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Etude des affluents du leman et de son emissaire (FRA)

L'etude des quatre affluents principaux du leman (rhone, dranse, venoge, aubonne) et de son emissaire, doit permettre de connaitre l'importance des apports polluants et autres qui arrivent au lac. Par ailleurs, l'etude de l'emissaire permet d'etablir des bilans entree-sortie et, connaissant les variations des stocks du lac, de faire une modelisation, notamment du cycle du phosphore. Sauf a l'emissaire, les prelevements sont effectues en fonction du debit. (FRA)

Palaeo-Evo-Devo of Malacostraca - a key to the evolutionary history of 'higher' crustaceans

In my project I aim at a better understanding of the evolution of malacostracan crustaceans, which includes very different groups such as mantis shrimps, krill and lobsters. Previous studies on Malacostraca, on extant as well as on fossil representatives, focussed on adult morphology.In contrast to such approaches, I will apply a Palaeo-Evo-Devo approach to shed new light on the evolution of Malacostraca. Palaeo-Evo-Devo uses data of different developmental stages of fossil malacostracan crustaceans, such as larval and juvenile stages. With this approach I aim at bridging morphological gaps between the different diverse lineages of modern malacostracans by providing new insights into the character evolution in these lineages.An extensive number of larval and juvenile malacostracans is present in the fossil record, but which have only scarcely been studied. The backbone of this project will be on malacostracans from the Solnhofen Lithographic Limestones (ca. 150 million years old), which are especially well preserved and exhibit minute details. During previous studies, I developed new documentation methods for tiny fossils from these deposits, e.g., fluorescence composite microscopy, and also discovered the first fossil mantis shrimp larvae. For malcostracan groups that do not occur in Solnhofen, I will investigate fossils from other lagerstätten, e.g., Mazon Creek and Bear Gulch (USA), or Montceaules- Mines and La-Voulte-sur-Rhône (France). The main groups in focus are mantis shrimps and certain other shrimps (e.g., mysids, caridoids), as well as the bottom-living ten-footed crustaceans (reptantians). Examples for studied structures are leg details, including the feeding apparatus, but also eyes. The results will contribute to the reconstruction of 3D computer models.The data collected in this project will be used for evaluating the relationships within Malacostraca, but mainly for providing plausible evolutionary scenarios, how the modern malacostracan diversity evolved. With the Palaeo-Evo-Devo approach, I am also able to detect shifts in developmental timing, called heterochrony, which is interpreted as one of the major driving forces of evolution. Finally, the reconstructed evolutionary patterns can be compared between the different lineages for convergencies. These comparisons might help to explain the convergent adaptation to similar ecological niches in different malacostracan groups, e.g., life in the deep sea, life on the sea bottom, evolution of metamorphosis or of predatory larvae.As the project requires the investigation of a large number of specimens in different groups, I will assign distinct sub-projects to three doctoral researchers. The results of this project will not only be published in peer-reviewed journals, but will also be presented to the non-scientific public, e.g., during fossil fairs or museum exhibitions with 3D models engraved in glass blocks.

Analyse des metaux traces dans les eaux naturelles (FRA)

Ce projet concerne le developement de methodes analytiques de preconcentration et de separation pour la determination des metaux en tres faibles concentrations dans les eaux naturelles, en particulier par fluorescence x. Les techniques HPLC sont egalement appliquees a la separation des complexes inertes et de certains composes organiques. Les methodes d'analyse et de pelevement sont developpees au laboratoire et sur le terrain. Elles sont appliquees a l'analyse de sols, eau de lac (leman) et rivieres (rhone) et eaux intersticielles de sediments (leman). Le projet comprend une recherche bibliographique complete. (FRA)

