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s/hydrogéologie/Hydrogeologie/gi

Ein System zur Vorhersage von Dürren und zum Wassermanagement in der semiariden Region Ceará - Erkenntnistransfer-Projekt

Das hier beantragte Wissenstransferprojekt soll die Anwendungsreife von Ergebnissen aus zwei früheren DFG-Forschungsprojekten zu Wasserbewirtschaftungsfragen in semi-ariden Regionen erreichen. Der Fokus wird dabei auf der Methodenübertragung und Ergebnisnutzung für die Entwicklung eines Dürrevorhersage und -managementsystems liegen. Die hier erwähnten DFG-Projekte sind: Sediment Export from large Semi-Arid catchments: Measurements and Modelling), und Generation, transport and retention of water and suspended sediments in large dryland catchments: Monitoring and integrated modelling of fluxes and connectivity phenomena. Der Praxispartner ist die Behörde für Meteorologie und Wasserressourcen des Bundesstaates Ceara (FUNCEME) im Nordosten Brasiliens. Diese führt auch Prognosen für das wasserwirtschaftliche System Cearas durch, welches durch eine stark negative klimatische Wasserbilanz und mehrere tausend (meist kleine) Stauseen gekennzeichnet ist. Es ist vorgesehen, das existierende Wasserbewirtschaftungssystem SIGA von FUNCEME mit dem prozessbasierten hydrologischen Modell WASA-SED zu kombinieren. Das WASA-SED Modell, welches aus den o.g. DFG-Projekten stammt, wurde spezifisch für semiaride meso-skalige Einzugsgebiete konzipiert und entwickelt. Damit werden die charakteristischen hydrologischen Prozesse, einschließlich von Transport- und Konnektivitätsphänomenen im Gewässernetz und den Stauseen simuliert. Die geplanten Arbeiten sind in verschiedene Ebenen gruppiert: (1) Integration des WASA-SED-Modells mit dem SIGA-System um den regionalen Wasserbehörden und Flussgebietskommissionen eine direkte Information über aktuelle und prognostizierte Werte der Stauseefüllungen, Abflüsse an bestimmten Flussabschnitten und anderen Wasserressourcen zu ermöglichen; (2) Effiziente Kommunikation der Ergebnisse mit verschiedenen Stakeholdergruppen und Möglichkeit zur Weiternutzung der Ergebnisse. (3) Anwendung von WASA-SED im Vorhersagemodus, d.h. Nutzung von kurzfristigen und saisonalen meteorologischen Vorhersagen zur Prognose der Wasserverfügbarkeit bei unterschiedlichen Vorhersagezeiträumen. (4) Nutzung der prozess-basierten Struktur von WASA-SED um Effekte sich ändernder Randbedingungen zu untersuchen, besonders bzgl. des dichten Netzes aus Stauanlagen. Wir erwarten aus dem Projekt auch Impulse für neue Forschungsfragen als Ergebnis der Integration der Wasserbewirtschaftung und -infrastruktur in das Modellsystems, so evtl.: (1) Untersuchung und Modellierung der saisonalen Dynamik der Verluste in semiariden Flusssystemen und Ableitung eines dafür geeigneten Abflussroutingansatzes; (2) Quantifizierung und Modellierung der hydro-sedimentologischen Konnektivität in komplexen, vom Menschen stark geformten Hydrosystemen, einschließlich der Effekte des dichten Stauseenetzes, Wasserüberleitungen und der teilweise künstlich verbundenen Teileinzugsgebiete.

Wasser_WFS - Grundwasserkoerper - OGC WFS Interface

Der Kartendienst (WFS-Gruppe) stellt ausgewählte Geodaten aus dem Bereich Wasser dar.:Grundwasserkörper des Saarlandes

Wasserstände und Fließgeschwindigkeiten der Jährlichkeit 100 für ausgewählte Gewässer in Freiburg i. Br.

