Wasser ist ein existentieller Grundstoff des Lebens für Mensch, Tier und Pflanze. Von den weltweiten Wasserreserven sind nur knapp 3 % Süßwasser. Ein Großteil des Süßwassers ist in Eis, Schnee und Permafrostböden gebunden. Nur ein geringer Teil des verbleibenden Süßwassers ist tatsächlich nutzbar, ein Großteil ist nicht zugänglich. Zudem sind die Süßwasservorräte global ungleich verteilt. Der Wasserkreislauf wird vor allem durch klimatische Faktoren wie Temperatur, Wind und Sonneneinstrahlung gesteuert. Weitere natürliche Faktoren wie die Pflanzenarten und -dichte beeinflussen die Verdunstung ; Bodenart und Struktur des Geländes, z.B. Hangneigung, wirken auf die Versickerungsfähigkeit und das Abflussgeschehen. Zusätzlich beeinflussen menschliche Eingriffe den natürlichen Wasserkreislauf: In Folge von Veränderungen des Gewässerbettes durch Flussbegradigungen, Uferbefestigungen und ufernahe Deiche verlieren Flüsse ihr natürliches Rückhaltevermögen, die Erosion an den Uferrändern nimmt zu. Auen, Altarme und Überschwemmungsbereiche mit entsprechenden Ökosystemen sind vom Fluss getrennt und können nicht mehr durchströmt werden. Die Gefahr von Hochwasser steigt, da Retentionsmöglichkeiten eingeschränkt sind. Bei Niedrigwasser sind aquatische Ökosysteme betroffen, denn es fehlen Rückzugsräume und beschattete Gewässerbereiche. Durch Bebauung und zunehmende Versiegelung kann der Niederschlag nicht oder nur wenig in den Boden versickern und die Grundwasserneubildung nimmt ab. Auch die Abholzung von Waldflächen sowie (intensive) landwirtschaftliche Bewirtschaftung reduzieren die Versickerungsfähigkeit und den Rückhalt von Niederschlag in der Fläche. Es kommt zu einer Zunahme des Oberflächenabflusses infolge von Verdichtung der Böden und der Erosionsanfälligkeit der Bodendecke. Zudem wirkt der Klimawandel auf den Wasserhaushalt - Niederschlagsmuster verändern sich und die Gefahr für das Auftreten von Starkregenereignissen und Dürren nimmt zu. Deutschland hat im langjährigen Mittel ein Wasserdargebot von 176 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³). Davon entnahmen im Jahr 2022 öffentliche Wasserversorger, , Industrieunternehmen, Bergbau und Energieversorger sowie die Landwirtschaft insgesamt 17,9 Mrd. m³. Energieversorger beziehen ihr Kühl- und Prozesswasser fast vollständig aus Flüssen, Seen und Talsperren. Auch Industrieunternehmen und das verarbeitende Gewerbe entnehmen das notwendige Wasser überwiegend aus Flüssen, Seen und Talsperren. Die Trinkwasserversorger decken ihren Bedarf zu gut 70 % aus Grund- und Quellwasser. Die Landwirtschaft nutzt vornehmlich Grundwasser (69,1 %). Neben diesen direkten Wasserentnahmen nutzen wir auch indirekt Wasser durch den Konsum von Lebensmitteln sowie die Nutzung von Dienstleistungen und Produkten (z.B. Kleidung, elektronische Geräte), die im Ausland hergestellt und nach Deutschland eingeführt werden. Aus der Summe der direkten und indirekten Wassernutzung ergibt sich der sogenannte Wasserfußabdruck für Deutschland. Nach Berechnungen von Bunsen et al. (2022) beträgt er insgesamt rund 219 Mrd. m³ pro Jahr. Damit erzeugt jede Person in Deutschland durchschnittlich einen Wasserfußabdruck von 7.200 Liter täglich.
