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Identifizierung von Schadstoffquellen in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Bei der ökotoxikologischen Untersuchung von Wasser- und Sedimentproben kann oftmals nur ein Anteil der beobachteten Effekte durch bekannte Schadstoffe erklärt werden. Gleichzeitig zeigen chemische Non-Target-Analysen, dass aquatische Lebensgemeinschaften einer Vielzahl unbekannter oder unzureichend charakterisierter Stoffe ausgesetzt sind. Für eine Priorisierung und Identifizierung von Stoffen werden deshalb dringend innovative Ansätze zur Kopplung moderner chemischer und ökotoxikologischer Verfahren benötigt. Im Projekt SOURCE werden Wasser- und Sedimentproben entlang der Elbe chemisch und ökotoxikologisch charakterisiert und die Ergebnisse mithilfe wirkungsorientierter Analytik und der Modellierung molekularer und adverser Effekte integriert. Unter Berücksichtigung von Kombinationseffekten, die bei Umweltmischungen unweigerlich zu erwarten sind, wird somit eine Möglichkeit zur Identifizierung und Priorisierung von Schadstoffen und ihren Quellen geschaffen. Ziele - Bestandsaufnahme von Stoff- und Wirkungsprofilen von Sedimenten und Wasserproben entlang der Elbe - Kombination von chemisch analytischen Verfahren, Modellierung toxischer Effekte und effektbasierten Biotests - Entwicklung und Anwendung von Verfahren zur Identifizierung toxischer Stoffe und ihrer Eintragsquellen in Bundeswasserstraßen Woher kommen die Schadstoffe in unseren Flüssen? Um dieser Frage nachzugehen, werden im Projekt SOURCE Methoden der chemischen Target- und Non-Target-Analytik, bioanalytische Testverfahren und Modellierungsansätze kombiniert. Die Zahl der industriell hergestellten Chemikalien hat sich in den letzten 20 Jahren mehr als verdreifacht und liegt heute bei über 350.000 Substanzen. Gewässer werden in Europa routinemäßig jedoch nur auf wenige ausgewählte Stoffe untersucht. Dadurch bleiben Identität und Wirkung vieler Stoffe, die unsere Gewässer gefährden können, unerkannt. Vor dem Hintergrund der aktuellen Aktivitäten, z.B. zum Sedimentmanagement an der Elbe, ist es für die Entwicklung nachhaltiger Maßnahmen notwendig, die für Schadwirkungen verantwortlichen Stoffe zu identifizieren. Nur auf dieser Basis können Vorschläge zur zielgerichteten Minimierung der Einträge erarbeitet werden.

Chemischer Angriff auf geotechnische Elemente - in situ Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe

Die Tragfähigkeit von geotechnischen Bauteilen kann durch den Angriff betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe markant verringert werden. Daher sollen geeignete Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften in situ Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe sowie physikochemische Schutzmechanismen für die Herstellung der Bauteile konzipiert werden. Aufgabenstellung und Ziel Aktuell gibt es bei den laufenden Projekten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich deren dauerhafter Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Exemplarisch seien hier nur die Einwirkungen infolge von Ammonium bei der 5. Schleuse Brunsbüttel, infolge von kalklösender Kohlensäure an der Dortmund-Ems-Kanal (DEK)-Nordstrecke und an der Stadtstrecke Oldenburg sowie infolge von Sulfat an den Staustufen Besigheim und Hessigheim aufgeführt. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk und in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens wird folgenden Fragestellungen nachgegangen: 1. Einwirkungen: Entwicklung geeigneter Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften In-situ-Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe aus Böden und Wässern auf geotechnische Elemente, Konzeption physikochemischer Schutzmechanismen bei der Herstellung. (Bearbeitung: K5, G3) 2. Widerstand: Wie verhalten sich Mörtel bzw. Beton der geotechnischen Elemente bei unterschiedlichen Einwirkungen? Wie kann der Widerstand zielsicher und dauerhaft beeinflusst werden? (Bearbeitung: B3, B2) 3. Tragverhalten: Welche Auswirkungen auf das Tragverhalten haben Veränderungen am Mörtel bzw. Beton geotechnischer Elemente als Folge eines chemischen Angriffs? (Bearbeitung: G2) Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei Bauvorhaben an Bundeswasserstraßen werden geotechnische Elemente wie Verpressanker, Kleinverpresspfähle und Betonpfähle aufgrund ihrer kostengünstigen und technisch ausgereiften Herstellung häufig eingesetzt. Typische Einsatzgebiete bilden dabei die Auftriebssicherung von Schleusen- und Wehrsohlen und die Rückverankerung von Ufereinfassungen sowie die temporäre Sicherung von Baugruben. Liegen erhöhte Gehalte betonaggressiver Substanzen in Grundwasser und Boden vor, können die vorgenannten geotechnische Elemente hingegen häufig nicht als dauerhafte Bauteile eingesetzt werden. In diesen Fällen ist man gezwungen, auf meist kosten- und platzintensivere Lösungen wie beispielsweise Stahlrammpfähle oder Ankertafeln und -wände zurückzugreifen. Infolgedessen ergeben sich für die zu erstellenden Bauwerke teils deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen und längere Bauzeiten. Untersuchungsmethoden Um im Vorfeld eine grobe Ersteinschätzung der zu erwartenden Betonaggressivität zu treffen und Laboranalysen auf ihre Plausibilität zu prüfen, wurden Karten zur potenziellen Betonaggressivität erstellt. Grundlage dafür sind die Hydrochemischen Hintergrundwerte, die von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe als „Web Map Service“ der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurden (Wagner et al. 2011). Für insgesamt 186 hydro-geochemische Einheiten, die sich aus geologisch-genetischen, lithologischen und hydrochemischen Gesichtspunkten in Deutschland ergeben, wurden die räumliche Verteilung der jeweiligen Expositionsklassen nach der DIN 4030, die sich aus den Hintergrundwerten für die Wasserinhaltsstoffe Ammonium, Magnesium und Sulfat ableiten lässt, dargestellt. (Text gekürzt)