Der Datensatz enthält die - Maximale Wasserstände der Jährlichkeit 100 in Herdern Nord, Herdern Glasbach, Hochdorf, Benzhausen - Maximale Fließgeschwindigkeiten der Jährlichkeit 100 in Herdern Nord, Herdern Glasbach, Hochdorf, Benzhausen Der Datensatz entstammt aus dem Projekt I4C, des Leistungszentrums Nachhaltigkeit, der Universität Freiburg und weiteren Projektpartnern und wird nicht regelmäßig aktualisiert. Es handelt sich um Ergebnisse eines Forschungsprojektes ohne rechtliche oder planerische Überprüfung. Die Berechnung der Daten erfolgte 2023 - eine Aktualisierung ist nicht geplant. Die Daten sind OpenData - Namensnennung: "Professur für Hydrologie, Universität Freiburg". Gebiets-Eingangsdaten (Rasterdaten in einer Auflösung von 2*2 m²): Digitales Geländemodell mit Gebäuden, Landnutzung, Versiegelungsgrad, Bodeneigenschaften (nFK, LK, PWP, ks), Leitfähigkeit Hydrogeologie, Mittlerer Grundwasserflurabstand, Gewässernetz. Ereignis-Gebiets-Eingangsdaten (Rasterdaten in einer Auflösung von 2*2 m²): Für die Szenarien: Bodenfeuchte für verschiedene Unterschreitungswahrscheinlichkeiten im Sommerhalbjahr, Anfangsbetonte Modell-Niederschlags-Summen verschiedener Jährlichkeiten und Dauerstufen. Für das Ereignis: Niederschlag vom 25.06.2016, Bodenfeuchte zu Beginn des Niederschlags vom 25.06.2016. Modellierung: Abflussbildung mit dem Modell RoGeR in 5-Minuten-Auflösung. Hydraulische Modellierung mit auf Basis der 5-Minuten-Oberfllächen-Abflüsse aus RoGeR mit den Modell Ro_Dyn. Ergebnisse (Rasterdaten in einer Auflösung von 2*2 m²): Für die Szenarien: Maximale zu erwartende Wasserstände und Fleißgeschwindigkeiten mit einem statistischen Wiederkehr-Intervall von 100 Jahren für jede2*2 m²-Rasterzelle. Für das Ereignis: Maximale für das Ereignis modellierten Wasserstände und Fleißgeschwindigkeiten für jede2*2 m²-Rasterzelle.

Hydrostratigrafie der bindigen Deckschichten

Die Karte zeigt die zeitliche Einstufung der bindigen Deckschichten des abgedeckten, oberflächennahen Wasserleiters. Einschließlich geringmächtiger Sandeinlagerungen überwiegt der Mächtigkeitsbereich von wenigstens 5 bis 50 m. Untergeordnet sind Bereiche mit Mächtigkeiten >50 m. Die Deckschichten sind insgesamt ausschließlich den beiden jüngeren Vereisungsperioden (Saale- und Weichselkaltzeit) und der anschließenden, bis heute andauernden Warm- bzw. Nacheiszeit des Holozäns zu zuordnen.

Transformation of organic carbon in the terrestrial-aquatic interface

The overarching goal of our proposal is to understand the regulation of organic carbon (OC) transfor-mation across terrestrial-aquatic interfaces from soil, to lotic and lentic waters, with emphasis on ephemeral streams. These systems considerably expand the terrestrial-aquatic interface and are thus potential sites for intensive OC-transformation. Despite the different environmental conditions of ter-restrial, semi-aquatic and aquatic sites, likely major factors for the transformation of OC at all sites are the quality of the organic matter, the supply with oxygen and nutrients and the water regime. We will target the effects of (1) OC quality and priming, (2) stream sediment properties that control the advective supply of hyporheic sediments with oxygen and nutrients, and (3) the water regime. The responses of sediment associated metabolic activities, C turn-over, C-flow in the microbial food web, and the combined transformations of terrestrial and aquatic OC will be quantified and characterized in complementary laboratory and field experiments. Analogous mesocosm experiments in terrestrial soil, ephemeral and perennial streams and pond shore will be conducted in the experimental Chicken Creek catchment. This research site is ideal due to a wide but well-defined terrestrial-aquatic transition zone and due to low background concentrations of labile organic carbon. The studies will benefit from new methodologies and techniques, including development of hyporheic flow path tubes and comparative assessment of soil and stream sediment respiration with methods from soil and aquatic sciences. We will combine tracer techniques to assess advective supply of sediments, respiration measurements, greenhouse gas flux measurements, isotope labeling, and isotope natural abundance studies. Our studies will contribute to the understanding of OC mineralization and thus CO2 emissions across terrestrial and aquatic systems. A deeper knowledge of OC-transformation in the terrestrial-aquatic interface is of high relevance for the modelling of carbon flow through landscapes and for the understanding of the global C cycle.