Die weltweiten Warentransporte werden zu über 90 Prozent auf dem Seeweg abgewickelt. Die Seehäfen dienen den Warenströmen als Anlaufstelle und haben daher eine besondere Bedeutung für den gesamten Welthandel. Auch die deutsche Volkswirtschaft ist auf eine leistungsfähige Infrastruktur der Seehäfen angewiesen, um das Außenhandelsvolumen von jährlich rund zwei Billionen Euro effizient umsetzen zu können. Um die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Seehäfen international zu sichern, wurden sie, wie auch ihre Zufahrten, in der Vergangenheit immer wieder an die Anforderungen der modernen Seeschifffahrt angepasst. So wurden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts viele Fahrrinnen verändert, beispielsweise an Ems, Jade, Weser und Elbe. Zusätzlich haben umfangreiche Küstenschutzmaßnahmen, wie etwa Eindeichungen, die ursprünglich natürlichen Tideflusssysteme nachhaltig verändert. Auch heute sind noch weitere Fahrrinnenanpassungen für die Unter- und Außenelbe, die Unter- und Außenweser und die Außenems geplant. Die Pläne werden auf Antrag eines Bundeslandes (überwiegend Niedersachsen, Hamburg, Bremen) von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) des Bundes durchgeführt und der Planfeststellungsbehörde zur Genehmigung vorgelegt. Die BAW ist im Auftrag der WSV als Sonderfachgutachter an den Planungen beteiligt. Da Seehafenzufahrten wie beim Hamburger Hafen leicht 100 Kilometer lang sein können, ergeben sich großflächige zusammenhängende Eingriffsflächen. Die geplanten Fahrrinnenanpassungen zählen entsprechend zu den größten Infrastrukturprojekten Deutschlands, bei denen zahlreiche Nutzungskonflikte beachtet werden müssen. Dazu gehört, dass die Seeschifffahrt auf den Tideflüssen in einem besonders schützenswerten Ökosystem stattfindet. Darüber hinaus schließen sich meist Schutzgebiete von nationaler und europäischer Bedeutung an. Fahrrinnenanpassungen können daher komplexe Auswirkungen auf die biotischen und abiotischen Systemparameter eines Tideflusses haben. Im Rahmen der für die Planungen nach nationaler und europäischer Gesetzgebung erforderlichen Umweltverträglichkeitsprüfung besteht somit eine hohe Verantwortung der Gutachter bei der Ermittlung und Prognose der ausbaubedingten Auswirkungen auf das Ökosystem. Hieraus ergibt sich die besondere Bedeutung der BAW-Gutachten: Die von der BAW prognostizierten Auswirkungen auf die abiotischen Systemparameter sind Grundlage für die ökologische Bewertung. So werden durch einen Ausbau der Wasserstand (z. B. Tidehochwasser, Tideniedrigwasser, Sturmflutscheitelwasserstände), die Strömungen und der Salzgehalt beeinflusst. Auch müssen die Auswirkungen auf den Sedimenttransport und das Gewässerbett (Morphodynamik) der von Gezeiten geprägten Flüsse ermittelt werden. (Text gekürzt)
Die jahreszeitliche Variabilität der globalen Meereisbedeckung ist eine wichtige Komponente des globalen Klimas. Jedoch ist der kleinskalige Einfluss des Meereises in globalen Klimamodellen bis heute nur unzureichend beschrieben. Dieser Antrag hat daher das Ziel, die physikalischen (P) und bio-geo-chemischen (BGC) Schlüsselprozesse im Meereis mit einem hochaufgelösten Zweiskalenmodell mathematisch zu beschreiben. Die Ergebnisse können dann parametrisiert in globale Klimamodelle (GCMs) einfließen, sodass eine verbesserte Prognosefähigkeit erreicht