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Sind permeable Sedimente in Küstengebieten Hotspots für die Bildung von nicht-flüchtigem gelöstem organischem Schwefel (DOS) im Meer?

Organische Schwefelkomponenten sind abundant in marinen Sedimenten. Diese Verbindungen werden v.a. durch die abiotische Reaktion anorganischer Schwefelverbindungen mit Biomolekülen gebildet. Wegen seiner Bedeutung für globale Stoffkreisläufe, für die Nutzung von Erdöllagerstätten und für die Erhaltung des Paleorecords, gibt es eine Vielzahl von Studien zum Thema. Sehr wenig Aufmerksamkeit wurde allerdings wasserlöslichen Komponenten geschenkt, die beim Prozess der Sulfurisierung entstehen und als gelöster organischer Schwefel (DOS) in die Meere gelangen können. Anhand der wenigen verfügbaren Informationen ist Schwefel vermutlich das dritthäufigste Heteroelement im gelösten organischen Material (DOM) der Meere, nach Sauerstoff und Stickstoff. Einige Schwefelverbindungen, insbesondere Thiole, sind für die Verbreitung von Schadstoffen aber auch essenzieller Spurenstoffe verantwortlich. Wichtige klimarelevante Schwefelverbindungen entstehen aus DOS. Daher spielt der marine DOS-Kreislauf eine Rolle für die Meere und Atmosphäre. Trotz seiner Bedeutung sind die Quellen marinen DOS, seine Umsetzung im Meer und Funktion für Meeresbewohner unbestimmt. Auch ist die molekulare Zusammensetzung von DOS unbekannt. In diesem Projekt werden wir Pionierarbeit in einem neuen Forschungsfeld der marinen Biogeochemie leisten. Wir wollen grundlegende Fragen bzgl. der Bildung und Verteilung von nicht-flüchtigem DOS im Meer beantworten. Unsere wichtigsten Hypothesen:* Bildung von DOS:(1) Sulfatreduzierende Sedimente sind wesentlich für die Bildung von DOS.(2) Reduzierte Schwefelverbindungen (v.a. Thiole) dominieren in Zonen der DOS-Entstehung.(3) DOS wird v.a. über abiotische Sulfurisierung in der Frühdiagenese gebildet.* Transport und Schicksal von DOS im Ozean:(4) DOS wird von sulfat-reduzierenden intertidalen Grundwässern an das Meer abgeben.(5) In der Wassersäule oxidiert DOS schnell (z.B. zu Sulfonsäuren).(6) DOS aus intertidalen Sedimenten ist in oxidierter Form auf den Kontintentalschelfen stabil.Neben dem wissenschaftlichen Ziel der Beantwortung dieser Hypothesen, wird das Projekt drei Promovierenden (eine in Deutschland und zwei in Brasilien) die außergewöhnliche Gelegenheit bieten, ihre Doktorarbeiten im Rahmen eines internationalen Projektes durchzuführen. Wir werden die Stärken beider Partner in Feld- und Laborstudien und Elementar-, Isotopen- und molekularen Analysen kombinieren. Wir werden unterschiedliche Regionen im deutschen Wattenmeer und in brasilianischen Mangroven (Rio de Janeiro and Amazonien) beproben, sowie die benachbarten Schelfmeere. Sulfurisierungsexperimente werden die Feldstudien ergänzen. Zur quantitativen Bestimmung und molekularen Charakterisierung von DOS werden wir neue Ansätze anwenden, die von den beiden Arbeitsgruppen entwickelt wurden. Dabei kommen u.a. ultrahochauflösende Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), und andere massenspektrometrischen und chromatographischen Methoden zu Anwendung.

