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Veränderungen der Wasseraufnahme und -speicherung landwirtschaftlicher Böden und Auswirkungen auf das Überflutungsrisiko durch zunehmende Stark- und Dauerregenereignisse

Ziel des Forschungsvorhabens war es, zunächst einen Überblick zum aktuellen Stand der Forschung der durch Nutzung und Bewirtschaftung veränderbaren Einflussfaktoren auf die Wasserinfiltration in den Boden zu erarbeiten. Dabei standen besonders die landwirtschaftlichen Anbauverfahren, Bodenbearbeitungssysteme und pflanzenbaulichen Maßnahmen im Fokus der Untersuchungen. Darauf aufbauend wurde geprüft, inwieweit die aktuellen landwirtschaftlichen Fördermaßnahmen geeignet sind, die Infiltrationsfähigkeit landwirtschaftlich genutzter Flächen zu verbessern, um damit auch im Falle von extremen Niederschlagsereignissen Wassererosion und Überflutungen entgegenzuwirken. Ein weiteres Ziel war die Zusammenstellung und Auswertung der bestehenden rechtlichen Vorgaben (Gesetze, Verordnungen, Richtlinien etc.) und ihre Umsetzung in der sog. "guten fachlichen Praxis" (gfP) im Hinblick auf die Verbesserung der Wasserinfiltration landwirtschaftlicher Böden. Sowohl für die aktuellen Förderprogramme als auch die bestehenden gesetzlichen Rahmenbedingungen wurden nach einer Defizitanalyse gezielte Verbesserungsvorschläge und Maßnahmenempfehlungen zur Weiterentwicklung der Fördermaßnahmen und gesetzlichen Vorgaben abgeleitet. Für vier ausgewählte Stark- oder Dauerregenereignisse, die zu markanten Schäden geführt haben, wurde anhand regionaler Analysen herausgearbeitet, warum es zu den erheblichen Auswirkungen gekommen ist und welche Zusammenhänge zwischen der landwirtschaftlichen Flächennutzung und den Überflutungen bestehen. Aufbauend auf diesen Fallbeispielen wurden in Verbindung mit den Ergebnissen der Literaturrecherche und der Analyse der gesetzlichen Rahmenbedingungen und der Förderprogramme Vorschläge für zukünftige Risikoabschätzungen und möglicher Gegenmaßnahmen erarbeitet sowie Handlungs- und Forschungsbedarf abgeleitet. Quelle: Forschungsbericht

Lateraler Phosphortransport in Hängen und seine Verknüpfung mit dem Wasseralter

Das Projekt "Lateraler Phosphortransport in Hängen und seine Verknüpfung mit dem Wasseralter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Hydrologische Fließwege bilden die kritische Verbindung zwischen der Quelle der P-Mobilisierung und des P-Exports zu den Flüssen. Die Prozesse der P-Mobilisierung auf der Standortskale sind vergleichsweise gut verstanden, jedoch ist die Kenntnis des P-Transportes in Hängen und Einzugsgebieten durch die Komplexität der Transport-Skalen und Fließprozesse begrenzt. In Hängen können große P-Flüsse zum dynamischen P-Export beitragen, da P oft in schnellen Fließwegen transportiert wird, insbesondere in bewaldeten Systemen, wo präferentielle Fließwege häufig auftreten. Ein adäquates Prozesswissen der hanghydrologischen Dynamik ist daher wichtig, um die P-Transport Dynamik zu beurteilen und vorherzusagen. Solche Studien wurden bisher jedoch fast ausschließlich in Einzugsgebieten mit landwirtschaftlicher Nutzung durchgeführt. In dieser experimentellen und modellierungs-basierten Studie über hanghydrologische Prozesse und Phosphortransport werden wir die Auswirkungen der Abflussprozesse auf den P-Transport in bewaldeten Hängen entlang der grundlegenden Hypothesen des SPP untersuchen. Wir werden die Auswirkungen unterschiedlicher Fließwege und Verweilzeiten auf den P Transport und den damit verbundenen hydrologischen Bedingungen untersuchen. Die Hypothese wird getestet, dass die P-Signaturen im Abfluss im Zusammenhang stehen mit den bodenökologischen P-Gradienten und dass die P-Signaturen durch die Verweilzeiten des Wassers im Hang bestimmt werden, die insbesondere durch präferentielle Fließwege bei Niederschlagsereignissen dominiert werden. Diese Hypothesen werden an den vier SPP Standorte im Gebirge mit einem innovativen, kontinuierlichen Monitoring-System für unterirdische Hangabflüsse und P-Transport bei hoher zeitlicher Auflösung untersucht. Event-basierte und kontinuierliche Probenahmen für die verschiedenen P Spezies, stabile Wasserisotope und andere geogene Tracer in Niederschlag, Abfluss und Grundwasser werden es uns ermöglichen, Verweilzeiten von Wasser mit den P-Flüsse und P-Transportprozessen zu verknüpften. Schließlich werden wir ein prozessorientierten hydrologischen Hang-Modell weiterentwickeln um die verschiedenen Fließ-und Transportwege zu simulieren, um die Dynamik von Abfluss und P-Transport zwischen der Hang- und Einzugsgebietsskala zu verknüpfen. Die Modellierung wird sich darauf fokussieren, die Altersverteilung von Wasser und die bevorzugte Fließwege, die durch 'hot spots' bei der Infiltration und P-Mobilisierung entstehen, in bewaldeten Hängen adäquat darzustellen.

