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Gefahrenhinweiskarte Sachsen (Atlas der Hochwassergefährdung in Sachsen)

Die Gefahrenhinweiskarte zeigt Überschwemmungsflächen und Intensitäten (Wassertiefe bzw. spezifischer Abfluss) bei Extremhochwasser für den Elbestrom und die Gewässer I. Ordnung in Sachsen in einem Überblicksmaßstab (1:100.000) mit einem Datenstand von 2004. Als Extremhochwasser (EHQ) wird dabei ein Ereignis, das bedeutend größer als HQ(100) ist, mindestens das höchste beobachtete Ereignis, im Allgemeinen jedoch HQ(300), angesetzt. Die Berechnung der Überschwemmungsflächen erfolgte ohne die Berücksichtigung der Wirkung vorhandener Hochwasserschutzeinrichtungen, wie Talsperren, Deiche oder Polder. Die dargestellten Intensitäten und Ausdehnungen stellen eine Umhüllende aller möglichen Überschwemmungsszenarien dar, d.h., nicht alle dargestellten Flächen sind bei einem einzelnen Ereignis betroffen. Dies gilt auch bei einem Versagen von Schutzeinrichtungen. Darüber hinaus werden die Grenzen der überschwemmten Flächen bei HQ(20) und HQ(100) dargestellt, ebenfalls ohne die Berücksichtigung der Wirkung von Hochwasserschutzeinrichtungen. Aufgrund der verschiedenen Überflutungs- und damit Schadensprozesse wurde zwischen flachen Talbereichen (geschiebefrei, meist nicht Lauf verändernde Überflutung) und Steilbereichen (dynamische Überschwemmung mit Geschiebetransport, Erosion und zu erwartender Laufveränderung) unterschieden. Da an den steilen Gewässerabschnitten die Überschwemmungstiefe nur indirekt eine Aussage über die Intensität und damit über die Gefährdung geben kann, wurde zusätzlich die Fließgeschwindigkeit auf den Vorländern ermittelt. Das Produkt aus Überschwemmungstiefe und Fließgeschwindigkeit wird als spezifischer Abfluss (Abfluss pro Meter Gewässerbreite) für EHQ dargestellt.

EasyGSH-DB: Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit (TDKV)

Motivation: Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte der Strömung tragen wie schon die Tidekennwerte des Wasserstandes dazu bei, ausgewählte Aspekte der Gezeitendynamik getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten. So ermöglicht insbesondere die für den Flutstrom und den Ebbestrom getrennt durchgeführte Berechnung der Tidekennwerte der Strömung einen Einblick in die Ungleichheit oder Asymmetrie der Tidephasen. Diese Ungleichheit kann sich z.B. in unterschiedlich langen Flut- und Ebbestromdauern äußern. Auch können die maximal erreichten Flut- und Ebbestromgeschwindigkeiten infolge der verschieden langen Tidephasen oder als Ergebnis des unterschiedlich raschen Steigens oder Fallens des Wasserspiegels (daraus resultieren verschiedene Beschleunigungen) mehr oder weniger stark von einander abweichen. Differenzen der max. Strömungsgeschwindigkeiten können eine der wesentlichen Ursachen für residuellen ebbe- oder flutorientierten Sedimenttransport sein. Eine genaue Beschreibung der Analysemodi befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/Tidekennwerte_der_Strömung). Metadaten: Dieser Metadatensatz gilt als Elterndatensatz für die spezifizierten Metdatensätze: - EasyGSH-DB_TDKV: Quantile der maximalen Strömungsgeschwindigkeit (Flut|Ebbe) (1996-2015) - EasyGSH-DB_TDKV: mittlere Stömungsgeschwindigkeit (Flut|Ebbe) (1996-2015) - EasyGSH-DB_TDKV: Verhältnis von mittlere (Flut|Ebbe) -stromgeschwindigkeit zu mittlere Tidestromgeschwindigkeit (1996-2015) Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003 English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.

