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Gewässerbauwerke Hamburg

Bauwerke in und an Gewässern der FHH Hamburg verfügt als wassergeprägte Metropole über ein dichtes und vielfältiges System von Gewässern, das von Tideflüssen wie der Elbe über Nebenflüsse, Kanäle bis hin zu kleineren Bächen und Gräben reicht. Zur Steuerung, Nutzung und Sicherung dieser Gewässer kommt eine Vielzahl technischer Anlagen – die sogenannten Gewässerbauwerke – zum Einsatz. Zu den wichtigsten Gewässerbauwerken in Hamburg zählen unter anderem Schleusen, Wehre, Sperrwerke, Pumpwerke, Fischaufstiegsanlagen sowie Durchlässe und Stauanlagen. Diese Bauwerke erfüllen unterschiedliche Funktionen, die eng miteinander verzahnt sind: Hochwasserschutz: Insbesondere entlang der Elbe und ihrer Nebenflüsse sichern Sperrwerke und Deichanlagen die Stadt vor Sturmfluten und steigenden Wasserständen. Wasserstandsregelung: Wehre und Schleusen stabilisieren Wasserstände in Binnengewässern und Kanalsystemen und ermöglichen eine kontrollierte Ableitung von Niederschlagswasser. Entwässerung und Regenwassermanagement: Pumpwerke und steuerbare Bauwerke gewährleisten den Abfluss von Oberflächenwasser, insbesondere in tiefer liegenden Stadtteilen. Schifffahrt und Nutzung: Schleusen in Fleeten und Kanälen ermöglichen die Durchgängigkeit für Boote und unterstützen die historische sowie aktuelle Nutzung der Wasserwege. Ökologische Funktionen: Moderne Bauwerke integrieren zunehmend Maßnahmen zur ökologischen Durchgängigkeit, etwa durch Fischaufstiegsanlagen oder naturnahe Umgestaltungen. Hamburg steht dabei vor besonderen Herausforderungen: Neben dem Einfluss der Gezeiten erfordern Klimawandel, Starkregenereignisse und steigende Meeresspiegel eine kontinuierliche Anpassung und Modernisierung der Gewässerinfrastruktur. Die Planung, der Betrieb und die Unterhaltung der Gewässerbauwerke erfolgen im Rahmen eines integrierten Gewässermanagements. Ziel ist es, technische Sicherheit, urbane Nutzung und ökologische Anforderungen in Einklang zu bringen und so die nachhaltige Entwicklung der Stadtlandschaft zu gewährleisten.

Seasonal nutrient dynamic in the Elbe Estuary June 2019

This dataset contains measurements from LP20190603, collected aboard the R/V Ludwig Prandtl in June 2019 in the Elbe Estuary. In a transect cruise, geobiochemical parameters were measured starting in the North Sea (53.98°N 8.36°E) to the port of Oortkaten in the upstream Elbe Estuary (53.46°N 10.06°E). Sampling was conducted upstream against the outgoing tide to prevent tidal effects on the measurements. Water samples were taken approximately every 20 min. The discrete water samples were used to measure dissolved inorganic nutrient, nitrate stable isotope composition, suspended particulate matter (SPM) concentration, particulate carbon and nitrogen content of SPM and nitrogen stable isotope composition of SPM. An onboard membrane pump provided the on-line in situ FerryBox system. It continuously measured oxygen, salinity, and temperature during the cruise. A N2O analyzer coupled (Model 914-0022, Los Gatos Res. Inc., San Jose, CA, USA) with a seawater/gas equilibrator using off-axis cavity output spectroscopy continuously detected dry mole fraction of dissolved nitrous oxide along the estuary. Aim of the cruise was to study the interplay between eutrophication, in-stream nutrient regeneration and N2O emissions in a temperate Estuary.

EasyGSH-DB: Harmonische Analyse des Wasserstandes (FRQW)

Harmonische Analyse der Gezeiten: Für jeden Ort sind auf Grund der dynamischen Theorie der Gezeiten zunächst einmal nur die Perioden der Partial- oder Teiltiden bekannt, nicht aber deren Amplitude und Phase. Aus Gezeitenbeobachtungen oder den Ergebnissen numerischen Simulationsrechnungen können, falls hinreichend lange Zeitreihen des Wasserstandes vorliegen, beide Unbekannte (Amplitude und Phase) abgeleitet werden. Dieses Verfahren wird Harmonische Analyse der Gezeiten genannt. Das Verfahren der Harnonischen Analyse ist eine spezielle Form der Fourierzerlegung einer Zeitreihe. Sind die Amplituden und Phasen der Partialtiden eines Ortes bekannt so kann mittels Harmonischer Synthese der Gezeiten, d.h. Summation der Partialtiden, eine Vorhersage des Wasserstandes für einen vorgegebenen Zeitraum erfolgen. Motivation: Die Berechnung und graphische Darstellung von Amplitude und Phase der Partialtiden des Wasserstandes dient der Beschreibung des Systemverhaltens in den durch die Gezeitendynamik dominierten norddeutschen Küstengewässer und Ästuarien. Ein Vergleich zwischen aus Gezeitenbeobachtungen und numerischen Modellrechnungen abgeleiteten Werten für Amplitude und Phase der analysierten Partialtiden bietet ein qualtitativ hochwertiges Instrument für die Verifikation von Modellverfahren, da hierbei Gezeitenspektren einander gegenübergestellt werden und somit Abweichungen in bezug auf Amplitude und Phase präzise quantifiziert werden können. Eine genaue Beschreibung der Analysemodi befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/Harmonische_Analyse_des_Wasserstands). Metadaten: Dieser Metadatensatz gilt als Elterndatensatz für die spezifizierten Metdatensätze: - EasyGSH-DB_FRQW: M2 - Amplitude und Phase (1996-2015) Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003. English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.