Strömungsmuster im Unterwasser von Wasserkraftanlagen - Untersuchungen am Turbinenversuchsstand zur Verbesserung der Auffindbarkeit von Fischaufstiegsanlagen

Fischaufstiegsanlagen können nur dann richtig funktionieren, wenn die Tiere den Einstieg schnell und leicht finden. Dieser befindet sich in der Regel direkt am Wanderhindernis, möglichst nah an der Hauptströmung. An Bundeswasserstraßen ist sein Standort häufig neben der Wasserkraftanlage, auf Höhe des Saugschlauchendes (Bild 1). So sollen Sackgassen für aufwärts wandernde Fische vermieden werden. Die sogenannte Leitströmung soll dem Fisch dabei den Weg zum Einstieg weisen; sie wird meist durch Zugabe eines zusätzlichen Abflusses im unteren Bereich der Fischaufstiegsanlage erzeugt. Da durch die räumliche Nähe Wechselwirkungen zwischen der Hydraulik von Kraftwerksabströmung und Leitströmung unvermeidlich sind, ist es für die Dimensionierung des Einstiegs der Fischaufstiegsanlage wichtig, die Charakteristik der Strömung im Unterwasser der Wasserkraftanlage zu kennen. Vor diesem Hintergrund entstand das BAW-Forschungsprojekt 'Strömungsuntersuchungen an Niederdruckwasserkraftanlagen'. Dessen Ziel ist es, Aufschlüsse über Strömungsmuster im Unterwasser von Wasserkraftanlagen zu erhalten - abhängig von verschiedenen Turbinenparametern und hydraulischen Randbedingungen. Die Erkenntnisse sollen zum einen helfen, die Dimensionierung des Einstiegsbereichs von Fischaufstiegsanlagen hinsichtlich geometrischer Gestalt und Leitströmung zu verbessern. Zum anderen sollen die Messdaten zur Weiterentwicklung numerischer Modelle genutzt werden. Das Projekt gliedert sich in eine Vorstudie, Messungen am Turbinenversuchsstand des Dieter-Thoma-Labors an der TU München, numerische Modellierungen sowie Naturmessungen.

Stand der Technik bei der Entsorgung von Oel- und Fettabscheidern

Veranlasst durch ein Gutachten in einem Strafverfahren, ua wegen des Vorwurfes der umweltgefaehrdenden Abfallbeseitigung nach Paragraph 326 StGB, befasst sich das IWS seit 1994 mit der Entsorgung von Fettabscheiderinhalten. Als Fettabscheider werden hier ausschliesslich Abscheider nach DIN 4040 verstanden. Diese sind nach Ziffer 8.7 der DIN 1986 (Grundstuecksentwaesserung), Teil I in Betrieben einzubauen, in denen fetthaltiges Wasser anfaellt. Die Entsorgung von Abscheidern fuer Leichtfluessigkeiten (Benzin- und Mineraloelabscheider) nach DIN 1999 und Sperren fuer Leichtfluessigkeiten nach DIN 4043 (sog Heizoelsperren) blieben ausser Betracht. Ausserdem bezogen sich die Untersuchungen nur auf Indirekteinleiter in Staedten und Gemeinden mit ordnungsgemaess funktionierenden Kanalnetzen und Abwasserreinigungsanlagen. Fettabscheider dienen der Vorbehandlung von Abwasser, das in der beim Indirekteinleiter anfallenden Beschaffenheit nicht in die oeffentliche Schmutz- oder Mischwasserkanalisation eingeleitet werden darf. Bestandteil der Fettabscheider nach DIN 4040 ist neben dem Fettabscheideraum ein dem Fettabscheider vorgeschalteter Schlammabscheider zur Rueckhaltung der im Abwasser enthaltenen Sinkstoffe. Ueber eine Tauchwand wird das Abwasser in den Fettsammelraum geleitet, wo die Oele und Fette aufschwimmen und durch eine weitere Tauchwand vom Abfluss zurueckgehalten werden. Vor der Uebergabestelle in die oeffentliche Schmutz- und Mischwasserkanalisation durchlaeuft das Abwasser noch einen Probenahmeschacht. Sowohl die im Schlammsammelraum sedimentierten Stoffe als auch die im Fettsammelraum abgeschiedenen Oele und Fette muessen zur Aufrechterhaltung der Funktionsfaehigkeit aus den Fettabscheidern regelmaessig entleert werden. Im Regelfall werden damit einschlaegige Entsorgungsunternehmen beauftragt. Eine eindeutige, zusammenhaengende und widerspruchsfreie technische Regel ueber die Anforderungen an die Entsorgung von Fettabscheiderinhalten oder die Art und Weise, wie und wo Fettabscheiderinhalte zu entsorgen sind, findet sich weder in den og DIN-Normen noch im Abwassertechnischen Regelwerk der ATV (Abwassertechnische Vereinigung eV, Hennef). Die in Fettabscheidern nach DIN 4040 zu behandelnden Stoffe zaehlen nicht zu den gefaehrlichen Stoffen im Sinne des Paragraphen 7a WHG. Auch die Herkunft der Abwaesser laesst den Schluss zu, dass Anforderungen nach dem Stand der Technik nicht heranzuziehen sind. Dh, gefaehrliche Stoffe stehen hier nicht zur Debatte, denn die Begriffe 'Gefaehrliche Stoffe' und 'Stand der Technik' erlangen erst durch Konkretisierung in einer Abwasserverwaltungsvorschrift rechtliche Existenz. Somit gilt hinsichtlich der am Auslauf der Fettabscheider einzuhaltenden Abwasserbeschaffenheit nur das jeweilige kommunale Satzungsrecht. Die kommunalen Satzungen erhalten idR Anforderungen an die technische Ausbildung der Vorreinigungsanlagen als Bestandteil der Grundstuecksentwaesserung ...

