Untersuchungen zur Geschiebedynamik mithilfe von Radiotelemetrie- und RFID-Tracern Die BAW strebt in Kooperation mit der Universität für Bodenkultur Wien die Nutzung von Radiotelemetrie-Tracern am Oberrhein an. Die Tracer sollen Informationen über die Geschiebedynamik (u.a. Transportbeginn, Transportweiten/-geschwindigkeiten) in Abhängigkeit von verschiedenen hydrologischen Bedingungen liefern. Aufgabenstellung und Ziel Der Oberrhein ist aufgrund von Laufverkürzungen und Staustufenbau anthropogen hochgradig überprägt. Unterhalb der Staustufe Iffezheim erfordert Geschiebeknappheit eine dauerhafte Sedimentzugabe, die zusätzlich zur Komplexität der morphologischen Prozesse beiträgt. Heterogene Sohllagenentwicklungen und sich lokal ausprägende Anlandungen und Kolke machen ein aufwändiges Geschiebemanagement notwendig (BAW 2010; BfG 2010). Trotz des stetig wachsenden Systemverständnisses verbleiben jedoch Kenntnislücken zur Geschiebedynamik, die es mit Blick auf verkehrliche, ökologische und wasserwirtschaftliche Maßnahmen in der Strecke zu schließen gilt. Auf Höhe des Lorcher Werths am Mittelrhein findet Geschiebetrieb hauptsächlich im Hauptarm des Rheins statt. Dieser Bereich stellt einen verkehrlichen Engpass dar (BAW 2022), dessen Ursachen es besser zu verstehen gilt. Zusätzlich muss die Wirkung der zur Engpassbeseitigung umzusetzenden Maßnahmen gut dokumentiert sein. Geschiebedynamik-Untersuchungen im Haupt- und Nebenarm können hier einen wertvollen Beitrag leisten. Ziel dieses FuE-Vorhabens ist es, mit innovativen Verfahren gegenüber konventionellen Methoden weiter reichende Informationen über die Geschiebetransportprozesse im Ober- und Mittelrhein zu erlangen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Durch den Einsatz von Radiotelemetrie-Tracern können zeitlich wie räumlich hoch aufgelöste Erkenntnisse zur abflussabhängigen Grobkiesdynamik gewonnen werden. Dies ist sowohl im Bereich der Geschiebezugabe Iffezheim als auch lokal, z. B. in Anlandungs- und Erosionsbereichen und in anderen Strecken möglich. Ergänzend zu bestehenden Monitoring-Maßnahmen bieten die gewonnenen Erkenntnisse eine fundierte Grundlage für die zukünftige Erarbeitung und Weiterentwicklung von Geschiebezugabe- und Geschiebemanagement-Strategien, die Überprüfung von Sohlstabiliserungsmaßnahmen sowie die Planung von verschiedenen flussregelnden Maßnahmen. Sie tragen somit zur Gewährleistung der Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt bei. Mittelfristig ist die Nutzung der Tracer auch außerhalb des Rheingebiets denkbar. Radiofrequenz-Identifikations-Tracer (RFID) können zeitlich hoch aufgelöste Erkenntnisse zur abflussabhängigen Mittel- und Grobkiesdynamik in Nebenarmen liefern. Am Lorcher Werth soll ihr Einsatz den Ist-Zustand dokumentieren, um eine Bewertung der Wirkung von Maßnahmen zur Engpassbeseitigung zu ermöglichen. Ihre Anwendung ist zudem für morphodynamische Fragestellungen bei zukünftigen ökologisch orientierten Seitengewässeranbindungen denkbar. Untersuchungsmethoden Radiotelemetrie-Geschiebetracer sind künstlich gefertigte Tracersteine (Liedermann et al. 2013). Um einen Sender im Kern wird mit Zwei-Komponenten-Knetmasse ein künstlicher, natürlich geformter Stein modelliert (Bild 1). Die Beigabe von Bleikügelchen gewährleistet eine natürliche Dichte des Tracers. Nach Ausbringung der Tracer auf die Flusssohle erfolgt die bootsgestützte Suche mittels Richtantenne von der Wasseroberfläche aus. Die Tracer sind z. T. über ihre Sendefrequenz und v. a. über IDs unterscheidbar und können je nach Sendergröße und entsprechend gewählten Einstellungen mehrere Jahre aktiv bleiben. Gemeinsam mit der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) wurden die Sender eines Herstellers und die bewährte Tracer-Bauvariante sowie die Detektiermethodik im Oberrhein getestet und anschließend für diesen optimiert. Die optimierte Variante wurde dann in Rinnen- und Naturversuchen überprüft. (Text gekürzt)
