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HW-gefährdeter Bereich Tidegebiet Elbe Hamburg

Hochwasser gefährdeter Bereich Tidegebiet Elbe Hamburg Fachliche Beschreibung: „Der durch Tidehochwasser, insbesondere Sturmfluten, gefährdete Bereich im Tidegebiet der Elbe besteht aus den Landflächen zwischen der Gewässerlinie der Elbe (§ 3) und der Linie der öffentlichen Hochwasserschutzanlagen oder, sofern öffentliche Hochwasserschutzanlagen nicht bestehen, der Linie des amtlich bekannt gemachten Bemessungswasserstands für öffentliche Hochwasserschutzanlagen zuzüglich eines Sicherheitszuschlags von 0,50 m." Auszug aus § 53 HWaG Rechtlicher Hintergrund: § 53 des Hamburgischen Wassergesetzes (HWaG) in der Fassung vom 29.05.2005 über "Hochwassergefährdeter Bereich im Tidegebiet der Elbe"

Dynamic and Residual Tide Analysis for improved GRACE de-aliasing

Einfluss benachbarter Küstensysteme auf die Erosion von Dünen Systemen (MoDECS)

Küstendünen haben hohe ökonomische Werte und ökologische Funktionen und bieten einen natürlichen Küstenschutz gegen die See, besonders bei Stürmen. Im Unterschied zu Strand-Dünen Systemen an ausgedehnten gleichmäßigen Küsten führen benachbarte Elemente der Küstenmorphologie (Ebbdeltas, Tiderinnen) zu einer komplexen morphologischen Reaktion der Dünen auf veränderte Randbedingungen. Im Rahmen des Projekts sollen die Auswirkungen von Stürmen auf drei unterschiedliche Dünensysteme untersucht werden: 1) Isolierte Dünensysteme (IDS), 2) Barriere Insel Dünensystem (BDS) und 3) Ästuarine Dünensysteme (EDS). Ein neuartiger Ansatz verwendet eine schematisierte Darstellung der exemplarischen Dünensysteme von Hütelmoor (IDS), Norderney (BDS) in Deutschland und der Sefton-Küste (EDS) in Großbritannien, die durch unterschiedliche Exposition und Energieeintrag auszeichnen (Gezeitenbereich, Wellenhöhe). Numerische Modellexperimente mit XBeach-, Delft3D- und SWAN-Modellen werden mit unterschiedlichen Schematisierungen mit zunehmender Komplexität der Dünensysteme durchgeführt. Im ersten Jahr des Projekts wird zunächst eine morphodynamisch relevante Sturmdefinition für die numerischen Experimente erstellt und zur Festlegung der zuvor eingetretenen Sturmereignisse an den drei Dünensystemen eingesetzt. Dann werden Strandprofile modelliert und analysiert, um die Erosionsempfindlichkeit auf die topographischen Parameter wie Dünenneigung und Dünenbreite zu untersuchen. Im zweiten Jahr werden flächenhafte Simulationen durchgeführt, um die Auswirkung von Stürmen und den Einfluss der erwähnten morphologischen Elemente zu untersuchen. Im dritten Jahr wird ein Modell eines BDS für langperiodische (dekadische) Simulationen entwickelt. Dieses wird dann für die Auswirkungen von zwei Klimawandel-Szenarien (Meeresspiegelanstieg und Sturmhäufigkeit) auf die Erosion an den Dünen zu untersuchen. Die Forschungsergebnisse werden über Zeitschriftenartikel (Climatic Change) und Tagungsberichte veröffentlicht.Die Dauer des Projekts beträgt 3 Jahre und es soll am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen durchgeführt werden. Die Forschung wird in enger Zusammenarbeit mit internen und externen Kollegen durchgeführt (MARUM: Bremen, NOC: Liverpool, UNESCO-IHE: Delft, IOW: Warnemünde und CRS: Norderney). Zusätzlich sollen jährliche Treffen mit Experten einberufen werden, um Erkenntnisse zu diskutieren und Feedback zu erhalten.