Wissenschaftliche Begleitung eines naturnahen Verfahrens zur Behandlung der Regenabflüsse stark verschmutzter Verkehrsflächen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sinnvolle Konzepte zur Regenwasserbewirtschaftung trennen die Regenabflüsse von gering und stark verschmutzten Flächen. Abflüsse von stärker verschmutzten Flächen bedürfen einer Behandlung, die den örtlichen Anforderungen an den Gewässerschutz entspricht. Die bestmögliche Reinigung und Zwischenspeicherung stärker verschmutzter Niederschlagsabflüsse ist die wesentliche Aufgabe eines Retentionsbodenfilters. Im Forschungsvorhaben sollte ein semizentraler Bodenfilter entwickelt werden, der mit geringem Flächenbedarf eine bestmögliche Reinigung stark verschmutzter Regenabflüsse von Verkehrsflächen leistet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem bisherigen Forschungsstand kommt bei der Adsorption von Inhaltsstoffen dem Bodensubstrat in den Bodenfilteranlagen eine entscheidende Rolle zu. Die Auswahl und Entwicklung eines geeigneten Substrates erfolgte in einem dreistufigen Vorgehen. Über einer Literaturrecherche wurden Anforderungen an Bodensubstrate zur Regenwasserreinigung formuliert. Daraufhin wurden in Schüttelversuchen verschiedene Substrate ausgewählt und ihre Adsorptionseigenschaften gegenüber Schwermetallen, PAKs und Mineralölen ermittelt. Ausgehend von diesen Vorversuchen wurden verschiedene Bodenfilteraufbauten entwickelt und in halbtechnischen Lysimetern untersucht. Dazu wurden die Lysimeter in einem einjährigen Messprogramm mit stark verunreinigten Straßenabflüssen belastet. Die Gesamtfrachten an Inhaltsstoffen im Zulauf zu den Lysimetern wurden ermittelt. An Einzelereignissen wurde die Reinigungsleistung der verschiedenen Bodenfilteraufbauten ermittelt. Die Lysimeter wurden mit einer hohen hydraulischen und somit auch stofflichen Belastung beaufschlagt, die über den bisher bei der Bemessung von Bodenfilteranlagen üblichen Belastungen lagen. Aus den Messergebnissen wurden Rückschlüsse für den Einsatz von Bodenfiltern mit hoher hydraulischer Belastung bei beengten Platzverhältnissen gezogen und Empfehlungen für die Bemessung gegeben. Über die Messung der aufgebrachten Feststoffbelastung und der Durchlässigkeit der Lysimeter wurde eine eventuell eintretende Kolmation der Bodensubstrate erfasst. Fazit: Die untersuchten halbtechnischen Bodenfilter (Lysimeter) führten im Untersuchungszeitraum zu einer deutlichen Reduzierung der straßenspezifischen Schmutzstoffe geführt. Aussagen über den Langzeitbetrieb können auch mit einem Stofftransportmodell nicht gemacht werden. Insgesamt führen adsorptionsstarke Substrate zu einem höheren Rückhalt gelöster Inhaltsstoffe (Schwermetalle). Die Empfehlung des ATV-DVWK-Merkblatt 153 zum Einsatz der Bodenfilter zur Straßenentwässerung kann nach den bisherigen Untersuchungen bestätigt werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Belastbarkeit der eingebauten Substrate gegenüber der Chloridbelastung, die bei der Straßenentwässerung als Regelfall anzusehen ist. ...