Parameteridentifikation in Mehrphasensystemen

Das Projekt "Parameteridentifikation in Mehrphasensystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Die Verteilung von chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) im Boden ist sehr vom Aufbau des Untergrundes, das heisst von dessen Heterogenitaet, abhaengig. Zur Beschreibung des CKW-Stroemungsverhaltens im Boden werden konstitutive Beziehungen verwendet, die urspruenglich fuer Luft-Wasser, bzw. Oel-Wasser-Systeme hergeleitet wurden. Die Anwendung dieser Beziehungen auf CKW-Wasser-Systeme wurde bisher nicht nachgewiesen. In einem speziell gebauten zweidimensionalen Versuchsstand sollen alle massgeblichen Parameter (CKW- und Wasserdruck, Saettigungsverteilung) zur Beschreibung der CKW-Saettigung in Boeden waehrend statischer CKW-Verteilung und waehrend des dynamischen Infiltrationsvorganges gemessen werden. Dabei soll besonders der Einfluss von Heterogenitaeten auf das Stroemungsverhalten von CKW im Boden untersucht werden. Die zwei meistgenutzten Parametrisierungsansaetze zur Beschreibung von Stroemungsvorgaengen von CKW im Boden (Burdine - Brooks-Corey Modell, Mualem - van Genuchten Modell) sollen verglichen und ihre Anwendbarkeit auf CKW-Wasser-Systeme soll eruiert werden. Das numerische Mehrphasenmodell MUFTE soll mit den ermittelten Daten validiert, und bei Bedarf soll der Code an die in den Untersuchungen gefundene Ergebnisse angepasst werden.

Causes, kinetics and reversal of clogging in injection wells

Das Projekt "Causes, kinetics and reversal of clogging in injection wells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Fakultät 2: Umwelt und Naturwissenschaft, Lehrstuhl Hydrologie durchgeführt. Overexploitation of aquifers and depletion of groundwater quality is becoming more and more important worldwide. Artificial recharge can help to avoid these problems. Worldwide injection wells are used to infiltrate surface water into aquifers. The main problem using this technique is clogging of the well screen, filter and the nearby aquifer which results into a decrease of hydraulic conductivity of the aquifer. Clogging is mainly caused by physical deposition of fine particles at the aquifer matrix, by geochemical reactions, air entrapment and growth of biofilms. The pore volume is reduced by these processes and therefore the hydraulic conductivity of the aquifer. A possibility for redevelopment of the aquifer is back-washing which allows rising the hydraulic conductivity again. More or less each process has been investigated experimentally but the interactions of all processes are rarely addressed. A numerical model is necessary to analyse all the different effects causing clogging. The model will allow taking precautions in terms of quality of infiltration water and how to redevelop already clogged wells as important criteria for the selection of appropriate measures for groundwater recharge. Keywords: artificial recharge, clogging processes

Wirksamkeit von Ecosoil in Versickerungsrigolen bezogen auf den Rückhalt von PAK und MKW