wird.Die Ozeanerwärmung wird die Mikrostruktur des Meereises erheblich verändern. Wir entwickeln daher ein P-BGC-Modell einer antarktischen Meereisscholle, um die komplexen gekoppelten Zusammenhänge zwischen Eisbildung, Nährstofftransport, Salinität und Solekanalverteilung, Photosynthese und Karbonatchemie mathematisch zu beschreiben. Damit simulieren wir verschiedene Szenarien der Meereisbildung und ihrer Auswirkungen auf das Wachstum von Meereisalgen, die einen großen Einfluss auf den vertikalen Kohlenstoff-Export (biologische Kohlenstoffpumpe) besitzen.Damit leistet dieses Projekt einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsschwerpunkt ‘3.2.D - Verbessertes Verständnis der polaren Prozesse und Mechanismen’ bei. Im Einzelnen gehen wir auf drei übergeordnete Ziele ein:Schritt 1: Beschreibung der Meereisstruktur Wir verwenden ein gekoppeltes Zweiskalenmodell, mit dem relevante Aspekte des Gefrierens und Schmelzens im Zusammenhang mit Deformation, Salinität und Soletransport beschrieben werden. Auf der Makroebene dient dafür eine kontinuumsmechanische Beschreibung im Rahmen der erweiterten Theorie poröser Medien (eTPM). Damit können über einen gekoppelten Gleichungssatz partieller Differentialgleichungen (PDE) Deformations-, Transport und Reaktionsprozesse beschrieben werden. Für das physikalische Phänomen der Phasentransformation zwischen Wasser und Eis dient das Phasenfeldmodell (PF) als Mikromodell, welches ebenfalls aus gekoppelten PDEs besteht. Daraus resultiert eine PDE-PDE Kopplung.Schritt 2: Kopplung mit dem erweiterten RecoM2 Modul als Mikromodell Damit können die BGC Phänomene beschrieben werden. Das RecoM2 Modul besteht aus einem Gleichungssystem gewöhnlicher Differentialgleichungen, sodass hier eine PDE-ODE Kopplung zu einem P-BGC Modell erfolgt. Schritt 3: Bewertung der Modellansätze Dies beinhaltet die Verifizierung und Validierung des kombinierten P-BGC-Modells mittels Literatur- sowie experimenteller Daten. Für die Verwendung des hochaufgelösten zweiskaligen P-BGC Modells in globalen Klimamodellen muss die Berechnungseffizienz gesteigert werden. Zu diesem Zweck werden Reduzierte-Basis-Modell (ROM) zur Erzeugung von Surrogaten des Vollen-Basis-Modells (FOM) eingesetzt, die die Modellkomplexität verringern, z.B. durch datengetriebene Machine-Learning (ML)-Techniken oder “Generalized Proper Decomposition” (GPD).
Die landschaftsweite Modellierung des reaktiven Stofftransports beinhaltet eine nichteindeutige Auswahl von Teilmodellen (konzeptionelle Unsicherheit). Die vorliegende Komplexität der Landschaft macht den Einsatz komplexer Modelle erforderlich, wobei eine zu große Komplexität problematisch ist: solche Modelle lassen sich an eine Vielzahl von Datensätzen anpassen, besitzen aber nur begrenzte Vorhersagekraft. Das Projekt wird die konzeptionelle Unsicherheit des genutzten Modells untersuchen und quantifizieren, und prüfen, ob das Modell zulässig im Sinne der verfügbaren Daten ist. Das Modell wird dann genutzt, um Monitoringstrategien und die damit verbundene Modellierungs- und Feldaktivitäten des gesamten Konsortiums zu optimieren.
Anwendung von technischen und pflanzensoziologischen Kenntnissen, um kanalisierte Flussstrecken fuer Wasserlebewesen, besonders Fische, bewohnbar zu machen, sowie die Selbstreinigungskraft der fliessenden Gewaesser zu staerken.