Modellmaessige Untersuchungen zur Isotopenhydrologie und zu Ausbreitungsvorgaengen im Grundwasser

Modellmaessige Untersuchungen der Grundlagen von Grundwasserdatierungen sowie der Migration von Tracern und Schadstoffen im Sicker- und Grundwasser. Beitraege zur Klimaforschung.

Ermittlung von Parametern zur Uebertragbarkeit der Einheitsganglinie und der koaxialen graphischen Darstellung zur Bemessung von Vorflutern und Rueckhaltebecken in kleinen Einzugsgebieten Niedersachsens

Innerhalb des Forschungsvorhabens soll untersucht werden, mit welchen schnell zu erfassenden Parametern die Einheitsganglinie und die koxiale graphische Darstellung innerhalb hydrologisch aehnlicher Gebiete uebertragen werden kann, um fuer Vorfluterausbau und Rueckhaltemassnahmen in kleinen Einzugsgebieten des niedersaechsischen Raumes in kurzer Zeit Bemessungsgrundlagen zu erhalten. Vorgesehene Untersuchungen: a) Zusammenstellung aller verfuegbaren Einheitsganglinien und koaxialen graphischen Darstellung sowie Sammlung von Daten. b) Bestimmung von Parametern, die die Einheitsganglinie und koaxiale graphische Darstellung beschreiben bzw. beeinflussen und ihre Uebertragbarkeit ermoeglichen. Solche Parameter koennen unter anderem sein: Durchlaessigkeit des Bodens; charakteristischer Bewuchs; Anbauarten; Form des Einzugsgebietes; Ueberregnung; Vorregen; Regendauer, -menge, -intensitaet.

Verbesserung der raum-zeitlichen Güte hydrologischer Modellierung auf der Mesoskala durch Fusion und Assimilation von multi-sensoralen Fernerkundungsdaten