Wasserbau- & Ökologie F+E Programm 17-21

Das BAFU hat vor fünfzehn Jahren das interdisziplinäre Forschungsprogramm 'Wasserbau und Ökologie' lanciert. Am Programm beteiligen sich Ökologen und Flussbauingenieure von vier Institutionen des ETH-Bereichs (Eawag, LCH-EPFL, VAW-ETHZ, WSL) sowie weitere Partner aus Praxis und Wissenschaft. Das Programm ist in mehrjährige Forschungsprogramme organisiert. Seit 2003 wurden drei praxisorientierte, interdisziplinäre Forschungsprogramme durchgeführt und die erarbeiteten Grundlagen auf der Website publiziert (www.rivermanagement.ch): 'Rhône-Thur' (2003-2007), 'Integrales Flussgebietsmanagement' (2008-2011) sowie 'Geschiebe- und Habitatsdynamik' (2013-2017). In Fortsetzung dieser Programme soll für die Periode 2017 bis 2021 das Folgeprogramm 'Lebensraum Gewässer - Sedimentdynamik und Vernetzung' umgesetzt werden. Die zentralen Forschungsthemen lauten: - Feststofftransporte (und Wasserführung): Bedeutung hinsichtlich Sicherheit und Ökologie, vor allem in mittelgrossen Gewässern. - Gewässerraum als Lebensraum: Optimale Gestaltung, Nutzung und Unterhalt - des Gewässerraums hinsichtlich Sicherheit und Ökologie. Das Thema Sedimente und Sedimentdynamik mit seinen aktuellen und dringenden Fragestellungen wird vertieft und ausgeweitet - immer sowohl hinsichtlich wasserbaulicher als auch ökologischer Aspekte. Dabei steht der Einbezug der Vernetzung im Vordergrund. Projektziele: Ziel des Programms ist es, wissenschaftliche Grundlagen zur Beantwortung aktueller Praxisfragen zu erarbeiten und umsetzungsgerecht aufzubereiten. Das Programm verfolgt drei übergeordnete Zielsetzungen: - Erarbeitung wissenschaftlicher Grundlagen für die Bewältigung aktueller Herausforderungen im Umgang mit Fliessgewässern. - Aufbereitung der wissenschaftlichen Grundlagen im Hinblick auf die Umsetzung in der Praxis. - Stärkung der praxisorientierten Forschung im ETH-Bereich und Förderung des Dialogs Wissenschaft - Praxis, Sicherung des praxisbezogenen Wissens an den Institutionen. Mit dem Programm 'Lebensraum Gewässer - Sedimentdynamik und Vernetzung' soll auf dem erarbeiteten und bestehenden Wissen der drei Vorgängerprogramme aufgebaut werden. Es ist das Ziel, dieses Wissen weiter zu vertiefen und auszubauen. Es werden wiederum konkrete Fragen und Antworten zu Hochwasserschutz- und Revitalisierungsprojekten im Vordergrund stehen. Aus diesem Grund ist der Vorschlag des BAFU, dass für die vierte Programmphase die zentralen Forschungsthemen des bis 2017 laufenden Programms 'Geschiebe- und Habitatsdynamik' wieder aufgenommen und weitergeführt werden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine Kontinuität und eine mögliche Vertiefung bzw. Weiterentwicklung bei den Forschungsschwerpunkten.

Are mountainous watersheds vulnerable to climatic change?

From Understanding to Predicting the Vulnerability of High Altitude Watersheds due to Hydro-Climatic Change Using Physically Based Hydrological Models. Abstract Mountainous watersheds are critical sources for downstream processes like hydroelectric power production, ecological functioning and ecosystems overall. High altitude watersheds are very sensitive to climatic change. The hydrological systems of mountains are quite complex because of irregular topography and complex hydrological processes like orographic precipitation lapse rates of precipitation, temperature, etc. Therefore, mathematical models are used to understand such physical processes as stream flow generation, snow and glacier melt. In this research project, mathematical models will be developed using open source semi-distributed hydrological software called the Soil and Water Assessment Tool (SWAT). The main study area - the 'Rhone River Watershed- will be examined and newly developed theories will be applied to other watersheds for validation (e.g. Mendoza-Brahmaputra). The current version of SWAT uses temperature index approach for snow and glacier melt where it is assumed that melt rate is linear function of daily average temperature, which is not often the case because other meteorological variables like solar radiation, wind speed, relative humidity, inter balance each other in the melting process. Therefore there is a research need to implement the other variables with process based equations. This new and innovative approach will add details of snow and glacier melt processes and their contribution to stream flow. The aims of this project are to better understand the contribution of snow and glacier melt to stream flow and to assess their sensitivity to climate change and its consequences on water resources. I will attempt to calculate the past and present changes of glacier melt. Regional climate models based on meteorological variables like precipitation, temperature and solar radiation will be used for future forecasting. Vulnerability associated with hydro-climatic change will be studied as an example flow regime change. Moreover, distributed hydrological models need faster and efficient computation for detail information of the watershed. Therefore, High Performance Computing (HPC) facility from Stanford University will be used to extract detail information on snow and glacier melt process for long term simulation. The expected outcome on flow generation process for current and future condition will make it easier to understand the ongoing processes that will help providing recommendations for adaptation strategies.

