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Integrierte Analyse schwebstoffdynamischer Prozesse zur Erklärung der Variabilität der Schwebstoff- und Sauerstoffgehalte sowie des Auftretens von Flüssigschlick in der Tideems

Veranlassung Das Ziel des Projektes ist es, die relevanten Einflussfaktoren zu identifizieren und zu quantifizieren, die für die Variabilität des Schwebstoff- und Sauerstoffgehaltes sowie für das temporäre Auftreten von Flüssigschlick an der Gewässersohle der Tideems verantwortlich sind. Das soll mit einer integrierten Datenanalyse auf verschiedenen Skalen durch die Verschneidung der Analyseergebnisse von kontinuierlich erfassten Schwebstoff-, Sauerstoff- und Strömungsdaten aus Dauermessungen mit den Ergebnissen von ergänzenden vertikal und zeitlich hochaufgelösten Naturmesskampagnen ermöglicht werden. Die so ermittelten Parameter werden verwendet, um die an einer Dauermessstelle auftretenden Schwebstoffgehalte mit einem künstlichen neuronalen Netz (engl.: ANN) zu reproduzieren. Mit dem ANN soll ein Werkzeug bereitgestellt werden, welches Abschätzungen und Prognosen der Entwicklung der Schwebstoffgehalte in der Unterems ermöglicht. Dieses ANN kann dann zur Optimierung und Evaluierung von Maßnahmen zur Reduzierung des Schwebstoffanfalls und zur Verbesserung des Sauerstoffhaushaltes dienen. In einem weiteren Auswerte- und Vorhersageansatz sollen die bestehenden Module des Gewässergütemodells QSim der BfG zum organischen Kohlenstoff und das Sauerstoffmodul auf deren Tauglichkeit zur Anwendung für die Tideems getestet werden. Ziele - verbessertes Prozess- und Systemverständnis der ästuarinen Schwebstoffdynamik beim Auftreten von Flüssigschlick als Grundlage für die Optimierung von Sedimentmanagementkonzepten - Identifikation und Quantifizierung der relevanten Einflussfaktoren, die für die Variabilität des Schwebstoff- und Sauerstoffhaushalts sowie der Flüssigschlickdynamik verantwortlich sind - Erkenntnisse zum Fließverhalten von Flüssigschlick als Funktion von mechanischen (z. B. Scherrate) und sedimentologischen Parametern (Dichte, Organikanteil, Korngrößenverteilung) - ANN soll eingesetzt werden als ein Werkzeug zur Abschätzung und Prognose der Schwebstoffgehalte mit dem Ziel der Optimierung und Evaluierung von Maßnahmen zur Reduzierung des Schlickaufkommens Die hohen Schwebstoffgehalte und insbesondere das Auftreten von Flüssigschlick (Fluid Mud) und die dadurch hervorgerufenen Sauerstoffdefizite sind derzeit die entscheidende Ursache für den schlechten ökologischen Zustand der Tideems. Diese Schlickproblematik soll mithilfe verschiedener Maßnahmen im Rahmen des Masterplanes Ems 2050 gelöst werden. In Ästuaren, in denen Fluid Mud auftritt, gibt es allerdings noch große Lücken im Prozessverständnis der Schwebstoffdynamik und deren Interaktion mit dem Sauerstoffhaushalt. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die hohe Variabilität der Flüssigschlickdynamik auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen dar, die bisher in Modellstudien nicht abgebildet werden kann und auch messtechnisch bisher nur unzureichend erfasst wurde. Diese Kenntnisse werden jedoch benötigt, um wirkungsvolle Maßnahmen umzusetzen und zu optimieren. Die Variabilität des ästuarinen Schwebstoff- und Sauerstoffhaushaltes und insbesondere das Auftreten von Fluid Mud soll mit einer integrierten Auswertung vorhandener Daten und ergänzender Naturmessungen unter Verwendung von KI-Verfahren untersucht werden.

Spezielle Untersuchungen zum Sauerstoffhaushalt von Fliessgewaessern

Einzelfragen des Sauerstoffhaushalts von Fliessgewaessern werden untersucht, um die Grundlagen fuer wasserwirtschaftliche Berechnungen zu verbessern. Schwerpunkte: der Einfluss der Primaerproduktion auf den Stoffhaushalt. Der Einfluss der Nitrifikation auf den Stoffhaushalt. Beteiligung der Gewaessersohle am Stoffhaushalt. Sauerstoffhaushalt von Altarmen.