Native plants and mycorrhizal fungi in wind erosion control in the Kailash-Manasarovar region (Tibet, China)

We study the effects of plants and root-associated fungi on wind erosion within the alpine environment of Tibet. China is one of the countries most affected by desertification processes and Tibet, in particular, a key region in desertification combat. The presented project focuses on the Barkha Plain surrounded by Mount Kailash and the Lake of Manasarovar (Ngari Prefecture). This Western Tibet region experienced little scientific attention but, nowadays, faces rapidly increasing touristic activities and expanding local settlements associated with socio-economic changes that are serious threats to the delicate ecological balance and potential triggers of desertification. It exists almost unanimous agreement that revegetation is the most efficient and promising strategy to combat wind erosion and desertification in the long term. However, re-colonising success is often poor, mainly under extreme environmental conditions. Compared to conventional practices, the approach of the presented project attains better accordance with natural succession processes and promises acceleration of both plant and soil development and, conclusively, more efficient desertification control. The project assesses the potential of native plants and symbiotic fungi to control wind erosion and desertification processes. It aims to identify key plants and fungi that increase soil aggregate stability and efficiently drive succession into a natural and self-maintaining cycle of the ecosystem. Furthermore, it provides crucial information for implementing environmentally compatible and cost-effective measures to protect high-elevation ecosystems against desertification. Within three successional stages (early, intermediate, late), field investigations are performed on the basis of Modified-Whittaker plots. Classic methods of vegetation analysis and myco-sociology are combined with analysis of distribution patterns at different scales (patchiness, connectivity). Comprehensive soil analysis is performed comprising grain size distribution, aggregate stability, pH as well as water and nutrient contents. Additionally, important parameters of wind erosion are measured concurrently and continuously to assess their magnitude and variability with respect to vegetation and soil at different levels of development. The parameters addressed, include sediment transport, air temperature, radiation, precipitation, relative humidity as well as speed and direction of wind. Surface moisture is recorded periodically and roughness described. Species and environmental parameters are checked for spatial correlation. Cutting edge technologies are applied in laboratory work, comprising molecular methods for fungal species identification and micro-tomography to analyse soil structure. Furthermore, successfully cultivated fungi and plants are subject of synthesis experiments and industrial propagation in view of practical implementation in restoration measures.

Entwicklung eines Guetekonzepts zur Beurteilung von Modellansaetzen in der Hydromechanik und Wasserwirtschaft

Nach wie vor koennen viele hydraulische Probleme nur ungenau geloest werden. Am Beispiel des Feststofftransports in Fliessgewaessern wird gezeigt, dass die zahlreichen an diesem Prozess beteiligten Einflussgroessen nur mehr oder weniger genau definiert werden koenen. Eigentlich muessten diese Werte durch Mehrfachmessungen statistisch erfasst und durch die entsprechende Verteilung wiedergegeben werden. Diese Einzeleinfluesse ungenauer Parameter koennen in einem Software-Tool, welches urspruenglich aus dem Bereich des konstruktiven Ingenieurbaus kommt, auf ihre gleichzeitigen Auswirkungen auf das gesuchte Endergebnis berechnet werden. Das Resultat wird als Erwartungswert mit seiner Standardabweichung erhalten. Damit koennen diejenigen Einflussgroessen, welche das Ergebnis signifikant beeinflussen und deshalb auch besonders sorgsam gemessen werden, identifiziert werden. Naechstes Ziel ist die sehr aufwendige Erweiterung dieses Konzeptes fuer instationaere Prozesse durch loesende entsprechende Differentialgleichung. Dies ist z.B. fuer Langzeitsimulationen von Erosionen oder Auflandung in Fliessgewaessern erforderlich.

Untersuchung der Hoehenveraenderung der Flusssohle schiffbarer Gewaesser

Langfristige und grossraeumige Ermittlung der Hoehenveraenderung der schiffbaren Gewaesser durch Erosion und Sedimentation im Zusammenhang mit den Ermittlungen des Feststofftransportes (Geschiebe- und Schwebstofftransport), den Baumassnahmen, den Bagger- und Verklappungsmassen usw.