Etude et modelisation des echanges d'air et de polluants atmospheriques sur la transversale alpine de la vallee du Rhone (projet partiel POLLUMET) (FRA)

Dans le cadre du projet POLLUMET (etude de la pollution et de la meteorologie au niveau national), cette etude a pour objectif de documenter les echanges d'air et de polluants atmospheriques entre le Moyen-Pays et les Alpes le long d'une grande transversale alpine (Rhone). Des mesures meteorologiques et de pollution de l'air sont actuellement en cours le long de la vallee en collaboration avec les Services de la protection de l'environnement et de l'air des cantons du Valais et de Vaud. Sur la base des experiences acquises par les projets precedents, des modelisations des ecoulements, du transport et de la diffusion de certains polluants seront experimentees. Elles doivent nous permettre de determiner avec plus de precision l'evolution des courants et des immissions le long de la vallee et dans la dimension verticale. Cette recherche contribue directement a la connaissance d'un aspect de la pollution de l'air en milieu accidente. (FRA)

How does the future climate affects water quality in lake geneva? from understanding to predicting phytoplankton and nutrients trough an integrative modeling approach

Lakes can be considered as sentinels and thus indicators and integrators of environmental pressures such as climate change. To maintain lakes in a healthy ecological state is nowadays a major task for water management authorities, and will be increasingly so under climate change which is believed to negatively affect lake ecosystem functioning. Phytoplankton plays a key role in lake dynamics as it is at the base of the food web, and changes in its community have potential to affect the entire lake ecosystem. In addition, Cyanobacteria, the only freshwater phytoplankton group that is able to produce cyanotoxins, are capable of inflicting considerable harm to lake ecosystems and to human health through contamination of drinking water supply and toxin accumulation in fishes. Phytoplankton is thus a common indicator to assess the ecological status of lakes. Without understanding the complex mechanisms and processes that underlay a lake ecosystem in a changing climate, planning for future lake management and adaptation will be compromised. Numerical deterministic modelling is today the most appropriate approach to address these global and complex mechanistic features of lake ecosystems. Modeling studies play a key role in exploring the processes responsible for changes since they can be used to test the sensitivity of lakes to both observed and projected changes in climate. The aim of this project is to apply an ecological model to Lake Geneva, which has not been undertaken yet. Lake Geneva, a deep sub-Alpine lake, is the largest lake in central Europe and an essential source of drinking water, having not only a high ecological value, but also economic and social values. Due to its considerable environmental importance, it is crucial to assess, through numerical modeling techniques applied, how the Lakes water quality may be impaired; especially in view of the fact the observed rate of warming since 1900 is more than double that of the observed global average. Moreover, the hydrodynamic characteristics of Lake Geneva, the watershed of its most important inflow river Rhône, as well as the regional climate, have already been modeled. In coupling these models together, we will close the essential gaps, through which we will be able to understand the links between climate, watersheds, and lakes and provide a whole, integrated ecosystem perspective. This integrative model will provide an accurate predictive management tool to help take decisions and response strategies in a timely manner. It is generally recognized that future climate change will have an important impact on Lake Geneva, with a likely deterioration of its water quality. This will be manifested by high phosphorus concentrations, by phytoplankton biomass increase, by a change in phytoplankton composition, by an asynchronous phenology and by an emergence of potentially toxic Cyanobacteria.(...)