Ermittlung des Potenzials schädlicher Phytoplankton-Massenentwicklungen in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Die aktuellen, trockenen Jahre haben gezeigt, dass an den Bundeswasserstraßen im Binnenland und den Ästuaren in Zeiten des Klimawandels wieder vermehrt mit Eutrophierungs-Phänomenen zu rechnen ist. Das Fischsterben in der Oder, ausgelöst durch das verstärkte Wachstum der Alge Prymnesium parvum und der von ihr gebildeten Toxine, die mittlerweile regelmäßig auftretenden Cyanobakterienblüten an der Mosel oder auch die wieder verstärkt auftretende Sauerstoffproblematik in vielen Fließgewässern wie z. B. der Elbe sind die prominentesten Beispiele dieser Entwicklung (Abb. 1). Nicht nur in den Medien, der Öffentlichkeit und in der nationalen und internationalen Politik, auch bei den verwaltenden Behörden wie den Landesämtern oder der Wasserstraßen und Schifffahrtsverwaltung des Bundes erregt dieses Thema große Aufmerksamkeit und Besorgnis. Eutrophierung ist eines der zentralen Wasserqualitätsprobleme, die in der Nationalen Wasserstrategie der Bundesregierung benannt werden. Ihre Vermeidung, insbesondere im Ästuar- und Küstenbereich, ist „Vision“ der Nationalen Wasserstrategie und entspricht dem nationalen Umweltziel 1 aus der Umsetzung der Europäischen Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie. Die Gründe für diese Eutrophierungsphänomene liegen in den ungewöhnlich langen, trockenen und warmen Wetterperioden in den Frühjahrs- und Sommermonaten der vergangenen Jahre. Diese führen nicht nur zu einem Anstieg der Wassertemperatur und ausreichender Lichtverfügbarkeit, auch der Abfluss in den Bundeswasserstraßen nimmt ab, während die Aufenthaltszeit des Wassers gerade in staugeregelten Bereichen ansteigt. All diese Faktoren sind wachstumsfördernd für Algen und Cyanobakterien. Durch den geringen Abfluss werden zudem eingeleitete Substanzen nicht mehr ausreichend verdünnt. Im Falle der Oder führten durch den Bergbau eingeleitete Salze erst dazu, dass die Brackwasseralge Prymnesium parvum ein ideales Habitat vorfand. Es besteht daher starker Bedarf, solche Kipppunkte von Gewässern frühzeitig zu erkennen und über ein Monitoringprogramm im Krisenfall die Handlungsfähigkeit der zuständigen Behörden zu verbessern. Dazu ist es zunächst notwendig, das Potenzial der Bundeswasserstraßen für die Massenentwicklung von schädlichen Algen und Cyanobakterien zu evaluieren und damit zu klären, an welchen Bundeswasserstraßen das Risiko für schädliche Algenblüten besteht. Es gibt verschiedene Algen, andere Protisten und Cyanobakterien, die das Potenzial schädlicher Auswirkungen auf das Ökosystem und die menschliche Gesundheit haben. Die Nischen oder Habitate, in denen diese Arten vorkommen sind zwar begrenzt, es ist jedoch nachgewiesen, dass durch den Menschen verursachte Phänomene (Klimawandel, Einleitung von Nährstoffen und Salzen) die Ausbreitung schädlicher Algen befördern und es dadurch zu massenhaften Entwicklungen dieser kommt. Es ist nicht bekannt, in welchen der Bundeswasserstraßen mögliche Habitate für diese schädlichen Organismen derzeit bestehen oder auch in Zukunft unter einem Klimawandelszenario entstehen könnten. Diese Lücke soll in diesem Projekt geschlossen werden. Ziele - Identifizierung der TOP10 HABs (engl. „Harmful Algae Blooms“ = schädliche Algenblüten), also der 10 Arten, die am wahrscheinlichsten in großen Fließgewässern eine schädliche Algenblüte bilden und Charakterisierung ihrer Umweltanforderungen - Erstellung und Veröffentlichung von Steckbriefen der TOP10 HABs - Zusammenstellung von Umweltdaten für eine Risikoanalyse schädlicher Phytoplankton-Massenentwicklungen - Analyse des trophischen Potenzials der Bundeswasserstraßen, d. h. der theoretischen Möglichkeit für eine Phytoplankton-Massenentwicklung in den Bundeswasserstraßen.