Steuerprozesse ästuariner Trübungszonen in Gezeitenästuaren

Durch Sinkstoffakkumulation gebildete ästuarine Trübungszonen in der Wassersäule und am Boden sind ein allgegenwärtiges Phänomen in Gezeitenästuaren. Die prinzipielle Dynamik ästuariner Trübungszonen ist schon vor einigen Jahrzehnten verstanden worden: Im Bereich von Salzgradienten entlang der Ästuare wird ein landwärtiger Netto-Sinkstofftransport angetrieben, während der Sinkstofftransport im Süßwasserbereich typischerweise seewärts gerichtet ist, was insgesamt zu konvergenten Sinkstofftransporten am landwärtigen Ende der Salzintrusion und dort zu Sinkstoffakkumulation und damit zur klassischen ästuarinen Trübungszone führt. Im Falle von sehr intensiven Gezeiten, bei denen die Flutströmung stärker aber kürzer als die Ebbströmung ist, kann auch im Süßwasserbereich ein landwärts gerichteter Sinkstofftransport erzeugt werden, der zu einer Sinkstoffakkumulation im Süßwasserbereich und somit zu einer Trübungszone im (salzfreien) Gezeitenfluss führen kann. Ein kürzlich vom Antragsteller und Kollegen erstellter Bericht zum Stand der Forschung deckt allerdings erhebliche Wissenslücken im Bereich der Dynamik ästuariner Trübungszonen auf.Ein Schwerpunkt des vorgeschlagenen Projektes soll die Erweiterung der Total Exchange Flow (TEF) genannten Analyse-Methode in Richtung Sinkstoffflüsse werden (Q1). Mit TEF und weiteren Analysemethoden sollen die folgenden wichtigen Forschungsfragen beantwortet werden. Q2: Wie wechselwirken die schnelle Sinkstoffdynamik in der Wassersäule und die langsame Dynamik der Sinkstoffe am Boden und wie ergeben sich daraus die Positionen der Trübungszonen? Q3: Welches sind die Anpassungszeitskalen der Sinkstoffdynamik und der Ausbildung von Trübungszonen unter wechselnden hydrodynamischen Bedingungen? Q4: Welches sind die Anteile fluvialer und mariner Sinkstoffklassen in ästuarinen Trübungszonen? Um diese Fragen zu beantworten, wird ein numerisches Modellabor aufgebaut, bestehend aus einen dreidimensionalen Modell eines konvergenten Ästuars. Die Modellkonfiguration wird so kalibriert, dass sie multi-dekadische Beobachtungsdaten von Salz- und Sinkstoffprofilen entlang der Unterelbe und der Schelde reproduzieren kann. Das numerische Labor wird zunächst dazu verwendet, um systematisch die Sensitivität der Dynamik der Trübstoffzonen von über mehrere Dekaden beobachteten Antriebsbedingungen in der Unterelbe und der Schelde zu untersuchen. Anschließend werden Szenarios mit idealisierten Antriebsbedingungen untersucht, um die oben genannten Forschungsfragen für einen multi-dimensionalen Parameterraum zu beantworten.

Spezielle Untersuchungen zum Sauerstoffhaushalt

Als Grundlage fuer die Beurteilung der Auswirkung wasserbaulicher und wasserguetewirtschaftlicher Massnahmen auf den Sauerstoffhaushalt von Fliessgewaessern werden untersucht: A: Der Einfluss der Primaerproduktion auf den Stoffhaushalt; B: Einfluss des Zooplankton auf den Stoffhaushalt; C: Beteiligung der Gewaessersohle am Stoffhaushalt; D: Einfluss der Nitrifikation auf den Stoffhaushalt. Durch Untersuchungen im Rahmen von Flussbereisungen und durch spezielle Laborexperimente werden die Wissensluecken nach und nach geschlossen.