Hydraulisch und ökologisch definierte Auengrenzen als Basis für die Entwicklung eines integrierten Ansatzes zur Quantifizierung von Ökosystemleistungen in Auen auf Landschaftsebene

Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist die Entwicklung eines integrierten mesoskaligen Ansatzes zur Quantifizierung von neun Ökosystemleistungen (ÖSL) in Auen. Unter Berücksichtigung von Hydraulik und Ökologie werden Wirkungsgrenzen definiert. Diese ermöglichen eine Abgrenzung der Aue nach ihrer Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Bereitstellung von ÖSL, welche für den Erhalt natürlicher Lebensgrundlagen bedeutend sind. Trotz des Wissens um die ökologische Bedeutung und die hohe Gefährdung von Auen weltweit findet eine Verschlechterung des Auenzustands weiterhin statt. Dies reduziert auch die Bereitstellung von ÖSL von Auen in unbekanntem Maß. Grund hierfür ist ein fehlendes Verständnis der Interaktionen zwischen den natürlichen Prozessen und ÖSL, den anthropogenen Einflüssen sowie dem Auenzustand. Des Weiteren werden in Auen bereitgestellte ÖSL bei der Kostenberechnung von Maßnahmen vernachlässigt, da ein integrierter übertragbarer Ansatz zur Ermittlung der ÖSL auf der relevanten räumlichen Skala, der Landschaftsebene, fehlt. Die Herausforderungen in der Ökosystemleistungsforschung liegen hauptsächlich in der Vielfalt von nicht abgestimmten Definitionen, Begrifflichkeiten und Indikatoren. Die Skalenproblematik wird zudem bei der Betrachtung der Auengrenzen als räumliche Basis deutlich. Mit der Entwicklung einer übertragbaren Methode wird in diesem Projekt erstmalig ein umfangreiches Spektrum an ÖSL (klimatische, hydrologische Leistungen, Wasserqualität und Biodiversität, Produktion von Lebensmitteln, Baumaterialien und Energie, kulturelle Leistungen, Schutz vor Naturgefahren) unter Berücksichtigung des Auenzustands in Deutschland integriert. Als räumliche Basis der Auenabgrenzung dienen die Überschwemmungsflächen häufiger Hochwasser gemäß öffentlich zugänglicher Hochwassergefahrenkarten. Die Eignung dieser rein hydraulisch bestimmten Grenzen wird durch umfangreiche ökologische Daten anderer Forschungsinstitute (Bundesanstalt für Gewässerkunde (Vegetation) und Universität Duisburg-Essen (Laufkäfer)) erstmals untersucht. Neue Indikatoren werden für jede der neun ÖSL auf der Basis von Geoinformationen und Literaturrecherchen entwickelt. Mittels Metaanalysen wird die Übertragbarkeit von ökonomischen Faustzahlen für einen Wertetransfer überprüft. Ergebnis ist eine erstmalige Berechnung des ökonomischen Gesamtwertes der Auen auf Landschaftsebene, um die Leistungen von Auen, ihren Erhalt bzw. ihre Wiederherstellung umfassender als bisher zu bewerten. Anhand von zehn bereits durchgeführten Auenrenaturierungsprojekten wird dieser Ansatz mittels einer Kosten-Nutzen-Rechnung validiert. Dieser neue integrierte Ansatz ist interdisziplinär ausgerichtet, um der Komplexität von Auen und den von ihnen erbrachten ÖSL gerecht zu werden. Mit der Inwertsetzung bieten sich breite thematische Anknüpfungspunkte. So erhalten u.a. Biologen und Hydrologen, Geowissen- und Volkswirtschaftler eine vereinheitlichte Datenbasis bisher dezentral vorliegender Informationen.

Linking internal pattern dynamics and integral responses - Identification of dominant controls with a strategic sampling design

In hydrology, the relationship between water storage and flow is still fundamental in characterizing and modeling hydrological systems. However, this simplification neglects important aspects of the variability of the hydrological system, such as stable or instable states, tipping points, connectivity, etc. and influences the predictability of hydrological systems, both for extreme events as well as long-term changes. We still lack appropriate data to develop theory linking internal pattern dynamics and integral responses and therefore to identify functionally similar hydrological areas and link this to structural features. We plan to investigate the similarities and differences of the dynamic patterns of state variables and the integral response in replicas of distinct landscape units. A strategic and systematic monitoring network is planned in this project, which contributes the essential dynamic datasets to the research group to characterize EFUs and DFUs and thus significantly improving the usual approach of subdividing the landscape into static entities such as the traditional HRUs. The planned monitoring network is unique and highly innovative in its linkage of surface and subsurface observations and its spatial and temporal resolution and the centerpiece of CAOS.

