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Benthische Makroinvertebraten kleiner Fließgewässer im Raum Aachen - Standortspezifische Biozönosen als ökologische Bewertungsgrundlage struktureller Beeinträchtigung

Neben der Wasserqualität stellen im ländlichen Raum strukturelle Veränderungen am Gewässer und seinem Umland eine wichtige Belastungsart für kleine Fließgewässer dar. Der Ausbau der Gewässer sowie die Nutzungen im direkten Umland führen in großen Teilen zu einer Degradierung der Fauna und Flora und somit der ökosystemaren Funktion. Die Verteilung von Arten (Tiere und Pflanzen) innerhalb eines Fließgewässers ist abhängig von einer Vielzahl biotischer und abiotischer Parameter. Sofern der Bezug zwischen Organismus und den Standortfaktoren bekannt ist, können somit Aussagen hinsichtlich des ökologischen Zustandes des Gewässers gemacht werden. Auf diesem Hintergrund werden die in Fließgewässern vorgefundenen Organismen schon lange zu dessen Bewertung herangezogen. Obwohl gerade in aquatischen Lebensräumen durch vergleichbare abiotische Bedingungen weitgehend geschlossene Biozönosen erwartet werden können, konnte sich eine integrierende Betrachtung von Biozönosen als Bewertungsgrundlage bisher nicht durchsetzen. Da jedoch Biotop und Biozönose ein adaptives System bilden, das die vorherrschenden Standortfaktoren im jeweiligen Artenspektrum widerspiegelt, sollte es möglich sein in Bächen eines begrenzten Naturraumes charakteristische Tiergesellschaften auszumachen. Durch ihr komplexes Wirkungsgefüge und da die ökologische Amplitude der Biozönosen in der Regel enger ist als die der Einzelarten aus der sie sich zusammensetzt, besitzen sie wesentlich höhere Indikatoreigenschaft als einzelne Taxa. Daher wird versucht typische biologische Referenzzönosen unterschiedlicher struktureller Fließgewässerstandorte zu formulieren. Über das resultierende Biozönose-Standortsystem soll es möglich sein auf der Grundlage der konkreten Lebensgemeinschaften Aussagen über die vorliegenden strukturellen Belastungsparameter und die Standortfaktoren zu machen. Außerdem können über die graduellen Verschiebungen innerhalb der Biozönosen, die eine Veränderung in den Standortfaktoren mit sich bringt, die strukturelle Belastung des Gewässers und seines Umlandes beurteilt werden. Die Untersuchung der Organismenzusammensetzung erfolgt hierbei sowohl auf soziologischem als auch auf autökologischem Niveau. Auf dieser Datengrundlage werden in einem zweiten Schritt charakteristische Artengruppen extrahiert, die in Abhängigkeit von Umwelt- und Strukturparametern zur Standortklassifikation herangezogen werden können und als Bewertungsgrundlage für strukturelle Degradation in der heutigen Kulturlandschaft dienen. Die Suche nach standortspezifischen Biozönosen steht hierbei im Mittelpunkt der Untersuchungen. Diese werden ausschließlich über die Stetigkeit/Präsenz und Abundanz der Arten an den jeweiligen Standorten gewonnen. Geographische, regionale oder autökologische Faktoren werden nicht berücksichtigt. Die ökologische Charakterisierung der einzelnen Zönosen erfolgt erst im Anschluß.

Entwicklung eines Analysenautomaten nach dem Prinzip der Fliessinjektionsanalyse zur Kontrolle von Industrieabwaessern und zur Prozesssteuerung

Automatische Bestimmung der Schmutzfrachten mit preiswerter FIA-Detektion. Prozesssteuerung zur Minimierung der Abwasserbelastung bei Galvanikbetrieben und Kokereien. Monitoring.

Umweltchemische Datenerhebung und Stoffbilanzierung zur Sanierung der Teschendorfer Seenkette

Mit der LTG Teschendorf wurde ein Projekt zur Sanierung der dortigen Seenkette beantragt. Seit der Bewilligung der Mittel an den LTG e.V. werden die Stoffeintraege in die Seenkette abgeschaetzt, verifiziert und als Grundlage fuer die weitere Sanierung in einer Studie zusammengestellt.

Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Modellierung der Strömungen mit freier Oberfläche gekoppelt mit der Umströmung von Schiffen in freifließenden Wasserstraßen

Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Modellierung der Strömungen mit freier Oberfläche gekoppelt mit der Umströmung von Schiffen in freifließenden Wasserstraßen. Aufgabenstellung und Ziel Im Rahmen dieses in Zusammenarbeit mit der Universität Trient (Dipartimento di Ingegneria Civile Ambientale e Meccanica, Università di Trento) bearbeiteten Projektes wurde ein neuartiges Verfahren für die Interaktion Schiff-Wasserstraße entwickelt und implementiert. Es sind prinzipiell zwei Anwendungsfälle anvisiert – die Beurteilung der schiffsinduzierten Belastungen an Ufern von Gewässern und die Dimensionierung von Wasserstraßen, insbesondere bei Engstellen und in freifließenden Flüssen. Das entwickelte Modell befindet sich aufgrund der erfassten physikalischen Phänomene und Skalen einerseits konzeptuell im mesoskaligen Bereich von geophysikalischen Modellen für ganzheitlich betrachtete Strömungen in Gewässern wie Flussstrecken – andererseits modelliert das Verfahren gleichzeitig die Interaktion zwischen den Strömungen und den navigierenden Schiffen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Es handelt sich um eine Entwicklung, die die Möglichkeiten der Modellierung der fahrenden Schiffe in mesoskaliger Betrachtung (z. B. Flussstrecken mittlerer Länge) mit dem Zweck erweitern soll, die Methodik zur Befahrbarkeitsbewertung und Dimensionierung von Wasserstraßen zu verbessern und als Fernziel eine Kopplung an den Schiffsführungssimulator zu realisieren. Die verwendeten rechnerischen Netze sind wesentlich gröber als es in etablierten CFD-Verfahren des Schiffbaus üblich ist, wodurch das Verfahren rechnerisch wesentlich effizienter ist. Untersuchungsmethoden Das mathematische Modell nimmt als Ausgangspunkt das in BAW eingesetzte mathematische Verfahren nach Casulli und Stelling (2011), implementiert in UnTRIM2, d. h. ein semi-implizites Finite-Volumen-Schema zur gleichzeitigen Betrachtung der Strömungen mit und ohne freie Oberfläche, jedoch mit der Verwendung von generischen Flachwassergleichungen in der konservativen Form als grundlegendem System der partiellen Differentialgleichungen (PDE). Im Gegensatz zu UnTRIM2 wird für die Diskretisierung der Variablen ein kartesisches gestaffeltes Gitter verwendet, um die horizontale Bewegung der schwimmenden Körper möglichst genau und rechnerisch effizient zu erfassen. Durch die zusätzliche Verwendung der Subgrid-Technologie profitiert die Simulation von hochauflösenden digitalen Geländemodellen (DGM) und einer detailgetreuen Abbildung der Schiffsgeometrie (Tessellationen in STL-Dateien), um eine gitterunabhängige Erfassung des Wasservolumens über dem Boden und unter dem Schiff zu ermöglichen. Aufgrund der Struktur des Verfahrens kann die Dimensionalität des Modells mit der Anzahl der gewählten Zellebenen und -reihen automatisch von dreidimensional auf zweidimensional (vertikal oder horizontal integriert) bis hin zu eindimensional reduziert werden. Das Modell für die Strömungen mit freier Oberfläche und unter dem Schiff basiert auf einer nichtlinearen Tiefen- bzw. Volumenfunktion, wodurch die Überflutung und das Trockenfallen an Gewässerufern ein integraler Bestandteil des Verfahrens ist. Das Schiff wird im Modell als beweglicher starrer Körper mit sechs Freiheitsgraden betrachtet und seine Dynamik wird mittels eines Systems gewöhnlicher Differentialgleichungen (ODE) beschrieben. Die beiden Systeme für die externen Strömungen bzw. die Schiffsdynamik werden durch die Volumenfunktion gekoppelt. Die Veränderung der Volumenfunktion aufgrund der Schiffsbewegungen verstärkt die Nichtlinearität des zu lösenden Gleichungssystems, das gleichzeitig trockene Zellen an Ufern, nasse freie Oberflächenzellen und unter Druck stehende Zellen beinhaltet. Die Lösung dieses Systems wird durch die Verwendung eines verschachtelten iterativen Newton-Lösers erreicht. (Text gekürzt)