Beobachtung von Sandtransportvorgaengen in einem Tidenkanal (Lister Tief) - Umlagerungsprozesse an der Gewaessersohle unter dem Einfluss alternierender Tidestroemungen

Moor- und Quellwälder südlich Reesdorf

Besonderes Schutzgebiet Nr. 293 Code: DE 3739-301 Schutzstatus: LSG0017JL - Möckern-Magdeburgerforth Neumeldung Gesamtfläche: 138,98 ha Erläuterungen: Die Neuausweisung des FFH-Gebiets wird von der Fachbehörde für Naturschutz des Landes Sachsen-Anhalt empfohlen und beruht auf dem qualitativ und flächenmäßig bedeutsamen Vorkommen des in Sachsen-Anhalt sowie in der gesamten kontinentalen biogeografischen Region (BGR) stark gefährdeten, prioritären LRT 91D0* („Moorwälder“, Erhaltungszustand "U2"). Insbesondere ist die aktuell eingenommene Fläche in dieser BGR  zu gering. Es besteht insofern die Verpflichtung gegenüber der EU, einen günstigen Erhaltungszustand dieses LRT wieder herzustellen. Praktikabel ist dies nur durch die Einbeziehung der derzeit noch außerhalb der FFH-Gebietskulisse liegenden Vorkommen. Das Vorschlagsgebiet befindet sich in der Landschaftseinheit Burger Vorfläming und umfasst einen Teilbereich des Quellgebiets der Gloine. Hier ist am Nordabfall des Flämings im Übergang zur Gloineniederung ein Quellmoorkomplex ausgebildet, der neben den genannten und prioritär zu schützenden Moorwäldern in Abhängigkeit von Hydrologie und Trophie auch Quellwälder enthält, die dem FFH-LRT LRT 91E0* (Auenwälder mit Alnus glutinosa und Fraxinus excelsior) enthält. Moor- und Quellwälder bilden eine hydrologische Einheit, darüber hinaus sind im Einzugsbereich des Moores Buchenwälder und Kiefernforste einbezogen, die als Pufferzone für die hydromorphen Lebensraumtypen dienen. Im Abstrombereich des Moores sind Feuchtgrünländer in das Vorschlagsgebiet einbezogen. Das Vorschlagsgebiet befindet sich im Landkreis Jerichower Land auf dem Territorium der Gemeinde Magdeburgerforth. Es grenzt im Südosten an die Ortslage Magdeburgerforth, die Südgrenze bildet ein von der Ortslage aus nach Westen verlaufender Waldweg. Im Westen wird das Gebiet von einem in nordöstliche Richtung nach Reesdorf verlaufenden Feldweg, anschließend, ebenso wie der nördliche Teil der Ostgrenze, von einem Entwässerungsgraben markiert. Der übrige Teil der Ostgrenze verläuft entlang der Wald-Offenland-Grenze. Die Gesamtfläche beträgt ca. 140 Hektar. Lebensraumtypen nach Anhang I der FFH-Richtlinie: LRT 91D0* - Moorwälder LRT 91E0* - Auenwälder mit Alnus glutinosa und Fraxinus excelsior Schutzziele: Allgemeine Schutzziele Erhaltung oder Wiederherstellung eines günstigen Erhaltungszustandes der Lebensraumtypen (LRT) nach Anhang I der FFH-Richtlinie (FFH-RL) einschließlich der für sie charakteristischen Arten sowie der mit ihnen räumlich und funktional verknüpften, regionaltypischen Lebensräume, die für die Erhaltung der ökologischen Funktionsfähigkeit der LRT, des FFH-Gebietes insgesamt sowie für die Erhaltung der Kohärenz des Schutzgebietssystems NATURA 2000 von Bedeutung sind. Gebietsspezifische Schutzziele Erhaltung eines störungsarmen, weitgehend