EasyGSH-DB: Tidekennwerte des Salzgehaltes (TDKS)

Motivation: Die Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte des Salzgehalts sowie des advektiven Salztransports trägt dazu bei, die räumliche Veränderung der Salzkonzentration im Wasserkörper, die Variation des Salzgehalts innerhalb einer Tide sowie den advektiven Transport durch die Strömung, getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide, in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten. Der an einem bestimmten Ort auftretende Unterschied zwischen dem maximalen und dem minimalen Salzgehalt kann in einem Ästuar infolge des Süßwassereinflusses recht große Werte annehmen. Die Salzgehaltsvariation, die sich als Differenz aus den Extremwerten des Salzgehalts ergibt, wird dabei maßgeblich von dem Produkt des lokalen horizontalen Salzgradienten mit dem Tideweg (lagrangesche Verdriftung eines Wasservolumens) bestimmt. Dies ist damit zu erklären, daß Salz überwiegend advektiv mit der Strömung transportiert wird. Das an einem Ort innerhalb einer Tide vorbeifließende Wasser entstammt unterschiedlichen Ursprungsregionen, d.h. unterschiedlichen Wasserkörpern, die in den Brackwasserzonen der Ästuarien deutlich voneinander abweichende Salzgehaltswerte aufweisen können. Für am Boden lebende ortstreue Organismen stellt die Salzgehaltsvariation einen wesentlichen Streß-Faktor ihrer natürlichen Umwelt dar (Variation des osmotischen Drucks bei wechselndem Salzgehalt). Eine genaue Beschreibung der Analysemodi befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/Tidekennwerte_des_Salzgehalts). Metadaten: Dieser Metadatensatz gilt als Elterndatensatz für die spezifizierten Metdatensätze: - EasyGSH-DB_TDKS: Quantile des mittleren Salzgehalts pro Tide (1996-2015) Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003 English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.

Zählung von Seehunden im Elbeästuar von Wedel bis Cuxhaven 2018/2019

Aerial surveys were conducted in the Elbe Estuary, Germany, to count harbour seals on their haul-out sites. Haul-out sites were located within the intertidal zone, usually close to the waterway or tidal creeks. The north-western border of the study area was located at river-km 728 (city of Cuxhaven) and the south-eastern border was located at river-km 632 (Mühlenberger Loch). Flights were performed monthly from August 2018 until July 2019 (12 flights in total) at low tide. Within each month, a flight date in the middle of the month was chosen, depending on the tide and weather conditions. Flights were performed with a twin-engined aircraft at a height of approximately 600 feet and at an average speed of 100 knots. The flight routes were tracked via GPS. Sighted harbour seals were photographed on their haul-out sites and the corresponding geographic position was recorded. In the office, the photos were used to count the animals. In the beginning of the pupping season in June, adult and juvenile individuals were counted separately. The sizes of individual seals were used to distinguish between both age classes. Later in the year, juvenile seals could no longer visually be distinguished from adult individuals due to the pups' rapid growth. Consequently, count data of juvenile harbour seals are only available for June 2019.

TrilaWatt Use-Case: Wo beginnt Watt im Wattenmeer?

Gezeiten in der Deutschen Bucht führen dazu, dass die Wattgrenzen räumlich und zeitlich variabel sind. Ihr Verlauf verändert sich auf täglichen, monatlichen, jährlichen und dekadischen Zeitskalen und wird zusätzlich von der langfristigen Veränderung von Tide und Bathymetrie überlagert. Aus den Berechnungen des digitalen Zwillings zum Verlauf von jährlich gemittelten Hochwasser- und Niedrigwasser-Linien können zusammen mit jährlichen Bathymetrien die jahresgemittelten Wattgrenzen bestimmt werden. In diesem Use-Case wurden Daten des TrilaWatt-Projekts angewendet, um die jahresgemittelte Ausdehnung des Watts im Jahr 2020 zu bestimmen. Die Intertidalfläche ist somit ein Resultat der Verschneidung von Bathymetrie und jährlichen mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwasser-Daten des numerischen Modells. Aus diesen Arbeiten wurden neue Datenprodukte zur topographischen Beschreibung der Gezeitenzone abgeleitet. English: In this use case, data from the TrilaWatt project was used to determine the annual extent of tidal flats in 2020. The intertidal area is thus a result of the intersection of bathymetry and annual mean high and low tide data from the numerical model. Download: A download is located below (in German: "Verweise und Downloads"). Literatur: Lepper, Robert (2024): Wo beginnt Watt im Wattenmeer. https://doi.org/10.18451/trilaw_2024_02