Die Asian Tropopause Aerosol Layer (ATAL), eine Schicht mit erhöhtem Aerosolgehalt, tritt jedes Jahr von Juni bis September in 14-18 km Höhe in einem Gebiet auf, das sich vom Mittelmeer bis zum westlichen Pazifik erstreckt. Hinsichtlich der Zusammensetzung der Partikel, sowie ihrer Bedeutung für die Strahlungsbilanz in dieser klimasensitiven Höhenregion bestehen große Unsicherheiten. Die bisher einzigen Flugzeugmessungen aus dem Zentrum der ATAL wurden 2017 im Rahmen der StratoClim Kampagne von Kathmandu aus gewonnen. Dabei entdeckten wir mit Hilfe des Infrarotspektrometers GLORIA auf dem Forschungsflugzeug Geophysica, dass feste Ammoniumnitrat (AN) â€Ì Partikel einen beträchtlichen Teil der Aerosolmasse ausmachen. Diese zählen zu den effizientesten Eiskeimen in der Atmosphäre. Zudem zeigte die gleichzeitige Messung von Ammoniakgas (NH3) durch GLORIA, dass dieses Vorläufergas durch starke Konvektion in die obere Troposphäre verfrachtet wird. Im Rahmen der PHILEAS-Kampagne schlagen wir eine gemeinsamen Betrachtung von atmosphärischen Modellsimulationen und Messungen vor, um die Zusammensetzung, Ursprung, Auswirkungen und Verbleib der ATAL-Partikel zu untersuchen â€Ì insbesondere im Hinblick auf ihre Prozessierung sowie ihren Einfluss auf die obere Troposphäre und die untere Stratosphäre der nördlichen Hemisphäre. Messungen von monsunbeeinflussten Luftmassen über dem östlichen Mittelmeer sowie über dem nördlichen Pazifik werden es uns erlauben, Luft mit gealtertem Aerosol- und Spurengasgehalt zu analysieren und damit die StratoClim-Beobachtungen aus dem Inneren des Monsuns zu komplementieren. Um dabei die wahrscheinlich geringeren Konzentrationen an Aerosol und Spurengasen zu quantifizieren, schlagen wir vor, die GLORIA-Datenerfassung von NH3 und AN u.a. durch die Verwendung neuartiger spektroskopischer Daten zu verbessern. Ferner werden wir die Analyse der GLORIA-Spektren auf Sulfataerosole sowie deren Vorläufergas SO2 auszudehnen. Auf der Modellseite werden wir das globale Wetter- und Klimamodellsystem ICON-ART weiterentwickeln, um die ATAL unter Einbeziehung verschiedener Aerosoltypen (Nitrat, Ammonium, Sulfat, organische Partikel, Staub) zu simulieren â€Ì unter Berücksichtigung der hohen Eiskeimfähigkeit von festem AN. Modellläufe werden durchgeführt, um einerseits einen globalen Überblick über die Entwicklung der ATAL 2023 zu gewinnen und zudem detaillierte, auf die relevanten Kampagnenperioden zugeschnittene, wolkenauflösende Informationen über die Aerosol-Wolken-Strahlungs-Wechselwirkungen zu erhalten. Über die direkte Analyse der PHILEAS-Kampagne hinausgehend wird diese Arbeit die Grundlage für eine verbesserte Analyse von Aerosolparametern aus GLORIA-Beobachtungen früherer und zukünftiger HALO-Kampagnen sowie aus Satellitenbeobachtungen legen. Darüber hinaus wird sie ICON-ART, einem der zentralen Klimamodellsysteme in Deutschland die Simulation von Aerosolprozessen sowie Aerosol/Wolken-Wechselwirkungen im Zusammenhang mit der ATAL ermöglichen.