naturnahen Quellwald-Komplexes mit Vorkommen eines gut erhaltenen Moorwaldes (Vaccinio uliginosi-Pinetum sylvestris) mit für den LRT 91D0* charakteristischen Pflanzenarten, wie Sumpf-Porst (Ledum palustre) und Glocken-Heide (Erica tetralix), den räumlich und funktional mit ihm verknüpften Quellen sowie Fließgewässern sowie seiner Pufferzonen mit Erlen-Quellwäldern, Rotbuchenwäldern, Kiefernforsten und Feuchtgrünländern, seines Torfkörpers sowie eines gebietstypischen Wasserhaushaltes am nordöstlichen Rand der Altengrabower Mittelplatte Erhaltung oder die Wiederherstellung eines günstigen Erhaltungszustandes insbesondere folgender Schutzgüter als maßgebliche Gebietsbestandteile: 1. LRT gemäß Anhang I FFH-RL: Prioritäre LRT: 91D0* Moorwälder, 91E0* Auenwälder mit Alnus glutinosa und Fraxinus excelsior (Alno-Padion, Alnion incanae, Salicion albae) Weitere LRT: 3260 Flüsse der planaren bis montanen Stufe mit Vegetation des Ranunculion fluitantis und des Callitrichio-Batrachion, 9110 Hainsimsen-Buchenwald (Luzulo-Fagetum) Ökologische Erfordernisse und erforderliche Lebensraumbestandteile für einen günstigen Erhaltungszustand der LRT gemäß Anhang I FFH-RL sind insbesondere 1. für die LRT der Wälder (LRT 9110, 91D0*, 91E0): - natürliche oder naturnahe, lebensraumtypische Standortbedingungen in Bezug auf den Wasserhaushalt (insbesondere für die hydromorph geprägten LRT 91D0* und 91E0* hinreichend hohe Wasserstände bzw. ggf. regelmäßig stattfindende Überflutungsereignisse), auf den Nährstoffhaushalt (insbesondere für die LRT nährstoffärmerer Bodenverhältnisse: LRT 91D0* und ggf. 9110), auf das Bestandsinnenklima, auf das Lichtregime und auf den Humuszustand, - ein lebensraumtypisches Arteninventar, - ein hinreichend hoher Anteil an Alt- und Biotopbäumen, - ein hinreichend hoher Anteil an jeweils lebensraumtypischen Strukturen (z. B. stehendes und liegendes Totholz, Horst- und Höhlenbäume, Waldinnen- und -außenränder, Stockwerkaufbau, Geländestrukturen), - ein Mosaik unterschiedlicher Waldentwicklungsphasen mit einem hinreichend hohen Anteil von Reife- und Zerfallsphase sowie Naturverjüngung, - ein hinreichend hoher Anteil weitgehend störungsfreier oder störungsarmer Bestände, 2. für die LRT der Gewässer (LRT 3260): - natürliche oder naturnahe, lebensraumtypische Gewässerstrukturen und Standort-bedingungen, einschließlich der Ufer-, Verlandungs- und Quellbereiche, in Bezug auf das Wasserregime (insbesondere hinreichend hoher Wasserspiegel sowie für den fließenden LRT 3260 günstige Strömungsverhältnisse), auf den Nährstoffhaushalt (insbesondere für den LRT geringerer Trophiestufe: LRT 3260), auf den ökologischen und chemischen Zustand des Wasserkörpers (insbesondere grundsätzliche Schadstofffreiheit), auf das Lichtregime, auf die ökologische Durchgängigkeit der Fließgewässer sowie auf die Beschaffenheit der Ufer und des Gewässergrundes, - ein lebensraumtypisches Arteninventar in Bezug auf Ufer-, submerse und emerse Vegetation. Meldekarte (pdf-Datei 650 KB) LRT-Karte (pdf-Datei 590 KB) Letzte Aktualisierung: 14.04.2021