Auswirkung von gewässerbreiten Raugerinnen mit Beckenstruktur auf den Oberwasserstand

Raugerinne mit Beckenstruktur stellen für die WSV eine Regelbauweise für die Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit dar. Derzeit ist unklar, welche Auswirkung Raugerinne auf die Stauhaltung im Oberwasser haben. Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen Methoden für die Vorhersage der Stauwirkung von Raugerinnen mit Beckenstruktur entwickelt werden. 1 Aufgabenstellung und Ziel Gewässerbreite Raugerinne mit Beckenstruktur (Titelbild) gehören bei der Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Bundeswasserstraßen zu den Regelbauweisen der WSV. Für die Genehmigung dieser Bauwerke ist der Nachweis der Auswirkungen auf die Wasserspiegellagen im Oberwasser zu erbringen. Die Hydraulik von Raugerinnen mit Beckenstruktur ist komplex, da in Abhängigkeit der Parameter Abfluss, Gefälle und Geometrie verschiedene charakteristische Fließzustände auftreten, die sich auf die Oberwasserspiegel auswirken. Bei geringen Abflüssen wird das Bauwerk im Wesentlichen durch die Durchgangsöffnungen der Riegel durchströmt, die aus Gründen der ökologischen Durchgängigkeit angeordnet werden. Bei steigendem Abfluss findet ein Übergang in ein gewelltes Abflussregime mit stehenden Wellen an den Riegeln und Froude-Zahlen um 1 statt. Bei großen Abflussereignissen wird das Bauwerk komplett überströmt und die Riegel wirken als Sohlrauheit. In der Praxis werden für die Berechnung der Wasserspiegellagen häufig 1D- oder 2D-Modelle verwendet, welche die vorherrschenden hydraulischen Verhältnisse nur vereinfacht wiedergeben. Hingegen werden von der Genehmigungsseite hohe Genauigkeiten erwartet. Die BAW sieht sich dabei häufig in der Rolle, die Güte der Modelle Dritter beurteilen zu müssen. Aus diesem Grund ist es das Ziel des Forschungsprojektes, geeignete Berechnungsmethoden für die Vorhersage des Oberwasserstandes zu entwickeln. 2 Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Der Nutzen für die WSV liegt in einer verbesserten Aussagequalität für einen wichtigen genehmigungsrelevanten Teilaspekt bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen. Mithilfe einer prognosefähigen Berechnungsmethode werden Planungsprozesse vereinfacht und Risiken hinsichtlich einer Oberwasserspiegellagenveränderung verringert. Zudem können aufwendige Vergaben von Modellrechnungen unterbleiben oder diese anhand der Projektergebnisse für eine belastbare Anwendung kalibriert werden. Untersuchungsmethoden Die Entwicklung der Berechnungsmethoden wird in drei Phasen durchgeführt. In der ersten Phase wurden grundsätzliche hydraulische Zusammenhänge zwischen der Strömung im Oberwasser und der Strömung auf einem Raugerinne mit Beckenstruktur analysiert. Hierfür wurden zunächst vereinfachte Raugerinnegeometrien (ohne Böschung, Durchgangsöffnungen etc.) betrachtet. Um in der Literatur beschriebene Ansätze (z. B. Dust und Wohl 2012, Baki et al. 2017) zu testen und weiterzuentwickeln, wurden an der BAW verfügbare Messdaten und Daten aus einer Kooperation mit dem Bundesamt für Wasserwirtschaft in Wien (Österreich, Hengl 2023) ausgewertet. In der zweiten Projektphase werden vorhandene Berechnungsansätze um weitere Parameter (Böschung und Durchgangsöffnungen etc.) ergänzt, um naturgetreue Raugerinnegeometrien abzubilden. Die Untersuchungen in dieser Projektphase werden mit 3D-HN-Modellen durchgeführt, die mit den Datensätzen aus der ersten Projektphase kalibriert werden. In der dritten Projektphase werden die gewonnenen Erkenntnisse für Raugerinne unter realen Bedingungen getestet. Hierfür werden Messungen an bestehenden Raugerinnen durchgeführt (Bild 1) und deren Ergebnisse mit denen der neu entwickelten Berechnungsmethoden verglichen. Begleitend wird mittels der HN-Modelle eine Empfehlung zum methodischen Vorgehen bei Modellierungen entwickelt werden. Diese soll bei Standorten mit Sonderanordnungen, wie z. B. teilbreite Raugerinne, oder im Falle von gekrümmten Raugerinnen als Modellierungsgrundlage dienen.

