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Salzflüsse im Weserästuar 2019/2020

Dieser Datensatz umfasst Monitoringdaten und Modellergebnisse (Hydronumerisches Modell) für das Weserästuar, Nordsee. Die Daten wurden für quantitative Analysen in dem Manuskript „Surges control Salt Flux Variability in a partially-mixed Estuary“ verwendet, das im Journal of Geophysical Research: Oceans zur Veröffentlichung eingereicht wurde. Die Modellergebnisse, wie im Manuskript beschrieben, umfassen Salzflüsse, die aus den simulierten Strömungsgeschwindigkeiten und Salzgehalten abgeleitet wurden. Die vier Salzflusskomponenten [kg s-1] enthalten ein barotrope Komponente (barotropic flux, Fbt), Tidal Pumping (tidal oscillatory salt flux, Fto), den Beitrag durch die ästuarine Austauschströmung (exchange flow contribution, Fex) und eine weitere Komponente, die durch intratidal veränderliche Scherraten (tidal oscillatory shear, Ftos) bestimmt wird. Die Salzflüsse wurden jeweils, entlang der Zeitreihe, für die Dauer eines Tidetages bestimmt. Jeder Schritt beginnt mit einem Stauwasser. Die zeitliche Auflösung beträgt daher eine Halbtide. Die Zeitreihe umfasst ein hydrologisches Jahr. Die Auflösung entlang des Ästuars beträgt 1 km. Zusätzlich zu den Salzflüssen wurden fünf weitere Parameter abgeleitet: die Tideasymmetrie (Strömungsgeschwindigkeit), der gezeitengemittelte Salzgehalt, der Tidenhub [m] sowie die gezeitengemittelte Schichtung (potenzielle Energieanomalie) [J m-3]. Diese Parameter legen auf dem Gitter der Salzflusskomponenten vor. Die Salzintrusion ist in Flusskilometern angegeben und entspricht der Lage der Isohaline der Salinität von 2 PSU (gezeitengemittelt, bestimmt aus Modellergebnissen). Die übrigen Parameter im Datensatz wurden aus Monitoringdaten ermittelt. Hierzu zählen Zeitreihen der Windkomponente des Wasserstands [m], der Windgeschwindigkeit [m s-1] sowie der Windrichtung [°], abgeleitet von Messungen am Leuchtturm Alte Weser. Die spezifischen Methoden für jeden Monitoringparameter sind im Manuskript beschrieben. Dazu kommt noch der Abfluss (Intschede) [m3 s-1]. Alle Daten liegen als selbsterklärende Textdateien mit Kopfzeile vor. This dataset contains monitoring data and numerical model results for the Weser estuary, North Sea, used for quantitative analyses in the paper “Surges control Salt Flux Variability in a partially-mixed Estuary”, which was submitted to the Journal of Geophysical Research: Oceans. Model results comprise salt fluxes, derived from simulated velocity and salinity, as described in the paper. The four salt flux contributions [kg s-1] are the barotropic flux (Fbt), the tidal oscillatory salt flux (Fto), the exchange flow contribution (Fex) and the flux due to tidal oscillatory shear (Ftos). Salt fluxes were determined for the duration of one tidal day, moving stepwise through the timeseries. Each step starts with one slack water. Therefore, the temporal resolution is one value per tidal phase, as described in detail in the manuscript. The time series covers one hydrological year. The along-channel resolution is 1 km. Five additional parameters are derived from model results: the tidal velocity asymmetry, tidally averaged salinity, tidal range [m], and tidally averaged stratification (potential energy anomaly [J m-3]), all stored on the same spatiotemporal grid as the salt flux contributions. The salt intrusion is obtained from subtidal salinity using the location of the isohaline 2 (PSU). The salt intrusion is stored in terms of river km. The remaining parameters in the dataset are derived from monitoring data. These are time series of discharge [m3 s-1], surge [m], tidal range [m], wind speed [m s-1] and wind direction [°], all provided on the same temporal grid as the salt fluxes. The specific methods are described in the paper, for each of the monitoring parameters. All data are stored as self-explanatory, character-delimited text files with header lines.