Nach wie vor koennen viele hydraulische Probleme nur ungenau geloest werden. Am Beispiel des Feststofftransports in Fliessgewaessern wird gezeigt, dass die zahlreichen an diesem Prozess beteiligten Einflussgroessen nur mehr oder weniger genau definiert werden koenen. Eigentlich muessten diese Werte durch Mehrfachmessungen statistisch erfasst und durch die entsprechende Verteilung wiedergegeben werden. Diese Einzeleinfluesse ungenauer Parameter koennen in einem Software-Tool, welches urspruenglich aus dem Bereich des konstruktiven Ingenieurbaus kommt, auf ihre gleichzeitigen Auswirkungen auf das gesuchte Endergebnis berechnet werden. Das Resultat wird als Erwartungswert mit seiner Standardabweichung erhalten. Damit koennen diejenigen Einflussgroessen, welche das Ergebnis signifikant beeinflussen und deshalb auch besonders sorgsam gemessen werden, identifiziert werden. Naechstes Ziel ist die sehr aufwendige Erweiterung dieses Konzeptes fuer instationaere Prozesse durch loesende entsprechende Differentialgleichung. Dies ist z.B. fuer Langzeitsimulationen von Erosionen oder Auflandung in Fliessgewaessern erforderlich.
In June 2010, the DLR Group of Systems Analysis started an investigation about innovative financing of Concentrating Solar Power Plants (CSP) in countries of the Middle East and North Africa. We found a possible strategy for the market introduction of concentrating solar power (CSP) plants in the Middle East and North Africa (MENA) that will not require considerable subsidization and will not constitute a significant burden for electricity consumers in the region. In the first section, the paper explains the need of MENA countries for sustainable supply of electricity and calculates the cost of electricity for a model case country. In the second part, the cost development of concentrating solar power plants is calculated on the basis of expectations for the expansion of CSP on a global level. After that, the challenges for the market introduction of CSP in MENA are explained. Finally, we present a strategy for the market introduction of CSP in MENA, removing the main barriers for financing and starting market introduction in the peak load and the medium load segment of power supply. The paper explains why long-term power purchase agreements (PPA) for CSP should be calculated on the basis of avoided costs, starting in the peak load segment. Such PPA are not yet available, the paper aims to convince policy makers to introduce them. The attached power point file shows some examples of time series of load and supply by CSP in the different load segments and shows the graphs used in the report. The attached Excel Sheet gives the time series of load and supply by CSP for the different load segments for a total reference year.
Das Kernvorhaben zur Umsetzung des ersten Forschungswettbewerbs in StickstoffBW konkretisiert die Simple-Mass-Balance Methode und entwickelt eine Fachkonvention für die behördliche Festsetzung von Critical Level und Critical Loads (CL). Die Ergebnisse sollen die in 2014 veröffentlichte 'CL-Datenmappe' ablösen. Im Einzelnen sollen die Forschenden 1. eine Anleitung zur Ermittlung der Critical Levels und Critical Loads orientierend mit Karten und abschließend mit Anleitung (Ing. Regioplus Mainz) einschließlich 2. einer Kartieranleitung zur Differenzierung der Biotoptypen nach Empfindlichkeit gegenüber Stickstoffeinträgen (Breunig Karlsruhe) und 3. einer Analyse der historischen Grünlandnutzung als Orientierungshilfe für die Definition von Trophiezonen für den Viehbesatz und die Düngungsintensität erarbeiten (Ing. Hohenheim).