SWIM Water Extent - Sentinel-1/2 - Daily

SWIM Water Extent is a global surface water product at 10 m pixel spacing based on Sentinel-1/2 data. The collection contains binary layers indicating open surface water for each Sentinel-1/2 scene. Clouds and cloud shadows are removed using ukis-csmask (see: https://github.com/dlr-eoc/ukis-csmask ) and are represented as NoData. The water extent extraction is based on convolutional neural networks (CNN). For further information, please see the following publications: https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.05.022 and https://doi.org/10.3390/rs11192330

Nordsee: Jahr der Maximalhöhe der Gewässersohle

In den Geowissenschaften beschreibt eine Topographie die Erdoberfläche. In aquatischen Systemen wird der Begriff oft synonym zum Begriff “Bathymetrie” für die Höhenlage der Gewässersohle verwendet. Die Maximalhöhe (zmax) bezeichnet die höchsten jemals erfassten Höhenlagen der Gewässersohle (bezogen auf mNHN, Tiefen sind negativ). <strong>Datenerzeugung: </strong>Die Datengenerierung erfolgt auf Basis einer umfassenden Aggregation historischer See- und Landvermessungsdatenbestände aus dem Zeitraum 1812-2024, die unterschiedliche Höhensysteme, Messmethoden und Genauigkeiten umfassen. Für jeden Rasterknoten eines Rastergrids wird anschließend eine zeitliche Punktwolke aller relevanten Messungen aufgebaut. Im Rahmen der Vermessungskampagnen erfolgt die Übertragung der vorliegenden nähesten Messpunkte auf die Rasterpunkte mittels räumlicher Interpolationsverfahren. Abschließend wird durch eine algorithmische Auswertung der Zeitreihen der höchste jemals erfasste Höhenwert identifiziert und als Z-Werte gesetzt. <strong>Produkt: </strong>Es wird ein gerastertes topographisches Modell in der 12 Seemeilen Zone des Wattenmeers (NL, DE, DK) mit einer Rasterauflösung von 10 m als GeoTIFF bereitgestellt. Es repräsentiert nicht die absoluten historischen physikalischen Maxima an jeder Rasterknotenposition, sondern den höchsten in den Vermessungsdaten erfassten Wert pro Rasterknotenposition.

Nordsee: Jahr der Minimalhöhe der Gewässersohle

In den Geowissenschaften beschreibt eine Topographie die Erdoberfläche. In aquatischen Systemen wird der Begriff oft synonym zum Begriff “Bathymetrie” für die Höhenlage der Gewässersohle verwendet. Die Minimalhöhe (zmin) bezeichnet die niedrigsten jemals erfassten Höhenlagen der Gewässersohle (bezogen auf mNHN, Tiefen sind negativ). <strong>Datenerzeugung: </strong>Die Datengenerierung erfolgt auf Basis einer umfassenden Aggregation historischer See- und Landvermessungsdatenbestände aus dem Zeitraum 1812-2024, die unterschiedliche Höhensysteme, Messmethoden und Genauigkeiten umfassen. Für jeden Rasterknoten eines Rastergrids wird anschließend eine zeitliche Punktwolke aller relevanten Messungen aufgebaut. Im Rahmen der Vermessungskampagnen erfolgt die Übertragung der vorliegenden nähesten Messpunkte auf die Rasterpunkte mittels räumlicher Interpolationsverfahren. Abschließend wird durch eine algorithmische Auswertung der Zeitreihen der niedrigste jemals erfasste Höhenwert identifiziert und als Z-Werte gesetzt. <strong>Produkt: </strong>Es wird ein gerastertes topographisches Modell in der 12 Seemeilen Zone des Wattenmeers (NL, DE, DK) mit einer Rasterauflösung von 10 m als GeoTIFF bereitgestellt. Es repräsentiert nicht die absoluten historischen physikalischen Minima an jeder Rasterknotenposition, sondern den niedrigsten in den Vermessungsdaten erfassten Wert pro Rasterknotenposition.

Nordsee: Maximalhöhe der Gewässersohle

In den Geowissenschaften beschreibt eine Topographie die Erdoberfläche. In aquatischen Systemen wird der Begriff oft synonym zum Begriff “Bathymetrie” für die Höhenlage der Gewässersohle verwendet. Die Maximalhöhe (zmax) bezeichnet die höchsten jemals erfassten Höhenlagen der Gewässersohle (bezogen auf mNHN, Tiefen sind negativ). <strong>Datenerzeugung: </strong>Die Datengenerierung erfolgt auf Basis einer umfassenden Aggregation historischer See- und Landvermessungsdatenbestände aus dem Zeitraum 1812-2024, die unterschiedliche Höhensysteme, Messmethoden und Genauigkeiten umfassen. Für jeden Rasterknoten eines Rastergrids wird anschließend eine zeitliche Punktwolke aller relevanten Messungen aufgebaut. Im Rahmen der Vermessungskampagnen erfolgt die Übertragung der vorliegenden nähesten Messpunkte auf die Rasterpunkte mittels räumlicher Interpolationsverfahren. Abschließend wird durch eine algorithmische Auswertung der Zeitreihen der höchste jemals erfasste Höhenwert identifiziert und als Z-Werte gesetzt. <strong>Produkt: </strong>Es wird ein gerastertes topographisches Modell in der 12 Seemeilen Zone des Wattenmeers (NL, DE, DK) mit einer Rasterauflösung von 10 m als GeoTIFF bereitgestellt. Es repräsentiert nicht die absoluten historischen physikalischen Maxima an jeder Rasterknotenposition, sondern den höchsten in den Vermessungsdaten erfassten Wert pro Rasterknotenposition.

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