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).
Angesichts der Klimakrise untersucht dieses Forschungsprojekt die Treibhausgasemissionen aus anthropogen beeinflussten kolmatierten Flüssen bezüglich physikalisch-chemischer und mikrobiologischer Ursachen für die Umsetzung kohlenstoffeffizienter Flussrenaturierungen. Die gegenwärtige wasserbauliche Praxis betrachtet mikrobielle Aktivitäten in Flussökosystemen bestenfalls als Input-Output-System und übersieht dabei kritische biodynamische Prozesse, die den Kohlenstoffkreislauf und Kohlenstoffemissionen fluvialer Umgebungen beeinflussen. Ziel dieses Projektes ist es, mikrobielle Mechanismen in stark degradierten, kolmatierten Flussökosystemen zu untersuchen, um Kohlenstoffemissionen nicht nur quantitativ zu erfassen, sondern auch deren Ursachen zu verstehen und gezielt zu adressieren. Dazu sollen durch die Kombination von wasserbaulichem und mikrobiologischem Fachwissen kolmatierte Flusssysteme mittels Feldmessungen, numerischen Simulationen und Laborexperimenten analysiert werden. Kolmation bezeichnet die Verstopfung der Porenräume grobkörniger Sedimentmatrizen durch Feinsediment, was den vertikalen hydrologischen Austausch in ökologisch sensiblen alpinen und mittelländischen Flüssen unterbricht. Kolmation ist die Folge erhöhter Feinsedimentzufuhr, die durch menschliche Aktivitäten wie Grobsedimentrückhalt hinter Staudämmen oder verstärkte Feinsedimentproduktion durch erosive Landnutzung erheblich verstärkt wird. Diese Störung des vertikalen Austauschs beeinflusst direkt den Sauerstoffgehalt des Flussbetts, was wiederum die Zusammensetzung und Aktivität mikrobieller Gemeinschaften verändert. Sauerstoff ist entscheidend für mikrobielle Prozesse, die zur Reduktion von Treibhausgasen beitragen können, insbesondere für methanreduzierende mikrobielle Gemeinschaften, deren Aktivität durch eingeschränkten Sauerstoffeintrag aufgrund von Kolmation gehemmt wird. Das Projekt untersucht die Wirksamkeit wasserbaulicher Renaturierungsmaßnahmen zur Beseitigung von Kolmation, insbesondere in Bezug auf die Etablierung von Nischen für methanreduzierende Mikroorganismen. Die interdisziplinären Feldstudien, numerischen Simulationen und Laborexperimente sollen dabei komplexe Wechselwirkungen zwischen dekolmatierenden Renaturierungsmaßnahmen und mikrobiellen Prozessen systematisch analysieren und aufschlüsseln. Erwartet werden neue wegweisende Erkenntnisse über die Wirksamkeit von Renaturierungsmaßnahmen, die nicht nur aus fischökologischer Sicht, sondern auch im Hinblick auf das Klima von Bedeutung sind.
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.
Das in Kartenform dargestellte überschwemmungsgefährdete Gebiet beruht auf § 75 Abs. 1 Nr.1 und Abs. 2 SächsWG. Es handelt sich um ein Gebiet, das erst bei Überschreiten eines Hochwasser-Ereignisses, wie es statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist, überschwemmt wird. Gemäß § 75 Abs. 2 S. 2 SächsWG wurde das Extremereignis gemäß Gefahrenkarte des Hochwasserschutzkonzeptes für die Weißeritz (Zuständigkeit: Freistaat Sachsen, Landestalsperrenveraltung) herangezogen. Es entspricht dem Überschwemmungsgebiet des Hochwassers der Weißeritz vom 12./13. August 2002. Das Wiederkehrintervall dieses Ereignisses wurde vom LfULG mit 500 Jahren (Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Ereignisanalyse Hochwasser 2002 in den Osterzgebirgsflüssen; Juli 2004) angegeben, die Abflussmenge wurde mit etwa 450 m3/s angegeben. Es handelte sich um das größte bisher beobachtete Hochwasser der Weißeritz. Die Abflussmenge betrug in etwa das 1,5fache des bis dahin größten Hochwassers vom 30. Juli 1897. Im Juni 2013 ereignete sich das viertgrößte Weißeritzhochwasser seit Beobachtungsbeginn. Die Abflussmenge lag zwischen 150 und 170 m3/s, die abschließende Auswertung seitens der zuständigen Behörden des Freistaates steht noch aus. Bis voraussichtlich 2020 wird die Vereinigte Weißeritz in Dresden so ausgebaut, dass ein Hochwasser wie im August 2002 ohne großflächige Ausuferungen im Flussbett abgeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit des Gewässerbettes liegt gegenwärtig etwa bei HQ100 (Abflussmenge 234 m³/s). Bis dahin ist bei extremen Ereignissen noch mit großflächigen Überschwemmungen und in der Folge mit Gefahren und Beeinträchtigungen des Wohls der Allgemeinheit und öffentlichen Sicherheit und Ordnung zu rechnen (Gefährdung von Leben bzw. erhebliche Gesundheits- und Sachschäden). Im dargestellten überschwemmungsgefährdeten Gebiet sind gemäß § 75 Abs. 5 SächsWG dem Risiko angepasste planerische und bautechnische Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden durch eindringendes Wasser soweit wie möglich zu verhindern. Insbesondere sind bautechnische Maßnahmen vorzunehmen, um den Eintrag wassergefährdender Stoffe bei Überschwemmungen zu verhindern.