Global Terrestrial Network for River Discharge (GTN-R)

The Global Terrestrial Network for River Discharge (GTN-R) is the river discharge component of the Global Terrestrial Network - Hydrology (GTN-H) to support the Global Climate Observing System (GCOS) and the Hydrology and Water Resources Programme of the WMO (HWRP). The basic idea of the GTN-R project is to draw together the already available discharge data provided by the National Hydrological Services (NHS) and to redistribute it in a standardised way. Core component is the GCOS Baseline River Network of gauging stations located near the mouth of the world's major rivers. In cooperation with the Hydrological Services of the WMO Member States this network is continually being extended by confirmation of additional stations.GRDC contributes to the GTN-H by collection of discharge data. Access to GTN-R data follows GRDC's data policy of free and unrestricted but identified access and is limited to noncommercial applications. Use the GCOS/GTN-R stations catalogue to create your individual list of project stations for download via GRDC Data Portal.

Die Verteilung des Beregnungswassers im Boden unter besonderer Beruecksichtigung beregnungsbeduerftiger und -wuerdiger niedersaechsischer Boeden

Die mathematische Beschreibung des Kapillarpotentials als Funktion des Ortes an mehrschichtigen Boeden geht von der Bedingung aus, dass an den Schichtgrenzen in den sich beruehrenden Boeden das Kapillarpotential gleich sein muss. Das ist erforderlich, da die benetzende Phase (Wasser) auch im geschichteten Boden ihre Eigenschaften nicht aendert, somit kann an der Schichtgrenze keine Unstetigkeitsstelle vorkommen. Untersucht werden sollen feinsandige Boeden mit Schluff- und Tonanteilen. Rein tonige Boeden sind fuer die Untersuchung nicht zweckmaessig. Sie sind zwar durch ein starkes Wasserhaltevermoegen gekennzeichnet, aber ihre geringe Druchlaessigkeit laesst schon bei sehr niedrigen Beregnungshoehen einen fuer die Beregnung unerwuenschten Ueberstau auftreten. Auch Sandboeden, die eine hohe Regenintensitaet aufnehmen koennten, muessen ausgeschieden werden, wenn ein zu geringes Wasserhaltevermoegen sie fuer eine Beregnung als unwirtschaftlich ausweist.

Dynamik der Verweilzeiten von Wasser in Mediterranen Einzugsgebieten und deren ökohydrologischen Auswirkungen in einer sich wandelndem Umwelt

Es ist dringend erforderlich, die relevanten hydrologischen Prozesse in montanen mediterranen Einzugsgebieten zu verstehen, um deren potentielle Änderungen in ihren Funktionen für die Wasserversorgung durch den Klimawandel und Landnutzungsänderungen zu kennen. Daher möchte ich zusammen mit meiner Gastinstitution, dem IDAEA-CSIC in Barcelona, untersuchen, wie die Vegetation, die Böden und das Grundwasser das Speichern, die Mischung, die Abflussbildung, sowie die Evapotranspiration in dem Einzugsgebiet Vallcebre im Nordosten Spaniens beeinflussen. Die Forscher des IDAEA -CSIC haben hydrometrische Daten und stabile Isotope (d2H, d18O) der verschiedenen hydrologischen Kompartimente des Einzugsgebiets gesammelt. Somit liegen Informationen über den Freiland- und Bestandniederschlag, Stammabfluss, Bach- und Grundwasser, sowie Wasser im Boden und der Vegetation vor. Ich plane, diesen umfangreichen Datensatz zur Bestimmung der Verweilzeiten mit neue Methoden anzuwenden, damit sich unser Verständnis von Wasserfluss und Stofftransport in Einzugsgebieten verbessert. Ich werde zunächst testen, wie mittels 'StorAge Selection functions' (Rinaldo et al. 2015) die Dynamik der Verweilzeiten des Abflusses und der Evapotranspiration beschrieben werden können. Des Weiteren habe ich als Ziel die neuen Konzepte der 'young water fraction' (Kirchner 2016) and 'new water fraction' (Kirchner 2017) anzuwenden, um besser die kurzfristige Komponente der Verweilzeiten beschreiben zu können. Diese Methoden sind noch nicht für Mediterrane Einzugsgebiete getestet worden, aber der umfangreiche Datensatz für die Vallcebre Einzugsgebiete ermöglicht die Untersuchung aktueller Fragen der Einzugshydrologie: Können Studien zur Verweilzeit verbessert werden mit höherer Rate der Probennahme von Niederschlag und Abfluss? Wie wirken sich neu erschlossene Daten über Bestandsniederschlag, Stammabfluss, Wurzelwasseraufnahme oder Bodenwasserfluss auf die Analysen aus? Zuletzt werde ich die Information von Tiefenprofilen der Isotopenzusammensetzung von Porenwasser einbeziehen, um hydrologische Modelle zu testen und die Verweilzeiten im Boden mit der Verweilzeit des Einzugsgebietsabflusses in Bezug zu setzen. Letzteres baut auf meine Dissertation und derzeitiger Postdoc-Studien auf.