Die erwarteten zukünftigen Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf den terrestrischen Wasserkreislauf verlangen Modellierungsansätze, die in der Lage sind, hydrologische Prozesse auf den für lokales und regionales Wassermanagement relevanten Skalen zu simulieren. Physikalisch-basierte hydrologische Modelle auf der Mesoskala sollten alle lokalen Gegebenheiten berücksichtigen, die zur Steuerung der räumlichen Differenzierung des Niederschlag-Abfluss Transformationsprozesses beitragen. Zur Etablierung eines Modells, welches das Verhalten hydrologischer Systeme realitätsnah simuliert, werden wir einen 'integrierten' multikriteriellen Kalibrationsansatz entwickeln, der neben dem Gebietsabfluss auch detaillierte räumliche Informationen über die dominierenden Abflussbildungsprozesse und Tagesraten der Evapotranspiration (ETa), abgeleitet aus hochauflösenden Fernerkundungsdaten, beinhaltet. Wir werden unseren Ansatz für drei ausgewählte Einzugsgebiete im Nahe-Tal (Südwestdeutschland) im Rahmen des flexibel anpassbaren WaSiM-ETH Models entwickeln, um ein beispielhaftes Verhalten-erklärendes (behavioural) Modell zu erstellen, das die raumzeitliche Dynamik des Niederschlag-Abfluss Prozesses in stündlichen Zeitschritten abbildet. Dazu werden fernerkundlich erfasste Landoberflächenparameter und aus Thermaldaten abgeleitete ETa Karten mit einer Pixelgöße vonca. 30-100 m eingebunden. Zur Erstellung dieser Karten auf Tagesbasis werden wir Multi-Sensor Datenfusionsansätze und Methoden zum sogenannten 'Downscaling' der Landoberflächentemperatur, welche die Vorteile räumlich hoch-auflösender Fernerkundungssysteme wie z.B. Landsat-8/Sentinel-2 mit zeitlich hochauflösenden Erdbeobachtungssystemen wie MODIS und VIIRS verknüpfen. ETa Raten werden mit einer Reihe von etablierten Energiebilanzmodellen (SEBAL, METRIC, SSEB) ermittelt. Diese Prozessierungskette ermöglicht die für die Kopplung mit räumlich-distributiven hydrologischen Modellen auf der Mesoskala notwendige Ableitung von LST und ETa Karten auf der Feldskala. Diese Fernerkundungsprodukte können unmittelbar zur Kalibration des hydrologischen Modells WaSiM-ETH eingesetzt werden. Etabliert werden sowohl manuelle als auch automatisierte Kalibrationsansätze, welche die raumzeitliche Dynamik der ETa Muster innerhalb der Einzugsgebiete mit einer Reihe von räumlichen Metriken erfassen. Die Kombination von fernerkundlich-abgeleiteter ETa bei wolkenfreien Bedingungen mit Simulationsergebnissen der hydrologischen Modellierung erlaubt uns die Erstellung lückenloser, hochauflösender ETa Zeitreihen. Darüber hinaus wird ein physikalisch-basiertes 'behavioural' Modell fähig sein, korrekt auf veränderte Randbedingungen hinsichtlich des Klimas oder der Landnutzung zu reagieren, und so zum Verständnis von Veränderungen im Wasserkreislauf im Rahmen globaler Klimaszenarien beitragen (z.B. das RCP6.0 oder das RCP8.5 Szenario, beide mit deutlichen Änderungen von Temperatur- und Niederschlagsmustern).

Untersuchungen ueber den Stammabfluss an Baeumen

Es wird ein Zusammenhang zwischen der Morphometrie einer Reihe von Hauptholzarten und deren Stammabfluss hergestellt, um hieraus die wichtigsten bestandeshydrologischen Daten (Interzeption, Waldbodenniederschlag usw.) abzuleiten. Das Ziel der Untersuchung besteht darin, aufgrund von Luftbildaufnahmen, die die Morphometrie von Baeumen mit zu erfassen Imstande sind, Waldnettoniederschlagskarten zu fertigen, um die Wasserhaushaltsgroessen bewaldeter Gebiete genauer eingrenzen zu koennen.