Bedeutung der Durchgängigkeit für Populationen wandernder Fischarten in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Mit der Novellierung des Wasserhaushaltsgesetzes am 1. März 2010 (WHG) wurde die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) dazu verpflichtet, die ökologische Durchgängigkeit an ihren Staustufen wiederherzustellen. Ziele sind der gute ökologische Zustand (GÖZ) bzw. das gute ökologische Potenzial (GÖP) der Wasserkörper gemäß Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) bzw. WHG. Die WSV hat zunächst Maßnahmen zur Herstellung der fischökologischen Durchgängigkeit und hier speziell zum Fischaufstieg priorisiert. An mehr als 200 Standorten der BWaStr müssen dazu Fischaufstiegsanlagen (FAA) sowie teilweise auch Fischabstiegsanlagen (FAbA) gebaut werden. Die Funktionsfähigkeit dieser Anlagen lässt sich direkt am Standort bewerten. Das BfG-Projekt "Entwicklung eines Methodenstandards zur biologischen Funktionskontrolle von Fischaufstiegsanlagen an Bundeswasserstraßen" adressiert hierzu die Herausforderungen an BWaStr. Um aber einzuschätzen, ob die Maßnahmen Bedingungen schaffen, unter denen GÖZ oder GÖP des Wasserkörpers tatsächlich erreichbar sind, muss es möglich sein, die Betrachtung auf den betroffenen Flussabschnitt und darüber hinaus zu erweitern. Dafür ist entscheidend, ab welchem Grad der Durchgängigkeit sich dort stabile Populationen der Fischzönose etablieren können. Dies ist in den BWaStr bislang nicht quantifizierbar, da es aktuell keine passenden Modelle oder Werkzeuge gibt, die eine entsprechend integrative Beurteilung ermöglichen. An dieser Stelle setzt das Projekt FischPop an. Für die BWaStr soll es ein Werkzeug entwickeln, welches Populationsaspekte in Verbindung mit der Ausprägung und Verfügbarkeit von Habitaten sowie ihrer Konnektivität modellhaft abbildet. Durch einen Metapopulationsansatz sollen die drei Komponenten miteinander verknüpft werden, um großskalig populationsökologische Prozesse zu modellieren. Dies ermöglicht es nicht nur, die Auswirkungen einer konkreten FAA auf die Populationen zu beurteilen, sondern auch kumulative Auswirkungen mehrerer Barrieren einzuschätzen, was der Realität der meisten BWaStr entspricht. Während zunächst der Fokus auf der Bewertung der Durchgängigkeit liegen wird, kann ein solches Modell perspektivisch auch dabei helfen, die Bedeutung der verfügbaren Fischhabitate für die Fischpopulationen zu quantifizieren und zu beurteilen. Ziele Gesamtziel: - Modellanwendung entwickeln, mit der abgeschätzt werden kann, ob die gegebene Durchgängigkeit einer FAA bzw. eines Querbauwerks-Standortes die Entwicklung vitaler Fischpopulationen ermöglicht (Populationsmodell inklusive Konnektivitätsmodul und Habitatmodul) Teilziele: - theoretisches Modell entwickeln, zunächst für eine Art/Artengruppe - theoretisches Modell ausweiten auf insgesamt mindestens drei Arten/Artengruppen mit unterschiedlichen Ansprüchen an den Lebensraum - Modellanwendung anhand konkreter Projektgebiete kalibrieren und verifizieren - auf Grundlage der Modellanwendung Bewertungswerkzeug für konkrete Querbauwerks-Standorte entwickeln Das Projekt "Bedeutung der Durchgängigkeit für Populationen wandernder Fischarten in Bundeswasserstraßen" ist Teil des FuE-Rahmenkonzeptes zur ökologischen Durchgängigkeit der Bundeswasserstraßen (BWaStr). Die übergreifenden Ziele und die weiteren in diesem Rahmen durchgeführten FuE-Projekte sind unter der Projektnummer M39630404009 nachzulesen (Herstellung der ökologischen Durchgängigkeit für Fische an den Staustufen der Bundeswasserstraßen - Rahmenkonzept für Forschung und Entwicklung). Die ökologische Resilienz von Fischpopulationen in Flussökosystemen basiert auf einer erfolgreichen Fortpflanzung und Rekrutierung, dem Zugang zu verfügbaren Ressourcen und der Erreichbarkeit von unterschiedlichen Habitaten. Bei der Restaurierung von Flüssen verbessern vor allem solche Projekte die Diversität der Fischfauna und die Bestandsentwicklung einzelner Fischarten, deren Maßnahmen eine Verbesserung sowohl der hydromorphologischen Habitate als auch der ökologischen Durchgängigkeit beinha

