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Forschungsschwerpunkt 2: Nachhaltige Entwicklung und Optimierung von Wasserinfrastrukturen

Ziele wie die Versorgungssicherheit in der Wasserversorgung und der Gewässerschutz in der Abwasserentsorgung werden zusehends durch Fragen der Nachhaltigkeit und der Anforderungen infolge zukünftiger Entwicklungen ergänzt. Dabei hat die Instandhaltung und das Management der bereits weitgehend errichteten Anlagen (Assets) besondere Bedeutung. In diesem Forschungsschwerpunkt werden wissenschaftliche Methoden und Strategien entwickelt, um die Infrastruktur der Wasserver- und Abwasserentsorgung hinsichtlich dieser Ziele zu optimieren. Dabei werden demographische und soziokulturelle Entwicklungen sowie ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit einbezogen. Im besonderen werden Forschungsarbeiten zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit bzw. Instandhaltung von Wasserversorgungs- und Abwasserableitungsnetzen, zum Benchmarking und zum Qualitäts- und Risikomanagement in der Wasserver- und Abwasserentsorgung durchgeführt.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Windanalyse in der mittleren Atmosphäre mittels nächtlicher RMR-Lidar-Messungen in mittleren Breiten in Kühlungsborn (AMUN)

Der horizontale Wind nimmt eine Schlüsselrolle in der Dynamik der Atmosphäre ein. Insbesondere beeinflusst er die Ausbreitung und Dissipation von Schwerewellen und thermischen Gezeiten in der mittleren Atmosphäre. Simultane Wind- und Temperaturmessungen bieten dabei die einzigartige Möglichkeit, sowohl kinetische als auch potentielle Energiedichten der Schwerewellen zu berechnen, aus denen wiederum intrinsische Wellenparameter ableitbar sind. Windmessungen in der mittleren Atmosphäre sind jedoch insbesondere im Höhenbereich zwischen 35 und 75 km sehr selten, da hier weder Radiosonden noch Radars Daten liefern und Wind-Radiometer bzw. Satelliten keine für die Untersuchung von Schwerewellen ausreichend große Genauigkeit und Auflösung haben. Deshalb wollen wir in Kühlungsborn/Deutschland (54° N, 12° O) ein neues Lidar aufbauen, mit dem bei gekippten Teleskopen der Horizontalwind aus der Dopplerverschiebung der Rayleigh-Rückstreuung bestimmt werden kann. Neben der Erstellung einer Wind-Klimatologie steht vor allem die Untersuchung der Ausbreitung von Trägheitsschwerewellen in der mittleren Atmosphäre im Vordergrund. Dazu werden wir u.a. horizontale und vertikale Impulsflüsse und die Höhe des Impulsübertrags an die Hintergrundatmosphäre bestimmen. Diese für die Energiebilanz der Atmosphäre wesentlichen Parameter liefern wichtige Vergleichsgrößen für Zirkulationsmodelle. Ferner werden wir intrinsische Welleneigenschaften aus Wind-Hodographen analysieren, die für andere bodengebundene Messsysteme in der Regel nicht zugänglich sind. Unter Einbeziehung des lokalen Hintergrundwindes sollen aufwärts und abwärts propagierende Schwerewellen eindeutig getrennt und quantifiziert werden. Die Analysen werden insgesamt unser Verständnis der vertikalen Kopplung und der zu Grunde liegenden Zirkulation in der mittleren Atmosphäre deutlich verbessern. Das neue Lidarsystem ergänzt ein in Nordnorwegen am ALOMAR-Observatorium (69° N, 16° O) vorhandenes Windlidar, welches ebenfalls vom IAP betrieben wird. In diesem Projekt wird die dabei erworbene Expertise genutzt, um die Entwicklungsrisiken für das neue Lidar zu minimieren und schwerpunktmäßig Windmessungen in der mittleren Atmosphäre durchzuführen und zu interpretieren.