Kohäsive Feinpartikel sind potentielle Träger von anorganischen und organischen Schadstoffen und spielen eine entscheidende Rolle beim Stoffaustausch zwischen Wasserkörper, Schwebstoff und Sediment. Daher ist die Kenntnis der Depositionsdynamik dieser Feinpartikel ein wichtiger Baustein für ein effizientes Sedimentmanagement und eine physikalisch basierte Modellierung des Schadstofftransfers in Fließgewässern. Es überrascht jedoch, dass sich Untersuchungen zum Transport- und Sedimentationsverhalten kohäsiver Partikel bisher häufig auf definierte stationäre Randbedingungen im Labormaßstab und Trockenwetterbedingungen im Gelände konzentrieren. Weitgehend ungeklärt ist hingegen das Verhalten von Feinpartikeln und deren Speicherung im Gerinnebett während der dynamischen Phase von Hochwasserereignissen. Um die im Gerinne ablaufenden Prozesse weitgehend unabhängig von den Einzugsgebietsprozessen zu untersuchen hat sich in unserer Arbeitsgruppe seit nunmehr über 10 Jahren ein Ansatz mit künstlich generierten Hochwasserwellen bewährt. Es ist ein genereller Vorteil von solchen Geländeexperimenten, dass einzelne steuernde Größen ausgeschlossen oder gezielt kontrolliert werden können. Außerdem ist ein solcher Ansatz eine Voraussetzung, um die Aussagekraft experimentell gewonnener Laborergebnisse zur potentiell hohen Feinpartikel-Retention in Sand- und Kiessedimenten in einem natürlichen System zu validieren. Das übergeordnete Ziel des hier beantragten Projekts ist es, die Gerinnespeicherung kohäsiver Feinpartikel in einem natürlichen System bei variierenden hydrologisch-hydraulischen Randbedingungen zu quantifizieren. Zu diesem Zweck werden standardisierte Feinpartikeltracer (Kaolinit, d50 = 2ìm, ñ = 2,6 g/cm3) sowohl im Verlauf von künstlich generierten Hochwasserwellen als auch während stationärer Trockenwetterbedingungen in einen Mittelgebirgsbach induziert. Die Retention und Sedimentation der eingegebenen Feinpartikel wird gezielt in kleinräumig variierenden Flussbettstrukturen (Hyporheische Zone, Stillwasserzonen, Gerinnerandbereiche, Riffle-Pool-Sequenzen) und für einzelne Gerinneabschnitte erfasst. Die Quantifizierung der Speicherung erfolgt mit bereits erprobten Resuspensionstechniken und Sedimentfallen sowie einer in Pilotprojekten erfolgreich getesteten Tracerfrachtberechnung mittels FTIR-DRIFT Spektroskopie an mehreren Basismessstationen im Längsprofil. In einem interdisziplinären Forscherverbund mit Kollegen des 'Hydraulics Laboratory' und des 'Dept. of Civil Engineering' der Universität Gent, der 'Ecosystem Management Research Group, Dept. of Biology' der Universität Antwerpen und des 'Dept. of Hydrology and Hydraulic Engineering' der Freien Universität Brüssel in Belgien wird darüber hinaus die Transport- und Speicherdynamik der Feinpartikel mit der neuen, FORTRAN basierten Modellierungssoftware 'FEMME' ('Flexible Environment for Mathematically Modelling the Environment') abgebildet.
Mit dem Bescheid vom 10.05.2024 des Landratsamtes Erlangen-Höchstadt wurde dem Markt Heroldsberg die widerrufliche, wasserrechtliche Erlaubnis für das Einleiten von Mischwasser aus fünf Mischwasserentlastungsanlagen in die Gründlach (Gewässer III. Ordnung) erteilt. In diesem Bescheid werden Auflagen zur Verbesserung der Gewässersituation der Gründlach definiert. Es sind zwei Gewässerrenaturierungen umzusetzen: • Ein ca. 94 m langer Gewässerabschnitt zwischen Kunzengasse und Durchlass Festplatz • Ein ca. 76 m langer Gewässerabschnitt nördlich der Nürnberger Straße Zusätzlich soll im Bereich des Schlossbades eine Gewässerumverlegung mit einer Länge von ca. 24 m umgesetzt werden. Der Vorhabensträger, der Markt Heroldsberg, Hauptstraße 104, 90562 Heroldsberg hat daher beim Landratsamt Erlangen-Höchstadt die wasserrechtliche Genehmigung für die Renaturierung der Gründlach an drei verschiedenen Abschnitten beantragt. Der erste Abschnitt „Nördlich der Nürnberger Str.