Das Projekt "Wirksamkeit von Ecosoil in Versickerungsrigolen bezogen auf den Rückhalt von PAK und MKW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Campus Essen, Fachbereich 10 Bauwesen Siedlungswasserwirtschaft durchgeführt. In Deutschland wird die Versickerung von Niederschlagsabflüssen von gering belasteten Flächen über die belebte Bodenzone auf Grund ihrer Reinigungseigenschaften bevorzugt. In der Praxis ist es jedoch oftmals nicht immer möglich oder gewünscht, das Niederschlagswasser über eine offene Mulde oder Fläche dem Untergrund zuzuführen. Um in diesen Anwendungsfällen ein Ableiten des Niederschlagswassers mit einem herkömmlichen Entwässerungsverfahren zu vermeiden, soll die belebte Bodenzone in Verbindung mit einer Rigole im Untergrund nachgebildet werden. Dazu wird im Gegensatz zu den gängigen Rohrrigolen das Filtermaterial mit der Bezeichnung EcoSoil um die Rigole herum eingebaut. Auf Grund der hohen Speicherfähigkeit des innenliegenden Rigolenkörpers wird eine geringe Durchströmungsgeschwindigkeit entsprechend der Versickerungsfähigkeit im anstehenden Untergrund garantiert. Das Filtermaterial muss vergleichbar der belebten Bodenzone Wasserinhaltsstoffe zurückhalten sowie der nötigen Biozönose die Lebensbedingungen bieten, absorbierte Schadstoffe abzubauen. Von großer Bedeutung bei diesem Ansatz ist die Standzeit und Regenerierbarkeit des Filtermaterials. Basierend auf den vorliegenden Feld- und Laboruntersuchungen zum EcoSoil, die einen sehr guten Rückhalt für Schwermetalle, PAK und MKW zeigten, ist eine Untersuchung unter realen Bedingungen in einer Pilotanlage der sinnvolle nächste Schritt zur Abschätzung des Langzeitverhaltens derartiger Rigolen. In der Pilotanlage sollen über einen Zeitraum von einem Jahr für 25 Niederschlagsereignisse der Zulauf, das Wasser an der Rigolensohle und in Rigolenmitte beprobt werden und auf die Parameter Kupfer, Blei, Zink, PAK, MKW und AFS untersucht werden. Bei der angeschlossenen Fläche von 1170 m handelt es sich um Anliegerstraßen mit einem geringen Verkehrsaufkommen.

Evaporation from heterogeneous surfaces at the field-plot scale: effect of lateral heat and water fluxes in soil and atmosphere

Das Projekt "Evaporation from heterogeneous surfaces at the field-plot scale: effect of lateral heat and water fluxes in soil and atmosphere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-3 Agrosphäre durchgeführt. Wet patches in agricultural fields may exist due to local variations in soil structure (compacted wheel tracks) or due to local irrigation (drip irrigation). Commonly used approaches to estimate evaporation assume that the lateral extent of the evaporating surface is large so that the lateral advection of heat and vapor in the air stream and in the soil can be neglected. For the scales of patches that are considered in this project, we postulate that lateral heat and mass fluxes in both the soil and the air may influence the evaporation rate from wet patches. In order to investigate these effects, we will carry out experiments at a field plot under outdoor conditions in which we will monitor the surface temperature of wet patches and the evaporation rate of micro-lysimeters with and without patches and which are or are not thermally insulated from the surrounding soil. The experiments will be accompanied by simulation studies in which lateral heat and water fluxes in both the soil and the air flow will be considered. To support other subprojects, infiltration, evaporation and salt tracer experiments will be carried out in an artificially constructed heterogeneous soil tank.

B 1.2: Efficient water use in limestone areas - Phase 2

Das Projekt "B 1.2: Efficient water use in limestone areas - Phase 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Bodenkunde und Standortslehre durchgeführt. The elevated areas of Northern Thailand highlands are inhabited by ethnic minorities. On the other hand, the Thai majority prefers the valley bottoms. Population growth of all groups, reforestation and commercialisation of agriculture lead to an increasing pressure on land and water resources. Therefore, intensified land and water use systems are desired which are resource conserving at the same time. Here, special problem areas are the karstic limestone catchments due to the limited of surface waters.Own pre-investigations together with subproject A1 have shown, that land use systems there are subsistence oriented and local farmers do not use irrigation. But they would like to develop such technology, especially in order to increase staple crop production (highland rice, maize). But lack of irrigation possibilities is also responsible for the lack of diversification of land use systems with respect to orchards. One possibility to increase staple crop yields is to prolong the vegetation period by use of water harvesting technologies. Aim of this project is to develop such low cost water harvesting technologies (together with subproject B3.1) based on a participatory approach and to model the effect of these on the water balance at the catchments scale. This will be done on the basis of the previous variability studies and should lead to model tools, which allow to evaluate ex ante SFB innovation effects on the water balance. The project area is the Bor Krai catchments. Here, weirs will be installed to quantify surface water availability. An investigation plot will be situated near the village of Bor Krai which serves for water balance measurements (TDR/densitometry) and at the same time as demonstration plot for the local community. Here water harvesting by means of filling the soils field capacity at the end of the rainy season by gravity irrigation in order to prolong the vegetation period will be researched. Through cropping of participatory evaluated varieties the crop yield should be increased. The water consumption of traditionally managed and dominant crops (including orchards) will be measured at three further sites in the catchment (TDR, tensiometer). The water balance of the soil cover in the karst catchment will be based on the coupling of a SOTER map with a water transport model. The data base will be completed by soil type mapping, spatially randomised collection of soil physical properties (texture, bulk density, infiltration, water retention curve) and determination of the ku-function at two representative sites. As project results the available water amount for irrigation purposes will be quantified. The effective use of this water reserve will lead to increased productivity of the dominant crops and limitations to orchard productivity will be reduced. (abridged text)

