtiger Benthosarten.

Forschergruppe (FOR) 5094: Dynamik des tiefen Untergrundes von Hochenergiestränden, Teilprojekt: Morphodynamik, Grundwasserströmung und -transport

Durch DynaDeep wird ein Verständnis der Funktionsweise und Relevanz des Land-Meer Übergangs im Untergrund von Hochenergiestränden gewonnen werden. Wir nehmen an, dass dieser einen hoch dynamischen Bioreaktor und einzigartiges mikrobiologisches Habitat darstellt und Netto-Stoffflüsse in Richtung Meer stark beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen werden sechs Teilprojekte gemeinsam Felduntersuchungen und experimentelle Arbeiten durchführen und diese mit mathematischen Modellen integrativ kombinieren. P1 wird Grundwasserströmungs- und -transportprozesse als Funktion hydro- und morphodynamischer Randbedingungen untersuchen. Wir postulieren, dass die gegenwärtigen Konzepte zur Grundwasserströmung und Salzverteilung in subterranen Ästuaren unter Tideeinfluss für Hochenergiebedingungen nicht anwendbar sind. Stattdessen erwarten wir dynamische und variable Änderungen von Salinitäten, Fließrichtungen und Aufenthaltszeiten. P1 wird die Strandmorphologie mit Hilfe von Kameraaufnahmen, Laserscannern und Drohnen untersuchen und diese mit numerischen Modellen kombinieren, um typische Adaptionszeiten und -skalen der Strandmorphologie abzuleiten. Durch nicht-invasive geophysikalische Methoden werden die Salzverteilungsmuster im Untergrund zu verschiedenen Zeiten abgeleitet werden. Umwelttracer werden genutzt, um Aufenthaltszeiten im Untergrund zu bestimmen. Morphologische, hydro(geo)logische und geophysikalische Daten des STE Online Observatory dienen der Erstellung numerischer Modelle, die Grundwasserströmung und Salztransport abbilden. Die Kenntnis der Verteilung von Wasserkörpern und -grenzflächen, Fließgeschwindigkeiten, Aufenthaltszeiten und des Ausmaßes der Mischung im Untergrund bildet die Grundlage für die biogeochemischen Untersuchungen in den Teilprojekten P2-P6.

Aktionsprogramm Natürlicher Klimaschutz (ANK), Bundesweites Potenzial resilienterer Fluss- und Auenlandschaften für mehr Biodiversität, Klimaanpassung und Klimaschutz

In dem Forschungsvorhaben sollen die Potenziale der Gewässer- und Auenentwicklung für die Verbesserung der Biodiversität, die Klimaanpassung und den Klimaschutz ermittelt werden. In die Betrachtung wird das Gesamtgewässernetz einschließlich der Auen der tidebeeinflussten Gewässer der Ästuare einbezogen. Für diese Gebietskulisse soll die derzeitige Ausdehnung der Gewässer- und Auenentwicklungsflächen möglichst quantitativ ermittelt werden. Es werden mehrere Szenarien unterschiedlicher Flächenpotenziale für mehrere Zeithorizonte berechnet und ausgewertet. Für diese Szenarien werden bestimmte Funktionsparameter auf Basis der bestehenden wissenschaftlichen Methoden (semi)quantitativ bestimmt. Zu den Funktionsparametern zählen bspw. Treibhausgasbilanz, Kohlenstoffspeicherung, Regulierung der Wassertemperatur, Kühlungseffekt der Umgebung, Wasserrückhalt zur Stützung in Niedrigwasserzeiten, Retentionsraum für Hochwasserereignisse, Habitatbereitstellung, Bestäubung, Nähr- und Schadstoffrückhalt sowie Wasserqualität. Damit werden die Voraussetzungen geschaffen, die Multifunktionalität von Gewässerkorridoren und Auen valide zu erfassen und mit anderen Umweltoptionen (z. B. technische Kohlenstoffsequestrierung, Wasserrückhalt in Poldern) vergleichbar zu machen. In Vorbereitung auf die Kommunikation von Flächenpotenzialen für die Gewässer- und Auenentwicklung wird in allgemeiner Form dargestellt, ob und unter welchen Bedingungen Gewässer- und Auenentwicklungsflächen deckungsgleich mit anderen Flächenzielen des Natur- und Landschaftsschutzes sein können.