Auswirkungen chemischer Belastungen auf mikrobielle Gemeinschaften

Veranlassung Gewässerökologie im Fokus der Öffentlichkeit Die durch den Klimawandel mit zunehmender Häufigkeit auftretenden extremen Bedingungen in und an Flüssen und Bundeswasserstraßen führten in der jüngeren Vergangenheit zum Teil zu verheerenden ökologischen Folgen. Mikroorganismen nahmen dabei oft eine zentrale Rolle ein und rückten das Thema Wasserqualität verstärkt in den Fokus der Öffentlichkeit. Ein Beispiel dafür ist das Fischsterben in der Oder im August 2022, welches im Rahmen der Ursachenforschung die Sensibilität, aber auch die Komplexität der Ökosysteme in Politik und Öffentlichkeit allgegenwärtig machte. Aber auch die seit 2017 in der Mosel auftretenden Cyanobakterienblüten erregen zumindest regional öffentliches Interesse, da sie oftmals eine eingeschränkte Nutzung des Gewässers nach sich ziehen. Interdisziplinäre wissenschaftliche Herausforderung: Komplexe Zusammenhänge zwischen chemischer Belastung und Biodiversität Die Entschlüsselung komplexer Wirkbeziehungen stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar - einerseits aufgrund multipler Stressoren, die auf Flussysteme einwirken, wie die Auswirkungen des Klimawandels oder die Ausbreitung von Neobiota; andererseits aufgrund zahlreicher Umweltfaktoren wie Wassertemperatur, Nährstoffkonzentrationen und Abflussbedingungen. Ein größtenteils unbekanntes Ausmaß an chemischen Stressoren, insbesondere organische Spurenstoffe, belasten das aquatische Ökosystem zusätzlich. Obwohl internationale Gremien und Verbände (IPBES, EU) sowie die wissenschaftliche Gemeinschaft chemische Belastungen als einen der Haupttreiber für Biodiversitätsverlust anerkannt haben, ist der Einfluss von Chemikalien auf die Biodiversität und damit auf Ökosysteme bisher unzureichend verstanden. Erste Studien geben Hinweise auf die potentiellen Auswirkungen chemischer Belastungen auf die mikrobielle Gemeinschaft: Beispielsweise belegen sie einen statistischen Zusammenhang zwischen der Spurenstoffbelastung und dem ökologischen Zustand von Fließgewässern. Es ist daher notwendig, die komplexen Zusammenhänge zwischen solchen chemischen Stressoren und der mikrobiellen Artengemeinschaften integrativ und systematisch zu bearbeiten, um die ökologischen Entwicklungen in Bundeswasserstraßen besser zu verstehen und zu prognostizieren sowie um nachteiligen Veränderungen proaktiv entgegensteuern zu können. Die Mosel als Untersuchungsgebiet Über Einträge kommunaler Kläranlagen sowie aus industriellen und intensiven landwirtschaftlichen Aktivitäten im Einzugsgebiet gelangen komplexe Mischungen organischer Spurenstoffe in die Mosel. Darüber hinaus zeigt das Gewässer als Ausdruck eines "nicht gesunden" Ökosystems seit einigen Jahren ausgeprägte, Toxin-bildende Cyanobakterienblüten, die in der breiten Öffentlichkeit sowie bei den verantwortlichen Behörden große Aufmerksamkeit und Besorgnis erregen. Ziele - Umfassende Charakterisierung der mikrobiellen Artengemeinschaft und chemischen Belastung im Untersuchungsgebiet (Mosel) - Etablierung von experimentellen Ansätzen zur systematischen Untersuchung der Zusammenhänge zwischen chemischen Belastungen und dem Wachstum mikrobieller Populationen - (Weiter-)Entwicklung von mechanistischen Effekt-Modellen, welche den Einfluss der chemischen Belastung im Kontext multipler Stressoren auf ausgewählte Phytoplankton-Arten beschreiben.

Resiliente Abfluss- und Stauregelung der Wasserstraßen bei extremen Niederschlagsereignissen

Abflussprognosen zur Bewältigung von Extremwetterlagen Um das Transportaufkommen in Deutschland auch unter schwierigen Bedingungen zu bewältigen und dies aufrecht zu erhalten bzw. zu steigern, sind verkehrsträgerübergreifende Lösungsansätze notwendig. Ziel dieses Projekt ist es, die Resilienz und die Verfügbarkeit des Verkehrsträgers Wasserstraße bei extremen Wetterereignissen zu erhöhen. Aufgabenstellung und Ziel Etwa 3.000 km der Bundeswasserstraßen sind mit Staustufen ausgebaut, die meist aus einem beweglichen Wehr, einer Schleuse und einem Laufwasserkraftwerk bestehen. Durch das Ändern des Abflusses über das Kraftwerk und über das Wehr hält ein lokaler Regler den gewünschten Oberwasserstand innerhalb der vorgegebenen Stauzieltoleranz. Die Abfluss- und Stauregelung soll dabei mehrere, mitunter gegensätzliche Ziele erfüllen: Einhaltung des Stauziels innerhalb der festgelegten Toleranz, Verminderung von Abflussschwankungen, optimale Nutzung der Wasserkraft und Minimierung des Verschleißes der Wehrverschlüsse. Im Zuge des Klimawandels ist mit einer Zunahme extremer Wetterereignisse zu rechnen. Die Abfluss- und Stauregelung steht gerade in Niedrigwasserperioden vor wachsenden Herausforderungen. Schwankungen des Abflusses sind in diesen Phasen schwierig auszugleichen und Über- bzw. Unterschreitungen der Stauzieltoleranz sind nicht auszuschließen. Dadurch entsteht eine Gefahr für die Schifffahrt. Ziel des vorgestellten Vorhabens ist es, anhand einer fundierten Datenanalyse und der Methode des maschinellen Lernens Zusammenhänge zwischen Niederschlagsereignissen und Abflussschwankungen vertieft zu untersuchen. Zusätzlich sollen Abflussprognosen erstellt werden, welche die Abfluss- und Stauregelung unterstützen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Verwendung maschinellen Lernens für Abflussvorhersagen auf der Basis von Niederschlags- und Zuflussdaten stellt ein vielversprechendes Werkzeug für die WSV dar. Prognosen schaffen einen vorausschauenden Handlungsspielraum für die Abfluss- und Stauregelung, sodass starke Wasserstandsund Abflussschwankungen minimiert und damit die Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt erhöht werden. Die Resilienz der Wasserstraße wird dadurch auch unter den zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels gesteigert. Untersuchungsmethoden Das Verfahren wird exemplarisch an einer Stauhaltung der Mosel getestet. Die Niederschlagsdaten des Einzugsgebiets der Stauhaltung werden vom Deutschen Wetterdienst im Rahmen der Zusammenarbeit im BMDV-Expertennetzwerk bereitgestellt. Die Pegeldaten der oberliegenden Stauhaltung sowie die der untersuchten Stauhaltung selbst werden von der WSV zur Verfügung gestellt. In einem ersten Schritt werden die Pegeldaten untersucht. Anhand einer Kreuzkorrelation können Abhängigkeiten zwischen dem oberliegenden Pegel und dem Pegel in der untersuchten Stauhaltung aufgezeigt werden. In einem weiteren Schritt werden ebenfalls die Niederschlags- und Wehrdaten betrachtet und deren Zusammenhang mit den Pegeldaten untersucht. Zusätzlich wird eine Methode erarbeitet, um Wasserstandsschwankungen so zu filtern, dass die Werte möglichst unbeeinflusst von Schleusungen und Schifffahrt sind. Im Anschluss an die Aufbereitung der Daten wird nach einer geeigneten Methode des Maschinellen Lernens (ML) gesucht. Dabei werden unterschiedliche ML-Modelle in Python implementiert und trainiert. Der vielversprechendste Modelltyp soll weiter genutzt und mit unterschiedlichen Parametrierungen getestet werden. Hierbei wird immer auf einen Prognosezeitraum von drei Stunden hingearbeitet. Für die Abfluss- und Stauregelung ist eine dreistündige Prognose wünschenswert, um Schwankungen des Abflusses effektiv zu bewältigen.