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SPEKTER GmbH durchgeführt. Die Speicherung von Wasser in hoher Qualität und Quantität ist der Schlüssel für ein nachhaltiges Wassermanagement. Das beantragte Forschungsprojekt geht mit der konsequenten Speicherung von Abflussspitzen und wilden Abflüssen in vorhandenen Grundwasserleitern und der verzögerten und langfristigen Bereitstellung des gespeicherten Wassers in Trockenzeiten deutlich über den Hochwasserschutz bei Extremereignissen hinaus und verknüpft Hochwasser- und Dürremanagement. Die Zeitskala hydrologischer Extremereignisse ist markant asymmetrisch: Kurzfristigen Starkregen- und Hochwasserereignissen (Tage) stehen langfristige Trockenperioden (Wochen bis Monate) gegenüber. Die gegensätzlichen Anforderungen einer extrem leistungsfähigen Infiltration bei gleichzeitig stark verzögertem Abfluss erzwingen technische Eingriffe in Infiltration, Konditionierung des Wassers zur Sicherung der Grundwasserqualität und die Regulierung des Abstroms in die Vorflut (Speicherung im engeren Sinne). Ziel ist die technische Umsetzung eines dezentralen Speicherkonzepts in bestehenden Grundwasserleitern, das in der Lage ist, ein oder mehrere Hochwasserspitzen aufzunehmen und mit sehr deutlicher zeitlicher Verzögerung an die Vorflut abzugeben oder für eine höherwertige Nutzung vorzuhalten.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Deggendorf, Technologie Campus Freyung, Institut für angewandte Informatik durchgeführt. Die Speicherung von Wasser in hoher Qualität und Quantität ist der Schlüssel für ein nachhaltiges Wassermanagement. Das beantragte Forschungsprojekt geht mit der konsequenten Speicherung von Abflussspitzen und wilden Abflüssen in vorhandenen Grundwasserleitern und der verzögerten und langfristigen Bereitstellung des gespeicherten Wassers in Trockenzeiten deutlich über den Hochwasserschutz bei Extremereignissen hinaus und verknüpft Hochwasser- und Dürremanagement. Die Zeitskala hydrologischer Extremereignisse ist markant asymmetrisch: Kurzfristigen Starkregen- und Hochwasserereignissen (Tage) stehen langfristige Trockenperioden (Wochen bis Monate) gegenüber. Die gegensätzlichen Anforderungen einer extrem leistungsfähigen Infiltration bei gleichzeitig stark verzögertem Abfluss erzwingen technische Eingriffe in Infiltration, Konditionierung des Wassers zur Sicherung der Grundwasserqualität und die Regulierung des Abstroms in die Vorflut (Speicherung im engeren Sinne). Ziel ist die technische Umsetzung eines dezentralen Speicherkonzepts in bestehenden Grundwasserleitern, das in der Lage ist, ein oder mehrere Hochwasserspitzen aufzunehmen und mit sehr deutlicher zeitlicher Verzögerung an die Vorflut abzugeben oder für eine höherwertige Nutzung vorzuhalten. Das spezifische Teilvorhabenziel der THD 'Monitoring zur langfristigen Sicherstellung der Ökobilanz im Speichereinzugsgebiet' besteht darin ein Monitoring-Konzept für Speicher zu implementieren, welches auf verschiedene Standorte übertragbar ist. Das Konzept Umfasst die Bewertung von Sensordaten, um eine langfristige Sicherstellung der Ökobilanz in diesem Gebiet zu zeigen.

Wasser- und Stoffhaushalt urbaner Gebiete am Beispiel Darmstadts

Das Projekt "Wasser- und Stoffhaushalt urbaner Gebiete am Beispiel Darmstadts" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich 11 Geowissenschaften, Geologisch-Paläontologisches Institut durchgeführt. Die Studie hat die Zielsetzung, weitergehende Kenntnisse darüber zu erhalten, wie sich die physikalischen, chemischen und z.T. auch biologischen Eigenschaften des Grundwassers bei der Unterquerung des urbanen Bereichs von Darmstadt verändern und welche Konsequenzen das für Großwasserwerke im Unterstrom hat. Die Wasser- und Stoffflüsse sollen anhand eines numerischen Modells simuliert bzw. prognostiziert werden.

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