Oekologie tropischer Ueberschwemmungsgebiete

Oekologie tropischer Ueberschwemmungsgebiete mit Schwerpunkt Amazonien und Pantanal, Brasilien: Struktur und Funktion von Ueberschwemmungsgebieten in Abhaengigkeit vom Flutpuls, der Sedimentfracht und den geochemischen Bedingungen; Anpassungen von Organismen an den Wechsel zwischen aquatischer und terrestrischer Phase, Primaerproduktion und Photosynthese in Abhaengigkeit vom Flutpuls, Abbau von organischem Material, Nahrungsnetze und Bioelementzyklen; Biodiversitaet.

Numerische Abbildung von Deckwerken mittel CFD-DEM

Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Ein gekoppeltes CFD-DEM Model wird entwickelt zur Simulation der Interaktion der Deckwerkssteine mit schiffsinduzierten Wellen und Strömungen. Aufgabenstellung und Ziel Deckwerke aus losen Wasserbausteinen werden regelmäßig zum Schutz von Uferböschungen an Schifffahrtsstraßen vor Erosion durch hydraulische Belastungen aus schiffs- und windinduzierten Wellen und Strömungen verbaut. Die derzeitigen Berechnungsgrundlagen zur Deckwerksbemessung basieren hauptsächlich auf physikalischen Versuchen und Erfahrungen aus dem Betrieb von Binnenwasserstraßen oder Küstenschutzbauwerken. Für die komplexen und vielfältigen Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen und im Tidegebiet sind die derzeitigen Berechnungsgrundlagen unzulänglich und die Bemessung daher mit wenig quantifizierbaren Unsicherheiten verbunden. Regelwerke, wie sie für Binnenwasserstraßen entwickelt wurden (GBB, BAW 2010; MAR, BAW 2008), existieren nicht. Für eine sichere und nachhaltige Bemessung der Deckwerke an Seeschifffahrtsstraßen werden numerische Simulationen zur Untersuchung der Stabilität von Deckwerken unter typischen hydraulischen Belastungen im Tidegebiet eingesetzt. Insbesondere ein gekoppeltes Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method (CFD-DEM) Modell wird weiterentwickelt, um die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und schiffsinduzierten Wellen und Strömungen zu untersuchen. Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Aufbauend auf diesem FuE-Projekt können Regelbauweisen hergeleitet werden und in ein Merkblatt münden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Erweiterte Kenntnisse über die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und hydraulischen Belastungen im Tidegebiet werden zu einer optimierten Deckwerksausbildung für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen führen. Geringere Bau- und Unterhaltungskosten sind bei einem ausreichendem Sicherheitsniveau und höherer Nachhaltigkeit zu erwarten. Untersuchungsmethoden Im Rahmen des Vorgängerprojekts (B3952.06.04.70270) wurde bereits ein CFD-DEM-Modell zur Untersuchung der Stabilität von losen Deckwerken gegenüber Wellen- und Strömungsangriff entwickelt (Petzold 2018; Sorgatz 2023). Physikalische Modellversuche sowie Messungen in der Natur wurden durchgeführt und mit dem Modell numerisch simuliert. Das Modell hat jedoch einige Einschränkungen, die nunmehr behoben werden sollen. Insbesondere soll ein neues Modell erstellt werden, bei dem die Fluidzellen kleiner als die Steine sind, um Strömungseffekte und Turbulenzen zwischen Deckwerksteinen zu berücksichtigen. Außerdem sollen nicht-sphärische Geometrien zur Darstellung der Steine verwendet werden, um diese exakter zu simulieren. Zur Entwicklung dieses neuen Modells soll die Software CFDEM® (Goniva 2012) verwendet werden, die zudem den Vorteil besitzt, multi-core zu rechnen. Messungen von Schiffsbelastungen in der Natur sowie von Strömungsbelastungen in der hydraulischen Rinne dienen als Eingangswerte zur Erzeugung der numerischen Wellen und Strömungen. Weitere repräsentative Messungen der resultierenden Zustandsgrößen im Feld und/oder in physikalischen Modellversuchen bilden die Grundlage für die numerische Simulationen und für die Modellkalibrierung und Modellvalidierung. Die bereits vorhandenen Messdaten werden verwendet, aber auch neue Messkampagnen sind geplant. Vorhandenes sowie neues Messequipment soll dabei zum Einsatz kommen (instrumentierte Wasserbausteine, autarke Wasserdruck- und Strömungssonden, ggf. eine Porenwasserdrucksonde). Mit dem neuen numerischen Modell werden zunächst die bereits erfolgten physikalischen Versuche nachgerechnet und verglichen. (Text gekürzt)