Bauwasserhaltung Abbruch Schöpfwerk Sommerdorf

ID: 5139 Allgemeine Informationen Kurzbeschreibung des Vorhabens: Die Bundesrepublik Deutschland und der Freistaat Bayern planen den Ausbau der Wasserstraße und die Verbesserung des Hochwasserschutzes an der Bundeswasserstraße Donau zwischen Straubing und Vilshofen. Für den Teilabschnitt 1: Straubing – Deggendorf (Donau-km 2321,7 bis 2282,5) hat Träger der Vorhaben die Durchführung eines gemeinsamen Planfeststellungsverfahrens gemäß § 14 Abs. 1 Satz 3 Bundeswasserstraßengesetz (WaStrG) i. V. m. § 78 Abs. 2 Satz 1 Verwaltungsverfahrensgesetz (VwVfG) bei der Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt in Würzburg beantragt. Die Vorhaben wurden mit Planfeststellungsbeschluss vom 20.12.2019 planfestgestellt. Der Planfeststellungsbeschluss ist zwischenzeitlich in Bestandskraft erwachsen. Teil der planfestgestellten Hochwasserschutzmaßnahmen im Polder Sulzbach ist der Abbruch des bestehenden Schöpfwerks Sommersdorf und die Rückverlegung des Deichs Hundldorf. Ort des Vorhabens: Mariaposching Ort des Vorhabens Verfahrenstyp und Daten Art des Zulassungsverfahrens: Beschränkte wasserrechtliche Erlaubnis gemäß §§ 19 Abs. 1, 10 Abs. 1 WHG i. V. m. Art. 15 Abs. 1, 2. Alt. BayWG Abschlussdatum: 07.08.2025 UVP-Kategorie: Wasserwirtschaftliche Vorhaben mit Benutzung oder Ausbau eines Gewässers Zuständige Behörde Verfahrensführende Behörde: Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt - Dienststelle Würzburg Wörthstraße 19 97082 Würzburg Deutschland Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Vorhabenträger Vorhabenträger Freistaat Bayern vertreten durch die WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH WIGES Wasserbauliche Infrastrukturgesellschaft mbH Blutenburgstraße 20 80636 München Deutschland Dokument Dokument Bekanntmachung vom 7. August 2025 Verfahrensinformationen Verlinkung auf die externe Vorhabendetailseite https://www.gdws.wsv.bund.de/SharedDocs/Planfeststellungsverfahren/DE/600_Donau…