Verockerung geotextiler Filter in Deckwerken an Bundeswasserstraßen

Mittels Modellversuchen soll das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus zu untersuchen und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien oder entsprechende Bauweisen zu finden. Aufgabenstellung und Ziel Das Phänomen der Verockerung von geotextilen Filtern und Kornfiltern an Bundeswasserstraßen sollte mit Modellversuchen untersucht werden, um Abhängigkeiten der Verockerungsgefahr vom Grundwasserchemismus herauszuarbeiten und evtl. Konstruktionshinweise für verockerungsresistente Geotextilien bzw. Deckwerke zu finden. Parallel dazu erfolgte an Wasserstraßen mit bekannter Verockerungsgefahr eine Analyse der Milieubedingungen, u. a. die chemische und biologische Analyse des Grundwassers und der Filter. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Filter gewährleisten in ungedichteten Wasserstraßen einen Druckaustausch zwischen Grundwasser und Gewässer bei gleichzeitiger Verhinderung eines Bodenaustrages in die Deckschicht bzw. in das Gewässer bei hydraulischen Belastungen durch Strömungen und Wellen infolge Schiffsvorbeifahrt. Vor allem in tidebeeinflussten Wasserstraßen (Ems, Weser) gab es Probleme infolge Verockerung der geotextilen Filter, die zu einer deutlichen Verringerung der Durchlässigkeit der Filtervliese und dadurch zu Blasenbildung (Titelbild) und Behinderungen der Schifffahrt (Verwickeln in Schiffsschrauben) führten. Unter anderem deshalb erfolgte ein teilweiser Ersatzneubau der Deckwerke an der Tideems unter Einsatz von Kornfiltern. Die alternative Bauweise mit Kornfiltern ist deutlich unwirtschaftlicher als die Verlegung von geotextilen Filtern. Die Verbesserung des Verständnisses der Verockerung von Filtern liefert damit einen wichtigen Beitrag für die Weiterentwicklung dauerhafter Deckwerksbauweisen. Untersuchungsmethoden Die Bearbeitung des Themas erfolgte im Rahmen eines Forschungsverbundes der BAW mit der FH Münster und der RWTH Aachen. Dafür wurden folgende Arbeitsschritte abgearbeitet: - Literaturrecherche, Methodenentwicklung und Untersuchung von Insitu-Prozessen - Bestimmung und Qualifizierung der maßgeblichen Verockerungsparameter und Einflüsse - Planung der physikalischen Modellversuche - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an geotextilen Filtern - Versuche zur Entstehung und Wirkung von Verockerungsprodukten an mineralischen Filtern - Untersuchung von Maßnahmen zur Reduktion der Verockerung - Erarbeitung einer Handlungsempfehlung

Kuestenmessprogramm der BfG - Waermehaushalt der Kuestengewaesser - Vermischungsvorgaenge

Der Waermehaushalt der trockenfallenden Wattflaechen und der Wasserflaechen wird untersucht. Waermestroeme im Boden und Temperaturaenderungen des Wassers werden zusammen mit den meteorologischen Einflussgroessen an 4 Stationen registriert. Daraus laesst sich die Reichweite der Auswirkungen von Kuehlwassereinleitungen angeben, als Grundlage fuer biologische und klimatische Untersuchungen. Veraenderung der Temperaturverhaeltnisse im Wasser und Wattboden durch Kuehlwassereinleitungen. Die Arbeiten laufen im Rahmen des Umweltprogramms - Ueberwachung der Kuestengewaesser - der Bundesregierung. Profilmessungen unter verschiedenen Tide- und Witterungsbedingungen werden vom Schiff aus durchgefuehrt um die Dauerregistrierungen zu unterstuetzen bzw. zu ergaenzen.

Ionenverhaeltnisse in Oberflaechenfilmen von Fluss- und Meerwasser, Schaeumen und marinen Aerosolen

Zielsetzung der Untersuchungen ist die Aufklaerung eines potentiellen Ausbreitungsmechanismus fuer in Fluss- und Meerwasser geloest vorliegende Schadstoffe, insbesondere Schwermetallkationen ('schwarze' und 'graue' Liste der Paris-Konvention), bei dem zunaechst eine Anreicherung in den haeufig vorhandenen Oberflaechenfilmen natuerlicher Waesser vorangeht. Das in der Phasengrenzflaeche angereicherte Material wird dann durch Schaum- und Aerosolbildung an der Loesungsoberflaeche in die Atmosphaere uebertragen und kann durch Windeinfluss weit verbreitet werden. Bei der Durchfuehrung des Vorhabens werden sowohl Oberflaechenfilme auf ihre Zusamensetzung hin analysiert als auch marine Aerosole nach verschiedenen Methoden gesammelt und untersucht.