Saisonale Sensitivität von Ökosystemfunktionen in einer sich erwärmenden Arktis (Svalbard, Vorhaben: Ökophysiologische Plastizität und Ausbreitungspotenzial arktischer Makroalgengemeinschaften

Die Küstenökosysteme am Arabischen Golf 10 Jahre nach der Ölkatastrophe des Golfkrieges von 1991

Durch die, im Golfkrieg von 1991, vom irakischen Aggressor mutwillig freigesetzten 1-6 Mio. t. Rohöl, wurden zahlreiche Küstenabschnitte an der saudiarabischen Küste verschmutzt. Die Lebewelt vieler Strand- und Intertidalbereiche wurde weitgehend vernichtet. Wissenschaftler aus Europa und Saudi Arabien untersuchten im Rahmen eines von der EU geförderten Projekts von 1992-1995 die Folgen der Katastrophe auf die Ökosysteme. Seit 1995 wurden keine weiteren Untersuchungen durchgeführt. Bei einer Reise im März 1999 konnte der Antragsteller an verschiedenen Strandabschnitten unter frischen Sedimenten (welche die Küste optisch voll regeneriert erscheinen lassen) noch beachtliche Teer- und Ölrückstände feststellen. In einigen Salzmarschbereichen findet erst jetzt eine zaghafte Kolonisierung von Krabben und Halophyten statt. Aufgrund der ausgezeichneten Dokumentation durch das EU-Projekt (der Antragsteller war daran beteiligt und hat daher zu allen Berichten Zugang) könnte durch erneute Untersuchungen 10 Jahre nach der Katastrophe die Regeneration, welche offensichtlich bei weitem noch nicht abgeschlossen ist, langfristig dokumentiert werden. Eine solche Studie würde erheblich zum besseren Verständnis von Regenerationsmechanismen in Abhängigkeit von verschiedenen Küstenökosystemen am Arabischen Golf beitragen.

Kuestenmessprogramm der BfG - Einrichtung eines Dauermessprogramms fuer die Kuestengewaesser

Einrichtung eines Dauermessprogramms, um die wichtigsten Schadstoffe, ihre Konzentrationen und ihre Verteilung in den Kuestengewaessern systematisch zu erfassen. Das Dauermessprogramm sieht Untersuchungen in den Brackwasserzonen der Aestuarien und in den inneren Kuestengewaessern vor. Es sind Teilmessnetze im Muendungsbereich der Tidefluesse vorgesehen. Die Teilmessnetze umfassen Messstationen, auf denen die zur Zeit zuverlaessig messbaren physikalischen und chemischen Parameter gemessen und oertlich registriert werden und Messstellen, an denen chemische und biologische Werte durch regelmaessige Messfahrten und Probenahmen erfasst werden. Ausserdem werden im Teilmessnetz weitere physikalische und hydrologische Parameter zeitweise erfasst.

Grossraeumige Modellierung des Nordfriesischen Wattenmeeres

Im Rahmen von Kuestenschutzmassnahmen im Bereich des Nordfriesischen Wattenmeeres haben viele Autoren die Nutzung von Dammbauwerken zur Erhaltung der Inselkuestelinien diskutiert. Im Bereich des Nordfriesischen Wattenmeeres existieren solche Dammbauwerke zwischen Nordstrandischmoor und dem Festland sowie zwischen der Inel Langeness und dem Festland. Das Land Schleswig-Holstein hat im letzten 'Generalplan Kuestenschutz' den Bau eines Sicherungsdamms zwischen der Insel Pellworm und dem Festland festgelegt. Durch einen solchen Dammm soll die in jeder Tideperiode einsetzende Umstroemung der Insel Pellworm verhindert werden. Langzeitmessungen zum Verlauf der Norderhever im Bereich Pellworm haben eine staendige Verbreiterung und Vertiefung der Norderhever in den letzten Jahrzehnten und einen Abtrag des Inselsockel gezeigt. Durch die Einengung des Flutraumes soll eine Stabilisierung dieser Wattrinne erreicht werden. Bedingt durch die im zu modellierenden Gebiet vorherrschende Tidedynamik fliessen waehrend einer Tideperiode netto etwa 80 Millionen Kubikmeter Wasser ueber den Schnitt des geplanten Sicherungsdammes von der Norderhever in die Aue und bilden damit verbunden die Grundlage fuer einen permanenten Materialtransport aus der Norderhever heraus. Die Auswirkungen des Dammbaus auf den Bereich des Nordfriesischen Wattenmeeres sollen mit HN-Modellen untersucht werden.