Zur Frage der Abflussverhaeltnisse sueddeutscher Flusssysteme in Abhaengigkeit von Klimaschwankungen und Eingriffen des Menschen

Aufbau einer absoluten Eichenchronologie des Postglazials, Ueberpruefung der Kohlenstoffproduktion; Datierung von Erosions- und Akkumulationsphasen ueber Jahrringanalysen subfossiler Stammlagen; Veraenderung der Oekologie der Auenwaelder, des Hydrosystems; Vermoorung der Flusstaeler; Auswirkungen des menschlichen Eingriffes (Rodung, Oberflaechenerosion, Auelehmakkumulation).

ANK-MK: Optimierung des hydrologischen Systems von Salzwiesen im Biosphärenreservat Südost-Rügen und Ableitung von Handlungsempfehlungen zur wasserseitigen Bewirtschaftung für vergleichbare Salzwiesenstandorte an der Ostseeküste

Transformation von räumlich-zeitlichen Niederschlagsfeldern in ein räumlich-zeitliches Abflussgeschehen unter besonderer Betrachtung der Extrema

Die Transformation des Niederschlages in den Abfluss ist ein wichtiger Prozess des Wasserkreislaufes. Die zumeist verwendeten linearen Modellansätze können allerdings die hohe Nichtlinearität der Transformation in Raum und Zeit nicht abbilden. Grundlage für eine adäquate Abbildung ist das Wissen um die beeinflussenden Faktoren dieser Transformation. Das Ziel dieser Untersuchung ist die Identifikation der dominierenden physiographischen und klimatischen Faktoren sowie deren Auswirkung auf die räumlich-zeitliche Niederschlag-Abfluss (N-A)-Transformation. Für eine Vielzahl an Einzugsgebieten in Österreich werden N-A-Simulationen mit einem hydrologischen Modell durchgeführt, wobei die räumliche Auflösung variiert wird. Die räumlichen Niederschlags- und Abflussgradienten werden vergleichend betrachtet, sowie die Niederschlags- und Abflussspenden als Funktion der Einzugsgebietsskale. Die räumlichen Muster der Abflüsse werden mit denen der physiographischen und klimatischen Faktoren verglichen, um deren Einfluss auf den raum-zeitlichen Transformationsprozess zu bestimmen. Durch die hohe hydrologische Variabilität der betrachteten Einzugsgebiete vom Flachland bis zum Gebirge lassen sich verallgemeinerbare Aussagen erzielen. Die Innovation dieser Untersuchung liegt in der symmetrischen Betrachtung von Niederschlag und Abfluss in Hinblick auf die räumliche und zeitliche Variabilität, und in der gleichzeitigen Betrachtung der Extrema und des Wasserhaushaltes. Die gewonnenen Erkenntnisse sind wichtig für die Ermittlung zukünftiger Abflüsse bei knapper Datenlage und bei klimatischen Veränderungen.