Das in Kartenform dargestellte überschwemmungsgefährdete Gebiet beruht auf § 75 Abs. 1 Nr.1 und Abs. 2 SächsWG. Es handelt sich um ein Gebiet, das erst bei Überschreiten eines Hochwasser-Ereignisses, wie es statistisch einmal in 100 Jahren zu erwarten ist, überschwemmt wird. Gemäß § 75 Abs. 2 S. 2 SächsWG wurde das Extremereignis gemäß Gefahrenkarte des Hochwasserschutzkonzeptes für die Weißeritz (Zuständigkeit: Freistaat Sachsen, Landestalsperrenveraltung) herangezogen. Es entspricht dem Überschwemmungsgebiet des Hochwassers der Weißeritz vom 12./13. August 2002. Das Wiederkehrintervall dieses Ereignisses wurde vom LfULG mit 500 Jahren (Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie; Ereignisanalyse Hochwasser 2002 in den Osterzgebirgsflüssen; Juli 2004) angegeben, die Abflussmenge wurde mit etwa 450 m3/s angegeben. Es handelte sich um das größte bisher beobachtete Hochwasser der Weißeritz. Die Abflussmenge betrug in etwa das 1,5fache des bis dahin größten Hochwassers vom 30. Juli 1897. Im Juni 2013 ereignete sich das viertgrößte Weißeritzhochwasser seit Beobachtungsbeginn. Die Abflussmenge lag zwischen 150 und 170 m3/s, die abschließende Auswertung seitens der zuständigen Behörden des Freistaates steht noch aus. Bis voraussichtlich 2020 wird die Vereinigte Weißeritz in Dresden so ausgebaut, dass ein Hochwasser wie im August 2002 ohne großflächige Ausuferungen im Flussbett abgeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit des Gewässerbettes liegt gegenwärtig etwa bei HQ100 (Abflussmenge 234 m³/s). Bis dahin ist bei extremen Ereignissen noch mit großflächigen Überschwemmungen und in der Folge mit Gefahren und Beeinträchtigungen des Wohls der Allgemeinheit und öffentlichen Sicherheit und Ordnung zu rechnen (Gefährdung von Leben bzw. erhebliche Gesundheits- und Sachschäden). Im dargestellten überschwemmungsgefährdeten Gebiet sind gemäß § 75 Abs. 5 SächsWG dem Risiko angepasste planerische und bautechnische Maßnahmen zu ergreifen, um Schäden durch eindringendes Wasser soweit wie möglich zu verhindern. Insbesondere sind bautechnische Maßnahmen vorzunehmen, um den Eintrag wassergefährdender Stoffe bei Überschwemmungen zu verhindern.