Moderne Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, Süd-Äthiopien - Die Analyse eines Process-Response-Systems im Wirkungsfeld zwischen Human Impact und natürlichen Wasserhaushaltsschwankungen

Gegenstand des Forschungsvorhabens sind die modernen Seespiegelschwankungen des Lake Abaya, eines Rift-Valleys-Sees im südlichen Äthiopien und die Erfassung des hierfür verantwortlichen Ursachengefüges. Die Seespiegelstände des Lake Abaya unterliegen seit 1989 einem kontinuierlichem Anstieg, während in demselben Zeitraum die jährlichen Abflussmengen der Tributäre abnehmen. Der natürliche Wasserhaushalt wird durch den seit Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts kontinuierlich zunehmenden Bevölkerungsdruck und der damit einhergehenden Intensivierung der Landnutzung und der hieraus resultierenden drastischen Zunahme der Bodenerosion überprägt. Die raum-zeitliche Bewertung der Abflussbildungs- und Erosionsprozesse im Einzugsgebiet erfordert zunächst die Bilanzierung des Sedimentationsverhaltens, vorgenommen mit Hilfe sedimentologischer Analyse von Delta- und Schwemmfächerablagerungen. Die Datierung dieser sehr jungen Sedimente erfolgt mit Hilfe der Analyse der radioaktiven Isotope 137Cs und 210Pb. Gleichzeitig soll anhand des organischen Pollutants DDT und seiner metabolisierten Abbauprodukte DDE und DDD eine alternative Möglichkeit der Altersdatierung dieser sehr jungen Sedimente überprüft werden. Der sich in Raum und Zeit verändernde Einfluss des Menschen auf den Landschaftshaushalt wird für den Zeitraum ab 1981 über die Veränderungen des Vegetationsbedeckungsgrades (NVDI) auf der Grundlage von NOAA-AVHRR Bilddaten erfasst. Durch Einbeziehung von Zensusdaten dienen die NDVI-Daten dann als Grundlage einer räumlichen Gewichtung des Landnutzungsverhaltens. Die Verknüpfung dieser Datenreihen mit den Analysen des aktuellen Wasser- und Schwebstoffhaushaltes unter Einbeziehung der Klimamessreihen erlaubt schließlich die Modellierung des Wasser- und Schwebstoffhaushaltes für die letzten 20 Jahre des 20. Jahrhunderts. Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Sedimentanalyse in diese Modellierungsansätze sollen so schließlich für das 20. Jahrhundert der Wasserhaushalt, der Schwebstoffhaushalt und die Bodenerosionsgefährdung in Raum und Zeit modelliert werden.

Dendrogeomorphologische und sedimentologische Untersuchungen zum Sedimenteintrag von Murgängen in einen Hochgebirgssee

In diesem Gemeinschaftsvorhaben soll am Beispiel des Pragser Wildsee in den Pragser Dolomiten/Italien die Beziehung zwischen den episodischen Murgängen im Einzugsgebiet und der daraus resultierenden Ablagerung feinklastischer Sedimente auf dem Seegrund untersucht werden. Ein oberflächlicher Abfluss in den See, der überwiegend aus Grund- und Karstwasser gespeist wird, findet nur bei extremen Niederschlagsereignissen statt, die in der Regel auch Murgänge verursachen. Während der Murschutt bereits auf den Murkegeln akkumuliert wird, erreicht die feinkörnige Matrix aus der Filterspülung zusammen mit dem ablaufenden Wasser den See. Dort wird sie großflächig und im Vergleich zur Normalsedimentation je nach Ereignis in stark variierender Mächtigkeit sedimentiert. Die Murfrequenz der letzten Jahrhunderte konnte auf den Kegeln im Einzugsgebiet des Sees mit Hilfe dendrogeomorphologischer Methoden bis nahezu auf das Kalenderjahr genau datiert werden. Durch die mit den Murgängen verknüpfte Sedimentation im See soll, ausgehend von den dendrochronologisch datierten Ereignissen, eine Korrelation zu den Seesedimenten erfolgen. Darauf aufbauend soll der Ereigniskalender anhand der Seesedimente so weit wie möglich in die Vergangenheit verlängert werden. Darüber hinaus wird von diesen Vorhaben ein wichtiger Beitrag zur hochaufgelösten Erfassung von Naturgefahren erwartet.

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