Sustainable Water Resources Management in the Yanqi Basin, Sinkiang, China

Irrigation in the Yanqi Basin, Sinkiang, China has led to water table rise and soil salination. A model is used to assess management options. These include more irrigation with groundwater, water saving irrigation techniques and others. The model relies on input data from remote sensing.The Yanqi Basin is located in the north-western Chinese province of Xinjiang.This agriculturally highly productive region is heavily irrigated with water drawn from the Kaidu River. The Kaidu River itself is mainly fed by snow and glacier melt from the Tian Mountain surrounding the basin. A very poor drainage system and an overexploitation of surface water have lead to a series of environmental problems: 1. Seepage water under irrigated fields has raised the groundwater table during the last years, causing strongly increased groundwater evaporation. The salt dissolved in the groundwater accumulates at the soil surface as the groundwater evaporates. This soil salinization leads to degradation of vegetation as well as to a loss of arable farmland. 2. The runoff from the Bostan Lake to the downstream Corridor is limited since large amount of water is used for irrigation in the Yanqi Basin. Nowadays, the runoff is maintained by pumping water from the lake to the river. The environmental and ecological system is facing a serious threat.In order to improve the situation in the Yanqi Basin, a jointly funded cooperation has been set up by the Institute of Environmental Engineering, Swiss Federal Institute of Technology (ETH) , China Institute of Geological and Environmental Monitoring (CIGEM) and Xinjiang Agricultural University. The situation could in principle be improved by using groundwater for irrigation, thus lowering the groundwater table and saving unproductive evaporation. However, this is associated with higher cost as groundwater has to be pumped. The major decision variable to steer the system into a desirable state is thus the ratio of irrigation water pumped from the aquifer and irrigation water drawn from the river. The basis to evaluate the ideal ratio between river and groundwater - applied to irrigation - will be a groundwater model combined with models describing the processes of the unsaturated zone. The project will focus on the following aspects of research: (...)

Sensitivitaet von Wildbachsystemen

Das Forschungsprojekt ist Teil einer in groesserem Rahmen erfolgenden systemanalytischen Betrachtung von Wildbacheinzugsgebieten. In diesem Kontext lautet die uebergeordnete Fragestellung: Wie reagieren hydrologische und geomorphologische Prozesse in Wildbacheinzugsgebieten auf Umwelt- und Klimaveraenderungen? Innerhalb des NFP 31 ergibt sich folgendes Konzept: In den fuer langfristige Beobachtungen und Messungen ausgeruesteten Wildbacheinzugsgebieten Rotenbach/Schwarzsee und Erlenbach/Alptal (WSL) sowie im vergleichsweise wesentlich steileren Einzugsgebiet Spissibach/Leissigen (GIUB) werden einerseits wichtige hydrologische und geomorphologische Prozesse in repraesentativen, verschieden ausgestatteten Hang- und Gerinnesequenzen gezielt untersucht und andererseits anhand bestehender Datensaetze kleinere und groessere Hochwasserereignisse mit ihrer Vorgeschichte ausgewertet. Bestehende Modellansaetze werden zur Entwicklung von Teilmodellen zur 'Abflussbildung' und zur 'Feststofflieferung' weitgehend uebernommen und wo noetig angepasst. Diese beiden Teilaspekte werden in der praktischen Durchfuehrung weitgehend gemeinsam und synoptisch bearbeitet. In der Synthese soll ein vorlaeufiges 'Gesamtmodell Wildbach' formuliert werden, das relevante Vorgaenge im Wildbachgeschehen unter heutigen Bedingungen beschreibt. Mit Hilfe dieses Modells und der einzelnen Teilmodelle soll die Sensitivitaet von Teilsystemen und des Gesamtsystems auf Aenderungen des Witterungsablaufs und der Umwelt untersucht werden, wobei auf vorzugebenden Klima- und Umweltszenarien basiert wird.

WaX: Smarte multifunktionelle Wasserspeicher - Eine Lösung für saisonale Hochwasserereignisse und zunehmende Dürreperioden, Teilprojekt 3

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