Die geologische Karte von Schleswig-Holstein 1:50.000 stellt die oberflächennahen geologischen Verhältnisse bis zwei Meter Tiefe im Land flächendeckend dar. Den im Bereich jeder abgegrenzten Fläche übereinander anstehenden Schichten werden Alter (Stratigraphie), Gesteinszusammensetzung (Lithologie) und Entstehung (Geogenese) zugeordnet. Die Symbolfarbe der Legende wird i. d. R. durch die Eigenschaften der oberen Schicht bestimmt. Die Zeichen in den Flächen stehen i. d. R. für die unterlagernde Schicht. Die Gesteine von Gewässerbetten werden nicht ausgewiesen. Wattflächen werden undifferenziert dargestellt. Die Bezeichnung der geologischen Einheiten beziehen sich auf den Symbolschlüssel Geologie. Die geogenetischen Begriffsdefinitionen gehen auf die geologische Kartieranleitung (AG Geologie) zurück. Informationen zum Symbolschlüssel und zu den Begriffsdefinitionen stehen im Internet zur Verfügung. Die Symboleinheiten der Legende entstehen durch die Vereinfachung und Zusammenfassung (Generalisierung) von Kartiereinheiten (KE), die aus bis zu vier Schichten bestehen können. Sie sind in Kurzform für jede Fläche beschrieben. Erläuterungen zu den Attributen der Flächen und die Generallegende stehen als PDF-Dateien begleitend zur Verfügung.
Die oekologische Versuchsfarm des Instituts fuer Oekologie der Pflanzen im ariden Suedwesten Afrikas wird von einem Salzfluss durchschnitten, dessen Flussbett und Flussufer auf ca 10 km Laenge und 200 m Breite von dichten Phragmites-Bestaenden bewachsen wird. An diesen Bestaenden werden produktionsbiologische Untersuchungen durchgefuehrt mit dem Ziel, die Eignung von Phragmites australis als nachwachsender Rohstoff zu charakterisieren.
Hydraulische Beanspruchung von Gewässersohle und Ufersicherung infolge Schiffswellen Das Vorhaben steht in Bezug zu laufenden FuE-Vorhaben der Abteilung Geotechnik. So sollen Modellerweiterungen das entstehen von scher-induzierten Porenwasserdrücken (Fragestellungen des Referats G2) und das wirken von Wurzeln im Bodenmaterial (Fragestellung des Referats G4) in der numerischen Abbildung beurteilbar machen. Aufgabenstellung und Ziel Der Schiffsverkehr führt zu temporären Wasserspiegelschwankungen, die auf die Kanalsohle und die Uferbereiche in Form von induzierten Strömungskräften einwirken. Diese hydraulischen Einwirkungen sind gerade aufgrund ihres zeitlichen Verlaufs von besonderer Bedeutung für die Scherfestigkeit der Gewässersohle und damit für die Standsicherheit der Ufereinfassungen. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Grundwasserströmung und Korngerüst, die durch Schiffswellen in der Gewässersohle hervorgerufen werden. Die Gewässersohle wird dabei als poröses Medium betrachtet, das aus den Bodenkörnern, dem Korngerüst sowie dem Porenfluid besteht. Die hydraulische Durchlässigkeit (bezogen auf die Absunkgeschwindigkeit), die Steifigkeit des Korngerüstes und die Steifigkeit des Porenfluids sind entscheidende Faktoren für die Entstehung von lokalen Porenwasserüberdrücken und die sich daraus ergebenden Strömungsprozesse. Wobei die Steifigkeit des Korngerüsts im Wesentlichen durch die Menge der natürlich vorkommenden Gasblasen im Porenraum beeinflusst wird. Dieses Projekt untersucht die Interaktion zwischen den Wasserspiegelschwankungen in Oberflächengewässern und der Gewässersohle anhand von mathematisch-analytischen sowie numerischen Methoden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Ziel ist es, eine umfassende und fundierte Beratung der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes sicherzustellen. Dazu ist es erforderlich, geeignete Modellierungswerkzeuge weiterzuentwickeln und deren Qualität zu sichern. Diese Analysemethoden sollten in der Lage sein, die Wechselwirkungen zwischen Strömung, Bodenverformung und Grundwasserströmung zu beschreiben. Ein vertieftes Prozessverständnis soll eine sicherheitstechnisch und wirtschaftlich zuverlässige Auslegung von Ufersicherungen unterstützen. Untersuchungsmethoden Grundlage der Untersuchungen bildet eine zeitliche, schiffsinduzierte Druckrandbedingung auf dem Gewässerbett, die durch eine lineare Approximation vereinfacht wird. Diese vereinfachte Darstellung dient als Randbedingung für eine analytische Lösung (Montenegro et al. 2015). Für eine eindimensionale Bodensäule und homogene Bodenverhältnisse liefert diese Gleichung, die aus der Druckrandbedingung resultierenden Porenwasserüberdruckverteilungen zu beliebigen Zeitpunkten. Diese analytische Lösung wird verwendet, um den Einfluss einer Wasserspiegelabsenkung auf einen kohäsionslosen Boden zu untersuchen. Hierzu wird die Porenwasserdruckverteilung am Zeitpunkt des maximalen Wellenabsunks ausgewertet. Ein Absunk von 0,6 m in 5 s wurde als charakteristischer Bugabsunk an den Wasserstraßen ermittelt. Aus den daraus resultierenden Druckverteilungen werden die entsprechenden Verteilungen des hydraulischen Gradienten und der effektiven Spannung bestimmt, um die Sohlstabilitäten für verschiedene Baugrundbedingungen zu beurteilen.