EasyGSH-DB: Tidekennwerte des Salzgehaltes (TDKS)

Motivation: Die Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte des Salzgehalts sowie des advektiven Salztransports trägt dazu bei, die räumliche Veränderung der Salzkonzentration im Wasserkörper, die Variation des Salzgehalts innerhalb einer Tide sowie den advektiven Transport durch die Strömung, getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide, in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten. Der an einem bestimmten Ort auftretende Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Salzgehalt kann in einem Ästuar infolge des Süßwassereinflusses recht große Werte annehmen. Die Salzgehaltsvariation, die sich als Differenz aus den Extremwerten des Salzgehalts ergibt, wird dabei maßgeblich von dem Produkt des lokalen horizontalen Salzgradienten mit dem Tideweg (lagrangesche Verdriftung eines Wasservolumens) bestimmt. Dies ist damit zu erklären, daß Salz überwiegend advektiv mit der Strömung transportiert wird. Das an einem Ort innerhalb einer Tide vorbeifließende Wasser entstammt unterschiedlichen Ursprungsregionen, d.h. unterschiedlichen Wasserkörpern, die in den Brackwasserzonen der Ästuarien deutlich voneinander abweichende Salzgehaltswerte aufweisen können. Für am Boden lebende ortstreue Organismen stellt die Salzgehaltsvariation einen wesentlichen Streß-Faktor ihrer natürlichen Umwelt dar (Variation des osmotischen Drucks bei wechselndem Salzgehalt). Eine genaue Beschreibung der Analysemodi befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/Tidekennwerte_des_Salzgehalts). Metadaten: Dieser Metadatensatz gilt als Elterndatensatz für die spezifizierten Metdatensätze: - EasyGSH-DB_TDKS: Quantile des mittleren Salzgehalts pro Tide (1996-2015) Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003 English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.

Seasonal nutrient dynamics in the Elbe estuary

In this publication, we investigated the spatial and temporal distribution of nutrients in the Elbe estuary, Northern Germany, in 2022. In seasonal transect cruises, physicochemical parameters were measured continuously along a transect from the North Sea (53.98°N 8.36°E) to the port of Oortkaten in the upstream Elbe River (53.46°N 10.06°E). The study focus was set on the interplay of eutrophication and in-stream nutrient regeneration. At ~40 stations along the estuary, we measured the concentration of dissolved nutrients (nitrate, nitrite, ammonium, phosphate, silicate) and nitrate dual stable isotope signatures (δ15N-NO3, δ18O-NO3) as well as characteristics of suspended particulate matter (δ15N-SPM, chlorophyll a concentration and C/N ratio).

Seasonal nutrient dynamic in the Elbe Estuary June 2019

This dataset contains measurements from LP20190603, collected aboard the R/V Ludwig Prandtl in June 2019 in the Elbe Estuary. In a transect cruise, geobiochemical parameters were measured starting in the North Sea (53.98°N 8.36°E) to the port of Oortkaten in the upstream Elbe Estuary (53.46°N 10.06°E). Sampling was conducted upstream against the outgoing tide to prevent tidal effects on the measurements. Water samples were taken approximately every 20 min. The discrete water samples were used to measure dissolved inorganic nutrient, nitrate stable isotope composition, suspended particulate matter (SPM) concentration, particulate carbon and nitrogen content of SPM and nitrogen stable isotope composition of SPM. An onboard membrane pump provided the on-line in situ FerryBox system. It continuously measured oxygen, salinity, and temperature during the cruise. A N2O analyzer coupled (Model 914-0022, Los Gatos Res. Inc., San Jose, CA, USA) with a seawater/gas equilibrator using off-axis cavity output spectroscopy continuously detected dry mole fraction of dissolved nitrous oxide along the estuary. Aim of the cruise was to study the interplay between eutrophication, in-stream nutrient regeneration and N2O emissions in a temperate Estuary.

Harbour and grey seal counts in the Elbe Estuary, Germany, between Wedel and Scharhörn in 2023/2024

Aerial surveys were conducted in the Elbe Estuary, Germany, to count seals on their haul-out sites. Haul-out sites were located within the intertidal zone, usually close to the waterway or tidal creeks. The north-western border of the study area was located at the approximate river-km 753 (island of Scharhörn) and the south-eastern border was located at river-km 632 (Mühlenberger Loch). Flights were performed monthly from August 2023 until July 2024 (11 flights in total) at low tide. Within each month, a flight date in the middle of the month was chosen, depending on the tide and weather conditions. The flight scheduled for December 2023 had to be canceled due to persistently unfavorable weather conditions. Flights were performed with a twin-engined aircraft at a height of approximately 500 feet and at an average speed of 100 knots. The flight routes were tracked via GPS. Sighted seals were photographed on their haul-out sites and the corresponding geographic position was recorded. In the office, the photos were used to identify the species and age class, and count the animals.

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