H2020-EU.3.3. - Societal Challenges - Secure, clean and efficient energy - (H2020-EU.3.3. - Gesellschaftliche Herausforderungen - Sichere, saubere und effiziente Energieversorgung), Advanced policies and market support measures for mobilizing solar district heating investments in European target regions and countries (SDHp2m)

SDHp2m stands for Solar District Heating (SDH) and actions from Policy to Market. The project addresses market uptake challenges for a wider use of district heating and cooling systems (DHC) with high shares of RES, specifically the action focuses on the use of large-scale solar thermal plants combined with other RES in DHC systems. The key approach of the project is to develop, improve and implement in 9 participating EU regions advanced policies and support measures for SDH. In 3 focus regions Thuringia (DE), Styria (AT) and Rhone-Alpes (FR) the regulating regional authorities are participating as project partners to ensure a strong implementation capacity within the project. In 6 follower regions from BG, DE, IT, PL, SE the regulating authorities are engaged through letters of commitment. The project activities aim at a direct mobilization of investments in SDH and hence a significant market rollout. The project work program in the participating regions follows a process including 1) strategy and action planning based on a survey, best practices and stakeholder consultation 2) an implementation phase starting at an early project stage and 3) efficient dissemination of the project results at national and international level. Adressed market uptake challenges are: Improved RES DHC policy, better access to plant financing and business models, sustained public acceptance and bridging the gap between policy and market through market support and capacity building. Denmark and Sweden reached already today a high share of RES in DHC and shall be used as a role model for this project. The direct expected outcome and impact of SDHp2m is estimated to an installed or planned new RES DHC capacity and new SDH capacity directly triggered by the project until project end corresponding to a total investment of 350 Mio. € and leading to 1 420 GWh RES heat and cold production per year. A multiple effect is expected in the period after the project and in further EU regions.

Auswirkungen extremer Trockenheit auf die Wachstums- und Überlebensstrategie von Waldföhre und Flaumeiche im Wallis

Im Walliser Rhonetal verändern sich die Waldföhrenwälder der unteren Höhenlagen. Während Waldföhren (Pinus sylvestris L.) eine hohe Mortalitätsrate zeigen, breiten sich Laubbäume besonders die Flaumeiche (Quercus pubescens Willd.) zunehmend aus. Wir denken dass Landnutzungsänderungen sowie der direkte und indirekte Einfluss der Klimaerwärmung Schlüsselfaktoren für diese Landschaftsveränderung sind. In dieser Studie untersuchen wir den Einfluss von Trockenstress auf das Wachstum von Föhren und Eichen um ihr Potential abzuschätzen in einem zu erwartenden trockenen und heisseren Klima überleben zu können. Ziele: In dieser Studie wollen wir herausfinden wie Trockenstress das Wachstum und das Überlebenspotential von Föhren und Eichen beeinflusst. Dafür vergleichen wir Föhren und Eichen die an Bewässerungskanälen oder in einem künstlichen Bewässerungsexperiment wachsen, mit Bäumen von Trockenstandorten. Der Vergleich von bewässerten und unbewässerten Bäumen erlaubt a) den Einfluss von Trockenstress auf das Wachstum von Föhren und Eichen zu analysieren und b) Rückschlüsse zu ziehen auf Unterschiede in der Wachstumsstrategie und damit auf das Potential der beiden Arten unter trockeneren Bedingungen zu überleben. Methoden: Das Baumwachstum wird auf dendrochronologischer und holzanatomischer Ebene untersucht. Da für das Überleben auf Trockenstandorten die Aufrechterhaltung eines effektiven Wasserleitungssystems entscheidend ist, konzentrieren wir uns in dieser Studie vor allem auf die holzanatomische Analyse der wasserleitenden Zellen, wie Tracheiden oder Gefässe. In einem ersten Versuchsteil analysieren wir die Grösse der wasserleitenden Zellen auf jährlicher Ebene. Als Resultat erhalten wir die mittlere Grösse der wasserleitenden Zellen pro Jahr getrennt nach Früh- und Spätholz. Diese Mittelwerte werden korreliert mit monatlichen oder wöchentlichen Klimadaten. In einem zweiten Versuchsteil untersuchen wir das intra-anuelle Wachstum von Föhren und Eichen mit Hilfe der Pinning Methode. Pinning ist die Markierung des Kambiums durch eine Verletzung. Das bedeutet wir stechen eine kleine Nadel durch die Rinde in die Zellteilungszone, das Kambium. Als Reaktion auf die Verletzung bildet das Kambialgewebe ein typisches Wundgewebe aus. Das Wundgewebe zeigt uns die Position des Kambiums zum Zeitpunkt der Verletzung an, und wir können somit retrospektiv das Zellwachstum datieren. Dadurch können wir die Klima-Wachstumsbeziehung des Zellwachstums zeitlich hoch aufgelöst analysieren. Zusätzlich werden die Resultate des Pinningexperiments verwendet um die intra-annuelle Zusammensetzung stabiler Isotope (d18O, d13C) zu untersuchen, um mehr über den Einfluss von Trockenstress auf baumphysiologische Prozesse zu erfahren.