Die aktuellen Katastrophenhochwässer in Mitteleuropa lassen die Frage der zu erwarten-den Größenordnung von Hochwässern insbesondere auch vor dem rezenten Klimawandel laut werden. Aus historischer Zeit bieten die überlieferten Hochwasserstände u.a. von Rhein und Main einen bislang unzureichenden Informationsschatz. Hier besteht jedoch das Problem, dass die historischen Hochwasserstände wegen des Ausbaus der Flüsse zu Schifffahrtsstraßen und der Einengung der Auen durch Bebauung nicht direkt in heutige Zeit übertragen werden können. Die Rekonstruktion der Scheitelabflüsse der Hochwasser in historischer Zeit steht vor methodischen Schwierigkeiten, die bearbeitet werden sollen, um durch die Übertrag des Abflusses adäquate heutige Wasserstände bestimmen und so das aus dem historischen Erfahrungsschatz überlieferte Wissen heute besser nutzen zu können. Der Hochwasserscheitelabfluss in historischer Zeit wird durch Analyse der hydraulischen Verhältnisse der ursprünglichen Flussbetten und -auen rekonstruiert. Dabei werden die aus der Flächennutzung bzw. Gerinnebeschaffenheit resultierende hydraulische Rauigkeit, die darauf basierende jeweilige Fließgeschwindigkeit und schließlich der resultierende Abflussanteil bestimmt. Eine analoge Vorgehensweise für rezente, gemessene Hochwasser dient der Kalibrierung. Abschließend werden die Untersuchungsmethoden mit den Ergebnissen methodisch anderer Ansätze verglichen und zu rezenten Extremhochwässern in Beziehung gesetzt.
Excessive nutrient input largely impacts community structure and functioning of stream ecosystems in Central Europe (eutrophication). Within this project, we aim to evaluate the eutrophication potential of stream ecosystems. As a first step to achieve this aim, main control mechanisms influencing stream eutrophication have to be identified. We will analyze the impact of soil nutritional status (especially phosphorus), soil storage capacity, and soil nutrient release as well as land use on periphyton-grazer interaction. Therefore, we will study the periphyton-grazer interaction in the running water of 4 small catchments that differ with respect to their nutritional status, speciation and release at a forest site and an pasture site. In the field survey we will study (1) The input of macro nutrients (P and N), (2) community structure and biomass of periphyton and grazers, (3) emergence and (4) complexity of the food web and compare the results among the catchments. The periphyton-grazer interaction along nutrient gradients will be studied in more detail using laboratory flumes. By the use of geostatistical and remote sensing techniques we will interpolate macro nutrient input, -speciation and seasonality for the different catchments and link this information to periphyton quantity and quality as well as to periphyton-grazer interaction.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 303 |
| Europa | 7 |
| Kommune | 11 |
| Land | 270 |
| Weitere | 50 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 145 |
| Zivilgesellschaft | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 4 |
| Ereignis | 2 |
| Förderprogramm | 265 |
| Hochwertiger Datensatz | 1 |
| Kartendienst | 1 |
| Text | 123 |
| Umweltprüfung | 148 |
| unbekannt | 40 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 266 |
| Offen | 304 |
| Unbekannt | 14 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 571 |
| Englisch | 53 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 7 |
| Bild | 23 |
| Datei | 4 |
| Dokument | 184 |
| Keine | 282 |
| Unbekannt | 4 |
| Webdienst | 20 |
| Webseite | 122 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 377 |
| Lebewesen und Lebensräume | 508 |
| Luft | 257 |
| Mensch und Umwelt | 575 |
| Wasser | 584 |
| Weitere | 562 |