TrilaWatt: Wattflächen (2015-2021)

Definitionen: Watt wird während des Tidehochwassers überflutet und fällt bei Tideniedrigwasser trocken. Eine Abgrenzung der Wattflächen hängt daher vom Verlauf von Tidehochwasser und Tideniedrigwasser ab. Die räumliche und zeitliche Variabilität von Tidehoch- und Tideniedrigwasser führt jedoch zu einer Vielzahl an möglichen Ausdehnungen von Watt auf täglichen, monatlichen, jährlichen oder dekadischen Zeitskalen. Diese bereits große Variabilität wird zusätzlich von der langfristigen Veränderung von Tide und Topographie überlagert. Produkt: Dieser Datensatz aus dem TrilaWatt Projekt beinhaltet die Topographie des Watts für die Deutsche Buch und die Niederlande, basierend auf jahresgemittelten Daten von Tidehoch- und Tideniedrigwasser. Auf dieser Grundlage wurden mittlere Tidehoch- und Tideniedrigwasserlinien sowie deren Unschärfe (±25cm) abgeleitet. Die Intertidalfläche resultiert aus der Verschneidung von jährlich interpolierten Topographie und jährlichen, mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwasserdaten des digitalen Zwillings. Zitat für diesen Datensatz Lepper, R., Lorenz, M., Milbradt, P., Pineda Leiva, D. F. (2025): TrilaWatt: Wattflächen (2015-2021) [Data set]. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/5a882d-b3a571. Literatur: Pineda Leiva, D. F., Lorenz, M., Kösters, F., Winter, C., Lepper, R. (2025): Asymmetric morphodynamics of the Wadden Sea. Commun Earth Environ 6, 354. https://doi.org/10.1038/s43247-025-02340-y Lepper, R., Reinert, M., Gundlach, J., Weber, J., Kösters, F. (2025): A hydrographic dataset of the Wadden Sea as a foundation for a digital twin of the coastal ocean. https://doi.org/10.1038/s41597-025-06211-1   English: This dataset contains the annual topography of the intertidal zone of the Wadden Sea as an intersect of modeled annually averaged tidal high and low water with topography data. Based on the intertidal topography, we estimated annual the characteristic tidal low water line, tidal high water line, and their uncertainty.

Zählung von Seehunden und Kegelrobben im Elbeästuar von Wedel bis Scharhörn 2023/2024

Aerial surveys were conducted in the Elbe Estuary, Germany, to count seals on their haul-out sites. Haul-out sites were located within the intertidal zone, usually close to the waterway or tidal creeks. The north-western border of the study area was located at the approximate river-km 753 (island of Scharhörn) and the south-eastern border was located at river-km 632 (Mühlenberger Loch). Flights were performed monthly from August 2023 until July 2024 (11 flights in total) at low tide. Within each month, a flight date in the middle of the month was chosen, depending on the tide and weather conditions. The flight scheduled for December 2023 had to be canceled due to persistently unfavorable weather conditions. Flights were performed with an aircraft at a height of approximately 500 feet and at an average speed of 100 knots. The flight routes were tracked via GPS. Sighted seals were photographed on their haul-out sites and the corresponding geographic position was recorded. In the office, the photos were used to identify the species and age class, and count the animals.

Dissolved methane concentration variability along freshwater-sea continuum at Heligoland, Southern North Sea, 2021

The dataset is about temporal variability of dissolved methane along the freshwater-sea continuum in northern Germany. Sensors were installed at fixed stations at in total three sites at different water depths. This dataset is from the station in Heligoland (54.1833 N, 7.8667 E) at about 9-12m depth (depending on the tide). The data was obtained between 27 April and 28 October in high frequency measurements (1 min) with a methane sensor from Kongsberg (4H Jena model CONTROS HydroC CH4,). Methane concentrations were calculated according to manufacturer's instructions, based on temperature and salinity values from UW-node Heligoland (Fischer, Philipp; Happel, Lea; Brand, Markus; Eickelmann, Laura; Lienkämper, Miriam; Bussmann, Ingeborg; Anselm, Norbert; Brix, Holger (2022): Hydrographical time series data of Helgoland, Southern North Sea, 2021. PANGAEA, https://doi.org/10.1594/PANGAEA.950173). A gap in the salinity data was replaced with the median value of the observed time span (31.66). For the quality control of the data a local range of 0.1 – 1000 nmol/L was set, a technical range for the pump power 2 – 8. Watt, a spike and gradient value of 1. For a more detailed description see the article cited in References.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Biogene Opalisotope - neue Proxies zur Untersuchung vergangener Nährstoffkreisläufe und hydrographischer Strukturen im Südpazifik in Beziehung zu der Entwicklung des Klimas und der antarktischen Kryosphäre

Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.

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