Die Eisendüngung vor Inseln im Südozean: Fe-Isotopenaustausch zwischen reaktiven Partikeln und Meerwasser

Die marine Eisendüngung durch Inseln ist ein wichtiger Steuerungsprozess der marinen Planktonproduktion, einer der größten atmosphärischen CO2-Senken. Der Prozess lässt sich allgemein im Südozean beobachten, wo die glaziale Verwitterung auf Inseln eine gut dokumentierte Quelle an reaktivem, partikulärem Fe (pFe) darstellt. Diese Verwitterung dürfte sehr empfindlich auf den globalen Klimawandel reagieren. Der diagenetische Stoffkreislauf auf dem Schelf, mit Rückdiffusion und Rücksuspension von Fe in die Wassersäule ist eine weitere Quelle von globaler Bedeutung. In unseren vergangenen Studien auf King George Island, antarktischer Inselbogen, konnten wir zeigen, Fe-isotope eine Unterscheidung dieser Quellen erlauben. Jedoch zeigt die Fe-Isotopenzusammensetzung des gelösten Fe (dFe) insgesamt im Südozean eine überraschend große Variabilität von etwa 2‰ (d56Fe). Dies bedeutet entweder eine lokal sehr variable Mischung der beiden Fe-Quellen, einen regional sehr diversen Fe-Stoffkreislauf mit variabler Interaktion zwischen dFe und pFe, ein regional sehr dynamischer biologischer Fe-Kreislauf in der Wassersäule, oder Kombinationen aller drei Aspekte. Ich beantrage während einer FS Polarstern Expedition (PS-133), die verschiedenen Fe-Quellen von der Küste der Insel Süd-Georgiens und den Fe-Transport in den offene Ozean mithilfe von Fe-Isotopenanalysen zu verfolgen, und die Transformation dieser partikulären Fe-Quellen in bioverfügbares dFe, z.B. durch Lösung und Austausch mit der Partikeloberfläche, auf der Basis der Fe-Isotopenfraktionierung zu bestimmen. Die Fe-Isotopenfraktionierungsfaktoren, die generell im marinen Millieu nur unzureichend bestimmt sind, sollen experimentell im Labor und an Bord bestimmt werden. Diese Austauschexperimente beinhalten Mischungen aus reinen Fe-Oxyhyroxiden und Mn-Oxiden mit künstlichem Meerwasser, sowie Mischungen aus mittels Tangentialflussfiltration angereicherten marinen Partikeln von der Schelf- und Kontinentalhangregion Süd-Georgiens mit filtriertem, partikelfreiem Meerwasser von stromaufwärts der Insel. Ebenso werden Mischungen aus reinen Mineralphasen mit Meerwasser des Südozeans untersucht. In allen Experimenten wird das Wasser mit einem monoisotopisch angereicherten „Spike“ versetzt, werden die Experimente (lang)zeit-kontrolliert beprobt, und die „Drei-Isotopenmethode“ konsequent verwendet, mittels derer die Extrapolation der isotopischen Fraktionerungsfaktoren möglich ist, selbst wenn die Austauschreaktion nicht vollständig abläuft. Die experimentell bestimmten Fraktionierungsfaktoren dienen als Basis, die natürlichen, molekularen Austauschprozesse bei der marinen Fe-Düngung zu identifizieren. Die natürliche Fe-Düngung soll vor Süd-Georgien auf der PS-133 Expedition vom Littoral bis in den offen, hochproduktiven Ozean beobachtet und beprobt werden. Zum Vergleich sollen zusätzlich Proben aus dem Littoral und der Küstenregion vor King George Island von einer früheren Expedition analysiert werden.

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