Integriertes Treibhausgas Monitoring System für Deutschland - Modul Koordination, Teilprojekt 4: Koordination der Module Quellen und Senken mit dem ITMS Gesamtprojekt

Forstökonomisches Monitoring

Im Rahmen dieses langfristigen Forschungsvorhabens (einer Mischung aus Eigenprojekt und Auftragsforschung) werden forstliche Testbetriebsnetze im österreichischen Klein- und Großwald betreut und regelmäßig ausgewertet. Dabei obliegen dem Institut insbesondere auch Systemadministration und Systementwicklung der 'Forstberichts-Datenbank'. Auf Basis von Erhebungen in rund 200 Forstbetrieben, die überwiegend von den Projektpartnern durchgeführt werden, werden jährlich forstliche Betriebsabrechnugen erstellt und an der BOKU zu Gruppenmittelwerten verdichtet. Diese aggregierten Kennzahlen sind wichtige, empirische Datengrundlagen für die forstpolitischen Akteure ebenso wie für die forstökonomische Forschung und Lehre an der BOKU und fließen unter anderem in den jährlichen Waldbericht des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft ein.

HeideBench: A Multispectral UAV Time-Series Benchmark for Forest Crown Phenology in Dölauer Heide

We present HeideBench, a very-high-resolution multispectral uncrewed aerial vehicle dataset for forest crown phenology collected over a forest patch in Dölauer Heide, Halle (Saale), Germany. Dölauer Heide is currently dominated by pine plantations (Kiefernforste), which cover the largest area but are increasingly affected by dieback, while its potential natural vegetation is sessile oak–hornbeam forest rich in small-leaved lime (Albrecht et al., 1993). In addition to these pine stands, the area contains near-natural mixed deciduous forests with oaks, birches, and beeches, making it a particularly relevant setting for observing seasonal canopy development under contrasting forest structures and ongoing ecological transition. Against this background, HeideBench provides repeated observations of the same forest patch through the growing season. The dataset contains 18 georeferenced multispectral GeoTIFF orthomosaics acquired between 6 March 2025 and 5 November 2025, spanning a 244-day seasonal period from early spring to late autumn. The acquisitions have a median revisit interval of 14 days, with intervals ranging from 4 to 27 days, and an average ground sampling distance of 5.53 cm per pixel. The valid imaging footprint covers approximately 32.1 ha and is bounded by 11.902653–11.911325°E and 51.499959–51.508576°N. Data were collected using a DJI Mavic 3M Enterprise uncrewed aerial vehicle equipped with four multispectral cameras measuring green (560 nm), red (650 nm), red-edge (730 nm), and near-infrared (860 nm) reflectance, in that order. Flights used a real-time kinematic (RTK) positioning module for centimeter-level geolocation, and all data are provided in coordinate reference system EPSG:25832. Imagery was processed with Agisoft Metashape 2.3.1 to generate calibrated multispectral orthomosaics. The dataset further includes 5,885 crop-safe individual tree crown instance segmentations over the same footprint, extracted with the DeepTrees software package (Khan et al., 2025). HeideBench is intended to support crown-centric analyses of seasonal canopy development, temporal representation learning, phenology-aware feature extraction, and the evaluation of tree crown delineation under seasonal change. HeideBench is a result of the Dynamic Platform Project titled "PhenoEmbed: Multispectral UAV AI Embeddings for phenology-aware tree crown delineation" of the Integration Platform 1: "Sustainable future land use" (IP1) at the Helmholz Centre for Environmental Research (UFZ) in Leipzig, Germany.

Direct Seawater ElectrolysIs to produce H2 and O2, Teilvorhaben TU Berlin

Weiterentwicklung des Produktportolios des Umweltzeichens Blauer Engel - Dämmstoffe und Dämmsysteme für die Wärmewende