Trockenfallende Fließgewässer

Das Gewässernetz der trockenfallenden Fließgewässer dient der Erfassung und Führung des Verzeichnisses der Gewässer in Niedersachsen gem. § 58 Abs. 1 des Niedersächsischen Wassergesetzes (NWG) vom 11.11.2020 (Nds. GVBl Nr. 43/2020), die regelmäßig weniger als sechs Monate im Jahr wasserführend sind. Über dieses Verzeichnis sollen die Ausnahmeregelungen zum Gewässerrandstreifen im Rahmen des Aktionsprogramms "Niedersächsischer Weg" vollzogen werden.Das Gewässernetz basiert auf dem Digitalen Geländemodell (Basis-DLM) des Landesamtes für Geoinformation und Landesvermessung Niedersachsen (LGLN) mit dem jeweils an den Gewässerabschnitten angegeben Aktualitätsdatum. Für die Modellierung des Gewässernetzes wurden die Datenabgabeprodukte "GEW01" und "GEW03" kombiniert und attributiv ergänzt, um ein linienförmiges Gewässernetz auch für Modellierungszwecke zur Verfügung zu haben. Es wurden zusätzliche Felder ergänzt, um Fortschreibungshinweise zufügen zu können.GEW01 - Die Objektartengruppe mit der Bezeichnung "Gewässer" und der Kennung "44000" umfasst die mit Wasser bedeckten Flächen. Die Attribute der Zusammengesetzten Objekte (ZUSO) der Objektarten AX_Wasserlauf (44002) oder AX_Kanal (44003) werden direkt an die zugehörigen Raumbezogenen Elementarobjekte (REO) der Objektarten AX_Gewaesserachse (44004) oder AX_Fliessgewaesser (44001) angehängt.GEW03 - Dieses Abgabeprodukt beinhaltet die Objektart AX_Gewässerstationierungsachse (57003). Eine Gewässerstationierungsachse ist eine von einer Wasserfachstelle festgelegte Linie in Gewässern. Sie umfasst folgende Arten:- Gewässerachse der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) ist eine Geometrie, die unverändert aus den Unterlagen der WSV übernommen wurde.- Genäherte Mittellinie in Gewässern entsprechen den Spezifikationen der Richtlinie der Gebiets- und Gewässerverschlüsselung der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA).- Fiktive Verbindung in Fließgewässern verbinden ein einmündendes Gewässer mit der Gewässerachse des aufnehmenden Fließgewässers.- Fiktive Verbindung in Seen und Teichen ist eine hydrologisch sinnvolle Verbindungslinie in stehenden Gewässern, die für den Aufbau eines geschlossenen topologischen Gewässernetzes benötigt wird.Als zusätzliche Kriterien werden für die Feststellung eines trockenfallenden Gewässers Datenauszüge zu Karstgebieten, bodenkundlicher Feuchtestufe und Grundwasserstufe des Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG), die Angaben des Grünlandzentrums Niedersachsen/Bremen e.V. zu Gemeinden mit hoher Gewässerdichte sowie Angaben darüber ob ein Gewässerabschnitt Teil des WRRL-Gewässernetzes (Anlage 1 Nr. 2 der OGewV) ist, verwendet. Diese Angaben sind attributiv in den Datenbestand eingearbeitet worden.