Studie zu Machbarkeit und Kosten der Schwallreduktion in der Schweiz

25% der Wasserkraftwerke in der Schweiz erzeugen starke Abflussschwankungen (Schwall/ Sunk), welche sich negativ auf Flora und Fauna des Gewässers auswirken. Zur Verminderung der schädlichen Wirkungen von Schwall und Sunk bestehen heute keine spezifischen Rechtsgrundlagen. Entsprechend werden Massnahmen nur vereinzelt, gestützt auf die allgemeinen Bestimmungen des Bundesgesetzes über die Fischerei angeordnet. Die Reduktion von Schwall und Sunk könnte dazu beitragen, das hohe Ansehen der Wasserkraft in der Öffentlichkeit weiter zu steigern. Im Hinblick auf eine allfällige Ausarbeitung einer spezifischen gesetzlichen Regelung für Schwall und Sunk muss das BAFU die nötigen Entscheidungsgrundlagen bereitstellen; dazu soll die vorgesehene Studie dienen. Projektziele: Die Studie muss folgende Fragestellungen in zwei Teilstudien beantworten: 1. Teilstudie: Allgemeine Fragen: - Welche prinzipiellen Möglichkeiten zur Schwallreduktion gibt es in der Schweiz und welches sind die Vor- und Nachteile? - Bei mehreren Speicherkraftwerken im gleichen Einzugsgebiet: Wie ist die Machbarkeit von übergreifenden betrieblichen Massnahmen wenn nicht jedes Kraftwerk individuell über die momentan turbinierte Wassermenge entscheidet, sondern wenn alle KW des Einzugsgebiets zeitlich-räumlich koordiniert entscheiden müssen; dies mit dem Ziel, möglichst geringen Schwall im Hauptfluss zu erzeugen. - Möglichkeiten und Realisierungschancen von Ausgleichsbecken zur Reduktion von Schwall/Sunk als 'Mehrzweckanlagen' nach Prof. Schleiss (Hochwasserschutz, Erholung, Niederdruckanlagen, usw.)? Für die Flussgebiete Alpenrhein, Linth, Rhone, Doubs: Auf Grund von Angaben zu den jeweils massgebenden ökologischen Parametern durch das Büro Limnex AG / Zürich, sind folgende Fragen zu beantworten: - Welchen Einfluss haben diese ökologischen Zielvorgaben auf die notwendigen Massnahmen? - Sind diese Massnahmen technisch realisierbar? - Wie ist die Grössenordnung der aufzuwendenden Kosten? - Welcher Landbedarf wäre notwendig? - Möglichkeiten von Synergien von Ausgleichsbecken zur Reduktion von Schwall/Sunk mit Pumpspeicherung und Hochwasserschutz? 2. Teilstudie: Je nachdem wie zuverlässig die Antworten für die vier Flussgebiete möglich sind, könnten anschliessend gewisse Hochrechnungen zu den gesamtschweizerischen Kosten von baulichen Massnahmen zur Reduktion von Schwall/Sunk gemacht werden - unter gleichzeitigem Einbezug von möglichem Nutzen im Bereich Pumpspeicherung und Hochwasserschutz. Die Details zur Studie sollten an einer gemeinsamen Besprechung im Dezember 2006 geklärt werden.

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