bifa wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit mit der Durchführung des Projekts IPP als Instrument des betrieblichen Klimaschutzes - eine Anleitung insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) beauftragt. Im Rahmen dieses Projekts werden u. a. acht Workshops mit Vertretern der Wirtschaft durchgeführt. Der erste Workshop fand bereits im Februar 2010 unter dem Motto Grüne Logistik: Visionen - Chancen - Risiken statt. Es nahmen 13 Unternehmer aus verschiedenen Bereichen der Logistik teil. Nach kurzen Impulsvorträgen zur Integrierten Produktpolitik und Grünen Logistik wurden in drei Arbeitsgruppen Möglichkeiten der Umsetzung von grüner Logistik im eigenen Unternehmen diskutiert und Ansatzpunkte gesucht, wie durch verstärkte Kooperation und Kommunikation die umweltbezogenen Vorteile der grünen gegenüber der normalen Logistik noch weiter ausgeschöpft werden können. Das äußerst heterogene Teilnehmerfeld wurde sehr positiv bewertet. So beschreibt ein Teilnehmer: Da waren ein Unternehmer mit eigenem Fuhrpark, ein kleiner mittelständischer Spediteur, ein großer mittelständischer Spediteur und ich aus der verladenden Wirtschaft. In der abschließenden Diskussion tauchte neben zahlreichen Ansatzpunkten zur Umsetzung immer wieder eine Frage auf: Was ist Green Logistics ? Wie können wir sie messen, was umfasst sie, wer nimmt daran teil und wer bezahlt sie? . Zur Abgrenzung der grünen gegenüber der normalen Logistik müssen Standards geschaffen werden, die den Unternehmen helfen, sich noch intensiver mit Möglichkeiten der Umweltentlastung im Bereich der Logistik auseinanderzusetzen. In einem weiterführenden Workshop im April 2010 setzten sich die Teilnehmer mit diesen Fragestellungen auseinander und erarbeiteten unter dem Titel Grüne Logistik: Standards generieren und umsetzen - aber wie? Vorschläge und Handlungsempfehlungen für die Praxis. Das IPP-Projekt ist für unterschiedliche Wirtschaftszweige von großem Interesse: So wurden weitere Workshops zu Themen wie Reach , Emissionen/ CDM , Bauwirtschaft und Recycling erfolgreich durchgeführt. Methoden: Analyse und Moderation sozialer Prozesse.
Seit den 1930er-Jahren wurde im Raum Duisburg/Wesel der Steinkohlenbergbau auch unter dem Rheinstrom und seinen Vorländern betrieben. In Duisburg befindet sich das Bergwerk Walsum, dessen regelmäßiger Förderbetrieb im Jahr 1936 aufgenommen wurde. Die maximale Jahresförderung von ca. 3,4 Mio. t Steinkohle erbrachte die Zeche mit knapp 4.600 Beschäftigten im Jahr 1984. Als Folge des Untertagebaus traten im Bereich Walsum (Rhein-km 793 bis 798) Geländesenkungen von bis zu 9 m auf, die durch eine Anpassung der Bauwerke und durch Sohlaufhöhungen im Hauptstrom kompensiert wurden. Im Bereich der Rheinaue ist nun allerdings eine Ausuferung bereits ab mittleren Abflüssen zu beobachten. Diese lokalen Veränderungen der Abflussdynamik und des Sedimenttransportvermögens bergen die Gefahr von Anlandungen im Hauptstrom, welche die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs negativ beeinflussen können. Die Auswertung aktueller Peildaten lässt Anlandungstendenzen im Streckenbereich zwischen Walsum und Stapp erkennen. Mitte 2008 wurde, entgegen der ursprünglichen Planung, der Bergbau im Grubenfeld Walsum eingestellt und die Zeche stillgelegt. Der Beschluss zur Stilllegung war für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Anlass, Prognosen zur Stabilität der Stromsohle in dem betroffenen Rheinabschnitt zu erstellen und erforderlichenfalls geeignete Maßnahmen einzuleiten. Bereits Mitte der 1970er-Jahre hatte die WSV begonnen, die bergsenkungsbedingten Massenverluste der Stromsohle durch die Verklappung von Waschbergematerial zu kompensieren. Insgesamt wurden 13,8 Mio. t dieses Nebenprodukts der Steinkohlengewinnung im Zeitraum von 1976 bis 2008 im Stromabschnitt zwischen Rhein-km 793 und 808 eingebaut. In einigen Bereichen des Streckenabschnitts beträgt die Mächtigkeit dieser Waschbergeschichten mehrere Meter. Laboruntersuchungen belegen, dass Waschbergematerial andere Materialeigenschaften aufweist und sich in seinem Verwitterungsverhalten von natürlichem Rheinkies unterscheidet. Mobilisiertes Waschbergematerial unterliegt auf der Gewässersohle Zerfallsprozessen, mit der Tendenz, relativ schnell zwischen den deutlich härteren Kiesfraktionen zerrieben, in Suspension überführt und schließlich aus der Strecke ausgetragen zu werden. Die Untersuchungen der BAW konzentrierten sich in einem ersten Schritt auf die Ermittlung der durch die Bergsenkungen verursachten Auswirkungen auf die Morphologie der Stromsohle im Bereich von Duisburg bis Wesel. Dabei kam ein zweidimensionales Feststofftransportmodell (2D-FTM) zum Einsatz. Für diese hydromorphologischen Betrachtungen war im Vorfeld der Aufbau eines historischen Geländemodells erforderlich, welches den Vorlandzustand des Untersuchungsgebiets vor Beginn der Bergbautätigkeiten erfasst. Dieses Geländemodell wurde mit Hilfe topografischer Karten der Preußischen Landesaufnahme aus dem Jahr 1892 erstellt.