“ ist ca. 75 m lang, der zweite Abschnitt „Am Festplatz“ ist ca. 95 m lang und der dritte Abschnitt „Am Freibad“ ist ca. 25 m lang. Es erfolgt unter anderen die unregelmäßige Ausgestaltung der Uferböschungen, das Einbringen von Totholz, Wurzelstöcken und Störsteinen entlang der Mittelwasserlinie als Strukturbildner und die Integration des alten Bachlaufes in den neuen Bachlauf als strömungsberuhigter Bereich und somit als Rückzugsort für Insekten und Jungfische. Durch Beseitigen der künstlich hergestellten Sohl- und Uferbefestigungen aus Stein wird die Lebensraumqualität insbesondere für das Makrozoobenthos verbessert. An allen Abschnitten erfolgt die Anpflanzung mit standorttypischen Bäumen. Entlang der Mittelwasserlinie werden initiale Anpflanzungen von Uferröhricht geplant. Abschnitt 1 – An der Nürnberger Straße (Fl.-Nrn. 973/2, 975 und 976): Der bestehende Gewässerverlauf soll auf einer Länge von ca. 75 Metern verlegt und mit Böschungen neugestaltet werden. Durch die Renaturierung wird ein geschwungener Verlauf der Gründlach angestrebt. Die Sohle wird mit Gumpen, Kiesdepots und Totholz ausgestattet. Zunächst werden die Erdarbeiten außerhalb der bestehenden Fließgewässersohle durchgeführt. Im letzten Schritt erfolgt der Durchstich zum bestehenden Gerinne und damit einhergehend eine Umleitung der Gründlach. Um die Eigendynamik des Gewässers anzuregen, werden in die Ufer des geplanten Bachbettes punktuell größere Wurzelstöcke eingebaut. Abschließend erfolgt der Rückbau der erforderlichen Baustraße und die Anlage eines Trampelpfades entlang der Gründlach. Zur Absicherung ist der Einsatz eines Holzgeländers vorgesehen. Somit wird die Naherholungsqualität und die Erlebbarkeit der Gründlach deutlich erhöht. Die Anpflanzungen mit ortstypischen Bäumen, Stauden und Gräsern im Auenbereich wird die ökologische Vielfalt fördern. Abschnitt 2 – Am Festplatz (Fl.-Nrn. 90, 90/2 und 937/2): Der bestehende Gewässerverlauf soll auf einer Länge von ca. 95 Metern verlegt und mit Böschungen mit einem Gefälle von ca. 1: 2 bis max. 1: 1,31 neugestaltet werden. Die Gründlach erhält in diesem Bereich einen geschwungenen Verlauf. Die neue Gewässersohle wird unter Berücksichtigung einer Niedrigwasserrinne vorprofiliert und das alte Bachbett mit dem vorhandenen Substrat verfüllt. Auf einer geplanten Insel soll ein Bestandsbaum eingegliedert werden. Um die Eigendynamik des Gewässers anzuregen, werden in die Ufer des bestehenden Bachbettes punktuell größere Wasserbausteine oder Wurzelstöcke (als Störsteine bzw. Buhnen) eingebaut. Bereichsweise sollen die Prallhänge durch ingenieurbiologische Bauweisen (Weidensteckhölzer, Röhrichtwalzen, Geotextil, Gehölzpflanzungen) gesichert werden. Durch die Integration des alten in den neuen Bachlauf entstehen abwechselnd ruhige und lebhafte Gewässerabschnitte. Strömungsberuhigte Bereiche dienen als Rückzugsort für Jungfische sowie als Lebensraum für Insekten. Um die Auswirkungen auf das Gewässer zu minimieren, erfolgt ein hoher Anteil an vorbereitenden Erdarbeiten ohne direkten Eingriff auf das Gewässer. Der Durchstich erfolgt erst nach Fertigstellung der neu geplanten Sohle. Abschnitt 3 – Am Schlossbad (Fl.-Nrn. 116/6 und 937/2): Mit der Gewässerumverlegung der Gründlach in diesem Bereich werden zwei Ziele verfolgt: • Entlastung der bestehenden Stützmauer durch Umgestaltung der Böschungsverhältnisse • Erlebbarmachung der Gründlach für die Besucher des Schlossbades Durch das Schlossbad verläuft die Gründlach in einem naturfernen, geradlinigen Verlauf. Der bestehende Gewässerverlauf soll auf einer Länge von ca. 25 Metern mit sehr flachen Böschungen (Gefälle von ca. 1: 6 bis max. 1: 4,4) neugestaltet werden. Im Vorfeld soll der bestehende Ufer- und Sohlverbau sowie die bestehende Sohlstufe (Höhe ca. 0,2 m) entfernt werden. Am rechtsseitigen (westlichen) Ufer wird ein „Sandplatz“ als Spielbereich und Naturerlebnisraum mit umgebenden Sitzgelegenheiten und einzelnen Stufen aus Natursteinquadern angelegt. Die bestehende Stützmauer soll erhalten bleiben.
