Flussmündungen sind wichtige Knotenpunkte fluvialer Netzwerke und Hotspots der Biodiversität in Süßwasserökosystemen. Die Strömungsmuster an Flussmündungen sind sehr heterogen und produzieren komplexe Muster innerhalb der Durchmischungsbereiche, die durch intermodales Verhalten gekennzeichnet sind. Die Gesamtdurchmischungsrate, die den Grenzbereich bestimmt, hat erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung potentiell schädlicher Stoffe, Wassertemperatur, Sedimente und Biota. Die vorgeschlagenen Forschungsarbeiten zielen darauf ab, das Wissen zur Durchmischung an Einmündungen zu verbessern, indem sie einen grundlegenden, theoriegestützten Einblick in die Auswirkungen von Strahlbildung, Rückströmung und Fließgewässerregulierung auf das intermodale Verhalten an Grenzzonen und deren Auswirkungen auf die Fischökologie geben. In diesem Projekt werden komplexe Durchmischungszonen flacher, grobsubstratiger Flussabschnitte in einem breiten Gradienten hydrologischer Bedingungen direkt im Feld mittels Fernerkundung und Messtechnik bestimmt. Der Vergleich von Feldbeobachtungen mit der Theorie des intermodalen Verhaltens ermöglicht das Verständnis komplexer Durchmischungs-Dynamiken, welches anhand der Ergebnisse der Feldexperimente und numerischer Simulationen erweitert und validiert wird. Diese Experimente werden auch Informationen zum Schwimmweg von Fischen und deren Verhalten in Durchmischungszonen liefern. Diese Informationen dienen zusammen mit der Theorie der Durchmischungsprozesse der Entwicklung eines agentenbasierten Modells zur Simulation der Überlebensmöglichkeit von Fischen während einer Schadstoffpassage. Die Simulationen werden anhand der Ergebnisse einer Fischuntersuchung in einem regulierten Fluss validiert, dessen Ökosystem kürzlich einem Massenfischsterben ausgesetzt war. Die theoretischen und empirischen Ergebnisse unserer Studie werden zur Weiterentwicklung von Vorhersagemethoden verwendet basierend auf der Fernerkundung der Durchmischung in Flüssen.
Das übergreifende Ziel von TopoPro besteht in der Qualifizierung turbulenzauflösender Vorhersagemethoden auf Basis von LES (Large-Eddy Simulation) zur verbesserten Standortanalyse und -bewertung für komplexe Topografien und der Vorbereitung der Industrialisierung dieser Methoden. Um eine zukünftige breite industrielle Nutzung zu ermöglichen, wird hierbei auf das PALM Modellsystem, einem der weltweit führenden Open Source LES-Codes für die Simulation der atmosphärischen Grenzschicht zurückgegriffen. Durch Einbettung des Anlagen-Simulationswerkzeuges FLOWer wird gegenüber den bisher üblichen sequenziellen Kopplungen eine genauere Berechnung von Anlagenleistung und -belastung im komplexen Gelände ermöglicht. Die Turbulenzeigenschaften im komplexen Gelände werden mit Hilfe einer neuen Drohnen-basierten Schwarmflugtechnik detaillierter als bisher möglich charakterisiert, wobei die Ergebnisse zur strömungsphysikalischen Analyse der atmosphärischen Grenzschicht und zur Validierung der turbulenzauflösenden Simulationen genutzt werden sollen. Der Fortschritt gegenüber dem aktuellen Stand der Technik bei der Standortanalyse soll durch PALM-Analysen kritischer, realer Projekte an komplexen Standorten und bewertender Gegenüberstellung zu Projektergebnissen demonstriert werden. Das Teilvorhaben hat das Ziel das PALM Modellsystem für die industrielle Anwendung vorzubereiten und zu optimieren und damit die Grundlage für eine verbesserten Standortbewertung und Ertragsprognose basierend auf moderner turbulenzauflösender Technik zu schaffen.
Aus modernsten Mikroprozessorbausteinen wurde ein preiswertes, kompaktes Geraet zur Datenerfassung und Datenspeicherung im Freiland entwickelt, das batteriebetrieben unter mitteleuropaeischen Witterungsbedingungen sehr stoerungsarm mit einer bisherigen Ausfallquote von nur 2 Prozent arbeitet. An das Geraet sind maximal 18 Messfuehler anschliessbar. Die Messwerte werden in waehlbaren Abstaenden in einem Speicherbaustein (Eprom) abgelegt, der am Einsatzort des Geraetes leicht auszuwechseln ist. Die Messdaten koennen mit Hilfe eines einfachen Lesegeraetes in jeden Rechner uebertragen werden. Der frei programmierbare Mikroprozessor des Geraetes kann seinerseits bereits im Feld weitere Aufgaben ausfuehren. Im vorliegenden Fall berechnet er aus den gemessenen Daten fuer die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und die Blattbenetzung mit Hilfe von mathematischen Modellen die Entwickung von Schadpilzen in Weizen-, Kartoffel- und Apfelkulturen. So erhaelt der Landwirt ein Warngeraet, das ihm anzeigt, ob eine chemische Bekaempfungsmassnahme gegen den betreffenden Schadpilz erforderlich ist, um wirtschaftlichen Schaden abzuwenden.