Forschergruppe (FOR) 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE), Teilprojekt: Wechselbeziehungen von extremen Hochwasserereignissen

Das beantragte Forschungsvorhaben hat die Untersuchung von großskaligen Hochwasserereignissen zum Ziel. Ein Grundproblem hierbei ist, dass herkömmliche Risikoabschätzungen mittels eindimensionalen Extremwertstatistiken (d.h. gemessene Abflüsse an einem Pegel), die integrale Antwort eines Einzugsgebietes sind, wobei multidimensionale Hochwasserursachen in den Oberstrom gelegenen Teileinzugsgebieten nicht berücksichtigt werden. Durch verschiedene raum-zeitliche Niederschlagsereignisse und die daraus resultierenden Abflüsse in diesen Teileinzugsgebieten ergibt sich somit eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten, die Unterstrom zu einem extremen Hochwasser führen können. Ein Hauptanliegen des beantragten Forschungsvorhabens ist es, ein besseres Systemverständnis über solche verschiedenen hochwasserauslösenden Mechanismen zu gewinnen, eine Methodik zu entwickeln, um diese zu simulieren und deren Häufigkeit abzuschätzen. Ein besseres raum-zeit Verständnis über solche hochwasserauslösenden Mechanismen liefert bessere Informationen zu Extremereignissen und deren Wiederkehrzeiten. Des Weiteren können so auch Auswirkungen des Klimawandels untersucht werden. Das Wissen über synchrones und asynchrones Auftreten von Hochwassern im Oberstrom gelegenen Teileinzugsgebieten kann auch zu einem besseren Hochwasserrisikomanagement beitragen.

Surrogate-basiertes aktives Lernen für Parameter Inferenz in Geowissenschaften via Bayes'sche sparse2 Multi-Adaptivität verbessert durch Informationstheorie

Wasser-Nahrungsmittel-Energie Nexus ist zentral für eine nachhaltige Entwicklung. Deswegen benötigt die Gesellschaft ein besseres Umweltverständnis, um eine effiziente und sichere Interaktion bereitzustellen und Allgemeinwohl und Nachhaltigkeit im Ressourcenmanagement zu maximieren. Simulationen der genau kalibrierten Modelle bieten eine einzigartige Möglichkeit das Verhalten der nicht linearen Strömungen in geologischen Formationen, wie z.B. Multi-Phasen Fluss im zerklüfteten porösen Medium, gekoppelte Hydrosystem Modelle und Multi-Komponenten reaktive Transport im porösen Medium vorherzusagen. Aufgrund der Rauheit oder Fehlen der vorhandenen Daten und hohen Kosten der numerischen Simulation stellt diese Problemklasse nach wie vor eine Herausforderung auch für moderne Methoden der Quantifizierung der Unsicherheiten und maschinellen Lernens (ML) dar. Das vorliegende Projekt beabsichtigt sich mit dieser Herausforderung am Beispiel der Modellierung von Kohlenstoffdioxidspeicherung (CO2) in geologischen Formationen zu befassen. Die Problematik der CO2-Speicherung ist äußerst repräsentativ für eine große Klasse von Untergrundproblemen aufgrund der Struktur der involvierten Mehrphasenströmung. Weit verbreiteten ML Methoden scheinen geeignet zu sein, solche nicht linearen Probleme zu lösen. Klassische ML Methoden erfordern jedoch immense Datenmengen, sowohl die der Modelparameter als auch die der Model Response. Unglücklicherweise können viele Anwendungen in den Geowissenschaften nur eine limitierte Anzahl an Datensätzen bereitstellen. Im aktuellen Projekt beabsichtigen wir eine ML Methode zu entwickeln, welche dazu in der Lage sein wird die lokale Nichtlinearität des physikalischen Problems auch im Falle der nur geringen Menge der verfügbaren Daten adaptiv zu approximieren. Das Projekt beabsichtigt die Relation zwischen der Bayes'schen Inferenz und Informationstheorie in ihrer Zielorientierten Ausprägung zu nutzen, um die Nichtlinearität des physikalischen Problems unter Verwendung der Beobachtungsdaten und Simulationsergebnisse adaptiv zu lokalisieren. Dabei folgen wir dem aktuellen Trend in der stochastischen Modellreduktion und trainieren eine mathematisch optimale Response Surface unter Verwendung von limitierten Informationsmenge von dem ursprünglichen CO2 Modell in Bezug auf Beobachtungsdaten. Wir beabsichtigen eine Multi-Adaptivität Methode für polynomielles Chaos zu entwickeln, welche eine sparse, auf Bayes'schen Theorie basierende Rekonstruktion mit informationstheoretischen Argumenten erweitert. Kombination von Bayes'schen Inferenz mit Informationstheorie wird helfen die Response Surface adaptiv zu verbessern, dabei werden die relevanten Informationen iterativ in die adaptive Response Surface integriert. Wir erwarten, dass die vorgeschlagene Bayes'sche sparse2 Multi-Adaptivität Konzept einen physikalisch-basierten Weg für andere ML Methoden eröffnet, und äußerst nützlich für verschiedene umweltwissenschaftliche Probleme sein wird.

Clogging und konkrete Gegenmaßnahmen in ATES: Experimente, Modellierung und Prognosen unter Berücksichtigung biogeochemischer Einflüsse, Vorhaben: Teilprojekt Hydrogeologie

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