Die Hochwasserereignisse der letzten Jahre an Oder und Elbe, von denen auch das Land Brandenburg betroffen war, zeigten, dass der zeitliche Ablauf der Hochwässerwelle im Vergleich zu früheren Ereignissen deutlich verkürzt war, was eine höhere Amplitude, d.h. höhere Wasserstände zur Folge hatte. Eine der Hauptursachen hierfür ist in einem drastischen Rückgang der natürlichen Retentionsräume, hervorgerufen durch eine verstärkte oberflächennahe Wasserabführung in den Einzugsgebieten und durch die Verringerung der natürlichen flussnahen Überschwemmungsgebiete zu sehen. Unter Retention im hydrologischen Sinne versteht man die Verringerung, die Hemmung oder die Verzögerung des Abflussgeschehens. Diese Prozesse können sich in den Fließgewässern und ihren Überschwemmungsgebieten direkt auf die Hochwasserwelle auswirken (Gewässerretention) oder auch die Entstehung einer Hochwasserwelle im Einzugsgebiet steuern (Gebietsretention). Maßnahmen zum Erhalt und zur Erweiterung von Retentionsräumen am Fluss selbst bilden die wirksamste Methode, den Wasserstand bei Hochwasserabfluss in einem Gewässer abzumildern, da die Hochwasserwelle während ihres Laufes im Flussbett und in der Aue durch verschiedene Rückhaltemechanismen verformt wird (Böhm et al. 1999). Dem technischen Hochwasserschutz (Deiche, Rückhaltebecken, Talsperren) sind dabei Grenzen gesetzt, da Rückhaltebecken nicht beliebig groß und Deiche nicht immer höher gebaut werden können. (Landesumweltamt 2003). Die Gebietsretention dagegen zielt darauf ab, die Abflusswelle dadurch zu verkleinern, dass das Wasser möglichst am Ort des Niederschlags am Abfluss gehindert bzw. der Abfluss verzögert wird (Böhm et al. 1999). Ein Ziel der Hochwasservorsorge muss daher sein, abflusserhöhende und abflussbeschleunigende Maßnahmen zu verhindern und bereits eingetretene negative Effekte weitestgehend rückgängig zu machen oder zumindest abzumildern. Hierzu bedarf es der Kenntnis über geeignete potenzielle Retentionsflächen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 303 |
| Kommune | 1 |
| Land | 293 |
| Wissenschaft | 3 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 2 |
| Förderprogramm | 255 |
| Kartendienst | 11 |
| Messwerte | 2 |
| Strukturierter Datensatz | 1 |
| Text | 125 |
| Umweltprüfung | 136 |
| unbekannt | 48 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 276 |
| offen | 289 |
| unbekannt | 14 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 566 |
| Englisch | 47 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 4 |
| Bild | 31 |
| Datei | 3 |
| Dokument | 161 |
| Keine | 311 |
| Unbekannt | 5 |
| Webdienst | 26 |
| Webseite | 107 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 370 |
| Lebewesen & Lebensräume | 459 |
| Luft | 263 |
| Mensch & Umwelt | 573 |
| Wasser | 579 |
| Weitere | 538 |