a) Zielstellung, fachliche Begründung, zentrale Forschungsfrage benennen: Mit dem Blauen Engel werden Produkte und Dienstleistungen ausgezeichnet, die in einer ganzheitlichen Betrachtung besonders umweltfreundlich sind und zugleich hohe Ansprüche an den Arbeits- und Gesundheitsschutz sowie die Gebrauchstauglichkeit erfüllen. Das Vorhaben dient der Ableitung und Weiterentwicklung ambitionierter Standards für umweltfreundliche Produkte und Dienstleistungen im Bereich der freiwilligen Produktkennzeichnung mit dem Blauen Engel. Die Konkretisierung der Produkte und Dienstleistungen erfolgt in der Leistungsbeschreibung auf Grundlage der Beschlüsse der Jury Umweltzeichen. Die Ergebnisse tragen auch dazu bei, hohe ökologische Standards in Form von Benchmarks in anderen Instrumenten des produktbezogenen Umweltschutzes national und auf europäischer Ebene, z.B. bei der umweltfreundlichen öffentlichen Beschaffung, zu verankern. Neben der Entwicklung neuer Umweltzeichen für Produkte und Dienstleistungen stehen regelmäßig Aktualisierungen bestehender Vergabekriterien an (www.blauer-engel.de/de/fuer-unternehmen/vergabekriterien). Methodisch ist die Integration von bilanzierenden Indikatoren kontinuierlich weiterzuverfolgen, insbesondere die Energie-/Klimabilanz von Produkten und Dienstleistungen. Ebenso gilt es die Operationalisierung von Aspekten der Kreislaufwirtschaft (Langlebigkeit, Rezyklierbarkeit, Recyclateinsatz) bei den untersuchten Produkten und Dienstleistungen weiterzuentwickeln. b) Output: Neue Umweltzeichen und weiterentwickelte, bestehende Vergabekriterien

Benchmarking Forstwirtschaftlicher Zusammenschlüsse II

Das Vorhaben BenchmarkingFWZ-II greift die Ergebnisse vom Projekt BenchmarkingFWZ (Laufzeit 2019 bis 2022) auf und zielt auf die Etablierung und den Ausbau des Benchmarking-Systems für Forstwirtschaftliche Zusammenschlüsse in Deutschland ab. Die Gruppe der im Projekt beteiligten Zusammenschlüsse wird weiter ausgebaut, das Datenbankkonzept dynamisch den steigenden Datenmengen und Sicherheitsanforderungen angepasst, neue entstehende Geschäftsfelder integriert und für Geschäftsführungen und Vorstände eine webbasierte Informations- und Lernplattform entwickelt (Benchmarking-Forum FWZ) Im Projekt BenchmarkingFWZ II wird auf die Unterschiede der FWZ in den verschiedenen Bundesländern eingegangen; beim Vergleich werden unterschiedliche Grade der Professionalisierung und der Leistungsspektren berücksichtigt. Den oft als Ein-Personen-Unternehmen arbeitenden Organisationen fehlt häufig das betriebswirtschaftliche 'Know-how' zur Steuerung ihres FWZ. Die Arbeit der Vorstände ist oft von geringem Änderungswillen und hoher Risikoaversion geprägt. Kritische Faktoren des Ehrenamtes für FWZ umfassen eine große Verantwortung, Klärung von Haftungsfragen, Übertragung von fachlichen Aufgabenbereichen und ein hoher Zeitaufwand. Hier bestehen ein erhöhtes Maß an Beratungs- und Informationsbedarf, um das ehrenamtliche Engagement weiterhin zu fördern und zu stärken. Belastbare Daten zur Formulierung von strategischen Zielen, deren Monitoring und der Vergleich mit anderen Zusammenschlüssen sind wichtige Elemente für die Zukunftsfähigkeit dieser Organisationen und das betriebliche Management der Zusammenschlüsse BenchmarkingFWZ-II setzt an dieser Stelle an, bezieht die Vorstände verstärkt in die Diskussion mit ein und versteht sich als umfassender, praxisnaher und betriebswirtschaftlich fundierter Entwurf für eine heterogene Organisationsgruppe, die eine wesentliche Rolle für die Bewirtschaftung und Bereitstellung des nachwachsenden, klimafreundlichen Rohstoffs Holz in Deutschland spielt

Entwicklung neuer Auslegungsmethoden für Rotorblätter, Teilvorhaben: Matrixdominierte Ermüdung, Schädigung und Degradation von Rotorblättern im Ganzblatttest und im Digitalen Zwilling

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