Vulkanische Eruptionen faszinieren die Menschen seit jeher, insbesondere wenn sie mit spektakulären Blitzen in Eruptionswolken einhergehen. Dieses Phänomen wurde erstmals durch Plinius den Jüngeren bei der 79 AD Eruption des Vesuvs beschrieben und heutzutage gibt es zahlreiche ausgezeichnete Fotos von Blitzen während vulkanischer Eruptionen. Das verstärkte wissenschaftliche Interesse beruht darauf, dass Blitze relativ einfach mittels Antennen zu registrieren sind und so u.U. als Mitigationswerkzeug und zur Abschätzung der Eruptionsgröße genutzt werden könnten. Zudem legen die Miller-Ureys Experimente nahe, dass Blitze in Vulkaneruptionen die Transformation der aus vulkanischen Gasen bestehenden primordialen Atmosphäre in komplexe organische Verbindungen begünstigt haben können.Bisher sind dedizierte Modelle zur Erklärung der Blitze in vulkanischen Eruptionen jedoch nach wie vor selten. Verschiedene elektrostatische Prozesse wie Triboelektrifikation und bruchinduzierte Ladungstrennung wurden zwar schon genauer untersucht, aber in vielen Modellen wird die Eruptionswolke hinsichtlich der Blitzentstehung immer noch mit einer dreckigen Gewitterwolke verglichen, obwohl die Gemeinsamkeiten beider Wolken eher klein sind. Mittels dieses Antrags soll die Entstehung von Blitzen in Eruptionswolken durch eine neuartige Kombination von Geländemessungen, Laborexperimenten und begleitenden numerischen Modellen untersucht werden. Bei den Geländemessungen kommen Doppler Radar, Hochgeschwindigkeitsvideos, Messungen des elektrischen Feldes sowie seismische und akustische Messungen zum Einsatz, um die auftretenden Blitze eindeutig physikalischen Bedingungen in der Eruptionswolke zuzuordnen. Diese Messungen sollen am Vulkan Sakurajima in Japan durchgeführt werden, der für seine häufigen vulkanischen Eruptionen sowie das Auftreten von Blitzen bekannt ist. Die Geländedaten dokumentieren die prä-eruptiven Bedingungen, die Eruptionsgeschwindigkeiten vor und während der Blitze, die Positionen der Blitze und dazugehörige elektrische Felder, sowie Korngrößenverteilungen der Asche. Diese Daten werden durch detaillierte Laborversuche in sog. Shock tubes ergänzt, in denen sowohl natürlich als auch synthetisch hergestellte Asche verwendet wird. Untersucht werden u.a. die elektrischen Eigenschaften der Asche und der Zusammenhang zwischen den Versuchsbedingungen und dem Auftreten von Blitzen. Letztlich werden wir ein bestehendes Eruptionssäulenmodell um die Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften der Aschepartikel erweitern. Hiermit sollen unsere Modellvorstellungen zur Entstehung von Blitzen untersucht werden, insbesondere warum einige Eruptionen keine Blitze aufweisen während sich andere durch heftige Blitztätigkeit auszeichnen. Unsere Gelände- und Labordaten zusammen mit den numerischen Modellen werden die Bedingungen zum Auftreten vulkanischer Blitze klar eingrenzen und somit wird sich auch abschätzen lassen, inwieweit Blitze als Warnsystem genutzt werden können.
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