Sonstige Quellen

Schienenverkehr Schiffsverkehr Flugverkehr Off-road-Verkehr Baustellen Als Datengrundlage zur Berechnung der Emissionen aus dem Schienenverkehr dienten Informationen der Deutschen Bahn AG, Eisenbahnverkehrsunternehmen auf dem Netz des DB-Schienennetzes, Werks- und Privatbahnen, sowie der Straßenbahn und oberirdisch fahrenden U-Bahn Neben Abgas-Emissionen aus dieselbetriebenen Schienenfahrzeugen entstehen auch Partikel-Emissionen durch Abrieb der Bremsen, Räder, Schienen, Fahrleitungen und Stromabnehmer, wobei diese Partikelemissionen auch von elektrisch betriebenen Fahrzeugen stammen. Insgesamt wurden vom Schienenverkehr in Berlin 6,900 Tonnen CO 2 , 114 Tonnen NO x und 227 Tonnen Feinstaub (PM 10 ) emittiert. Den größten Anteil der gasförmigen Emissionen hat der Güterverkehr, wohingegen für PM 10 und PM 2,5 die höchsten Beiträge vom Personennahverkehr (Regionalbahnen und S-Bahnen) rühren, da aufgrund der höheren Fahrleistungen die Abriebprozesse verstärkt zur Feinstaubemission beitragen. Die Datengrundlage für die Berechnung der Emissionen aus dem Berliner Schifffahrtsverkehr bilden Informationen der Schiffs- und Güterstrombewegungen auf den Bundeswasserstraßen der Wasser- und Schifffahrtsdirektion Ost sowie Auswertungen der Fahrpläne der Fahrgastschiffe der in Berlin tätigen Reedereien. Über die Wasser- und Schifffahrtsdirektion Ost ist zudem die mittlere Flottenstruktur der in Berlin beheimateten Güter- und Personenschiffe, differenziert nach mittlerer Fahrgastanzahl und mittlerer Leistung, bekannt. Schleusendaten erfassen außerdem neben den Güter – und Personenschiffen auch Motorboote, sodass auch diese Schiffsklasse in die Berechnung der schifffahrtsbedingten Emissionen einfließen konnte. Eine weitere Datenquelle für die Emissionsberechnung bildete der Kraftstoffverbrauch sowohl des Güterverkehrs als auch der Fahrgastschifffahrt und der sonstigen Boote. Der größte Anteil der Emissionen auf Berliner Wasserstraßen entfällt auf die Fahrgastschifffahrt, der bei den NO x -Emissionen bei 57 % und bei den PM 10 -Emissionen bei 65 % liegt. Räumlich ist vor allem der Stadtbezirk Mitte mit den vielen Fahrgastschifffahrtsanlegern zwischen Mühlendammschleuse und dem Bundeskanzleramt. Für den Flugverkehr wurden die Abgas-Emissionen des zivilen Flugverkehrs im bodennahen Bereich der Flughäfen bis 3.000 Fuß oder 915 Meter Höhe sowie die Emissionen durch die Fahrzeuge auf den Flughafenvorfeldern berücksichtigt. Für das Basisjahr 2015 wurden die beiden Berliner Flughäfen Schönefeld und Tegel sowie die Flugbewegungen auf den 10 Berliner Hubschrauberlandeplätzen in die Emissionsberechnung einbezogen. Zur Ermittlung der Emissionen wurden die Start- und Landevorgänge, differenziert nach Luftfahrzeugklasse, analysiert, die vom Statistischen Bundesamt zur Verfügung gestellt wurden. Zudem wurden vom Flughafenbetreiber Berlin-Brandenburg GmbH modellfeine Daten aus Flugtagebüchern zur Verfügung gestellt Zudem wurde eine Abschätzung der Emissionen des Flughafen Berlin-Brandenburg (BER) für das Bezugsjahr 2023 durchgeführt. Bei der Berechnung der zu erwartenden Emissionen wurde auf die vom Flughafen Berlin – Brandenburg erstellte Flugverkehrsprognose zurückgegriffen. Die Quellgruppe „Off-road-Verkehr“ umfasst die Anwendung von mobilen Geräten und Maschinen sowie von Fahrzeugen außerhalb des öffentlichen Straßenverkehrs in der Forst- und Landwirtschaft, Industrie, Privaten Gartenpflege, Pflegen öffentlicher Grünflächen und des Militärs. Als emissionsrelevante Daten werden Angaben zum eingesetzten Fahrzeug- und Gerätebestand und deren Einsatzbedingungen benötigt, die aber im Allgemeinen nicht vorliegen. Deshalb muss auf Ersatzdaten ausgewichen werden, die im Folgenden aufgelistet sind: Gesamte Waldfläche und landwirtschaftliche Nutzflächen, Anzahl der Beschäftigten im verarbeitenden Gewerbe Gebäude- und Freiflächendaten im Wohnungsbereich Erholungsflächen, Grünanlagen und Friedhofsflächen Anzahl der militärischen Dienstposten. Anhand dieser Angaben und mittlerer Emissionsfaktoren wurden daraus die Emissionen des Sektors “off-road-Verkehr” abgeschätzt. Durch Baustellen werden verschiedene Emissionen erzeugt, die sich in folgende Teilbereiche einteilen lassen: Abgasemissionen der mobilen Maschinen Aufwirbelungs- und Abriebemissionen der mobilen Maschinen Weitere Emissionen (vor allem Staub) durch unterschiedliche Bautätigkeiten und Arbeitsprozesse (z.B. Abbrucharbeiten, Bohrungen usw.) Baustellen lassen sich jedoch räumlich nur sehr schwer repräsentativ für einen längeren Zeitraum einem bestimmten Gebiet zuordnen. Während mobile Baumaschinen, die zum größten Teil dieselbetrieben sind, stark in ihrer Größe und Leistung je nach Einsatzgebiet variieren und im Straßen-, Hoch- und Tiefbau eingesetzt werden, relativ gut emissionsseitig eingeordnet werden können, ist die Datenlage ihres Einsatzes jedoch sehr unsicher. Der Standort des gemeldeten Bestandes weicht häufig stark von ihrem Einsatzgebiet ab, da Baufirmen nicht nur lokal arbeiten und zudem häufig auch Leihmaschinen einsetzen. Die Staub-Emissionen durch Aufwirbelung und Abrieb sowie durch Abbrucharbeiten überschreiten zudem in der Regel die Abgasemissionen auf Baustellen bei weitem. Emissionsfaktoren für Aufwirbelung und Abrieb werden über die im Bau befindlichen Flächen und über die Baudauer, differenziert nach Gebäudetyp, zur Verfügung gestellt. Auch für Abbrucharbeiten beziehen sich die Emissionsfaktoren üblicherweise auf das abzubrechende Material, das heißt, auf die Größe der Baustelle und des abzubrechenden Gebäudes. Zusammenfassend muss festgestellt werden, dass insbesondere die nicht-motorbedingten Emissionen aus dem Einsatz von Baumaschinen und den Tätigkeiten auf Baustellen aktuell nur sehr grob abgeschätzt werden können. Die Ermittlung der Emissionen der Bauwirtschaft in Berlin wurde deshalb auf Basis anderweitiger Daten durchgeführt: Ermittlung des Gesamtbauvolumes für Berlin, differenziert nach Bauhauptgewerbe und Ausbaugewerbe Abschätzung der Anzahl der Beschäftigten auf Basis der Daten aus der Statistik des Baugewerbes Berlin Ableitung von spezifischen Verbrauchsdaten (Diesel, Benzin, Gemisch) pro Beschäftigten und Ermittlung von typischen Bestandsstrukturen der eingesetzten Baumaschinen Ermittlung von charakteristischen kraftstoffbezogenen Abgas-Emissionsfaktoren sowie Emissionsfaktoren für Aufwirbelung, Abrieb und Abbrucharbeiten.

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