Die Invertebraten-Fauna des Rheins und seiner Nebengewaesser

Dokumentation aller Informationen ueber Invertebraten-Fauna des Rheins und der in der Rheinniederung befindlichen Nebengewaesser. Erfassung des derzeitigen Bestandes in regelmaessigen Abstaenden (1971, 1976, 1978) in qualitativer und teil-quantitativer Hinsicht. Zweck: Exemplarische Darstellung der schleichenden Veroedung einer Flussfauna. Erfassung und Publizierung der weiteren Veraenderungen als Indikatoren fuer Veraenderungen der Wasserguete. Erarbeitung der physiologischen Eigenschaften, die es ueberlebenden und zugewanderten unter den derzeitigen Rheinbewohnern ermoeglichen, zu ueberdauern. Erarbeitung von Vorschlaegen des Managements der Rheinfauna, z.B. Einfuehrung neuer Fischnaehrtiere an Stelle ausgestorbener.

Kritische Untersuchungen von Algenpopulationen bezueglich ihres Wertes als Bioindikatoren der Gewaesserbelastung, insbesondere an Industriestandorten der Rhein-Main-Region

Populationsdynamik, Toleranzverhalten von Diatomeenarten (benthisch) in Fluessen bei unterschiedlicher Abwaesserbelastung. Nach vorlaeufigem Abschluss der Untersuchungen in Rhein und Main Ausdehnung auf kleinere Fliessgewaesser, insbesondere in Hessen, und andere europaeische Stromsysteme.

Clusters of Excellence 80 (EXC): The Future Ocean, Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft

Die Zukunft unserer Gesellschaft hängt von der Entwicklung der Weltmeere ab, da die Ozeane einen großen Einfluss auf das Klimageschehen haben, unverzichtbare Ressourcen, aber auch Gefahren bergen. Gleichzeitig werden die Ozeane durch die vom Menschen verursachte CO2-Freisetzung, die Fischerei und andere menschliche Aktivitäten zunehmend verändert. In dem Exzellenzcluster wird daher eine große Gruppe von Wissenschaftlern an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und den beteiligten Leibniz-Instituten miteinander vernetzt, um den vergangenen Ozeanwandel zu rekonstruieren, den heutigen Ozeanwandel zu untersuchen, die zukünftigen Veränderungen vorherzusagen, die maritimen Ressourcen zu erforschen und Konzepte zu ihrer nachhaltigen Nutzung zu entwickeln sowie die Naturgefahren, die vom Ozean ausgehen, besser einzuschätzen. Durch die Einbindung weiterer Disziplinen (Medizin, Soziologie, Ökonomie, Recht) werden die naturwissenschaftlichen, sozioökonomischen und rechtlichen Aspekte des Ozeans in einem multidisziplinären Ansatz umfassend erforscht. Die Zukunft der Ozeane wurde bisher in keinem vergleichbar breit angelegten Netzwerk exzellenter Forscher untersucht. Die Meeresforschung wird daher durch das Exzellenzcluster auf eine neue Ebene gehoben, auf deren Basis wissenschaftlich fundierte Leitlinien für Politik und Wirtschaft erarbeitet werden können. Die Cluster-Forschung wird unter zwei Themen organisiert: (1) Ozeane und Treibhauseffekt sowie (2) Maritime Ressourcen und Naturgefahren. Zu beiden Themen bestehen bereits profilierte Forschergruppen, die durch weitere Junior-Forschergruppen (JRG) ergänzt werden sollen. Die Forschungsinfrastrukturen werden in Plattformen gebündelt und weiterentwickelt, während Bildungsangebote für Doktoranden und Master-Studenten in einer neuen 'Integrated School of Ocean Sciences' zusammengeführt werden. Das im Cluster erarbeitete Grundlagenwissen wird durch entsprechende Strukturen der Öffentlichkeit, Politik und Wirtschaft zur Verfügung gestellt und zur Anwendung gebracht. Der überwiegende Teil der Cluster-Ressourcen wird jedoch eingesetzt, um JRGs in vielversprechenden neuen Forschungsfeldern zu gründen. Die Leitungspositionen dieser Gruppen werden international ausgeschrieben und den erfolgreichsten Kandidaten wird nach Ende der ersten Förderperiode eine permanente W2/W3-Professur angeboten. Dank der sehr guten Ausstattung der JRGs wird es gelingen, hoch qualifizierte Kandidatinnen und Kandidaten an das Cluster zu binden und die Position der Universität als führender europäischer Standort in der Meeresforschung weiter zu stärken.

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