Numerische Simulation langperiodischer Schiffswellen im Uferbereich

Im FuE-Projekt NumSiSSI ist ein numerisches Modellverfahren für die Vorhersage von langperiodischen schiffsinduzierten Belastungen entwickelt und validiert worden. Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen hat das Ziel die Prognosefähigkeit des bisherigen Modells für Fragen der Belastungseinwirkung sowie des Sedimenttransportpotentials im Uferbereich zu quantifizieren und weiterzuentwickeln. Aufgabenstellung und Ziel Schiffswellen stellen in weiten Teilen der Ästuare die maßgebende Belastung auf natürliche und bauwerksgesicherte Uferbereiche dar. Schadensfälle an Leitwerken und Buhnen sowie Deckwerken an den Seeschifffahrtsstraßen (SeeSchStr) aufgrund schifferzeugter Belastungen wurden in den letzten 15 bis 20 Jahren verstärkt in den SeeSchStr Außenweser und Unterelbe festgestellt. Vorangegangene Untersuchungen haben ergeben, dass insbesondere langperiodische Schiffsprimärwellen hohe hydraulische Belastungen auf Buhnen und Leitdämme hervorrufen können. Zahlreiche weitere Effekte schiffsgenerierter langperiodischer Wellen, z. B. auf Sedimenttransport und Morphodynamik oder Ökologie, werden in Dempwolff et al. (2022) dokumentiert. Um der Zunahme an Beratungsanfragen hinsichtlich der Auswirkung schiffs-induzierter Belastungen im Uferbereich Rechnung zu tragen, wurde im Projekt NumSiSSI (B3955.01.04.70380) das numerische Modellverfahren REEF3D für die Bearbeitung solcher Fragestellungen weiterentwickelt. In diesem Nachfolgeprojekt sollen mit dem ertüchtigten Modell weitergehende Untersuchungen hinsichtlich der vielfältigen und komplexen Wellenumformungsprozesse in flachen Uferbereichen mit dem Ziel durchgeführt werden, das Modellverfahren für Fragestellungen der schiffsinduzierten Belastungen auf Ufer, Uferbauwerke (technisch bis technisch-biologisch) und ihre Auswirkungen (z. B. Sedimentmobilisierung) zu erproben und zu validieren. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Schiffsinduzierte Belastungen spielen bereits heute an den deutschen SeeSchStr eine maßgebende Rolle bei der Auslegung von Uferbauwerken und Ufersicherungen - selbst an diesen Ingenieursbauwerken sind schiffsinduzierte Schäden nicht selten. An naturbelassenen Ufern, technisch-biologisch gesicherten Ufern oder indirekt geschützten Ufern (Vorlagerdamm, Leitdamm, Lahnungen, Buhnen etc.) können schiffsinduzierte Belastungen zu Erosionserscheinungen führen. Es werden geeignete Werkzeuge zur Berechnung der Uferinteraktion benötigt, um die Möglichkeiten eines Rückbaus harter Ufersicherungen abzusichern oder für erosionsgefährdete Uferbereiche passende naturnahe Lösungen planen zu können. Auch hinsichtlich der öffentlichen Diskussion zur Einwirkung von schiffsinduzierten Belastungen auf Ufer, Umwelt und Ökologie werden Methoden benötigt, die Auskunft über die Auswirkungen von Schiffswellen im Uferbereich geben können. Es wird erwartet, dass im Rahmen der Unterhaltung der Wasserstraßen sowie im Rahmen des wasserwirtschaftlichen Ausbaus unter der Maßgabe der Verbesserung des Gewässerzustands bzw. -potenzials solche Fragestellungen in Zukunft noch weiter an Bedeutung gewinnen werden. Untersuchungsmethoden Bei diesem FuE-Projekt finden hauptsächlich numerische Methoden Anwendung. Die angesprochenen Untersuchungen sind mittels dem Modellverfahren aus dem Vorgängerprojekt „NumSiSSI“ durchzuführen.

EasyGSH-DB: Tidekennwerte der Bodenschubspannung (TDKB)

Motivation: Berechnung und graphische Darstellung verschiedener Tidekennwerte der effektiven Bodenschubspannung tragen, wie schon die Tidekennwerte des Wasserstandes und die Tidekennwerte der Strömung dazu bei, ausgewählte Aspekte der Gezeitendynamik getrennt für den Ebbe- und Flutstrom sowie für die gesamte Tide in Küstengewässern und Ästuarien herauszuarbeiten. So ermöglicht insbesondere die für den Flutstrom und den Ebbestrom getrennt durchgeführte Berechnung residuellen Bodenschubspannung einen Einblick in die Ungleichheit oder Asymmetrie der Tidephasen. Asymmetrien können eine der wesentlichen Ursachen für residuellen ebbe- oder flutorientierten Sedimenttransport sein. Eine genaue Beschreibung der Analysemodi befindet sich im BAWiki (http://wiki.baw.de/de/index.php/Tidekennwerte_der_Wirkung_der_effektiven_Bodenschubspannung). Metadaten: Dieser Metadatensatz gilt als Elterndatensatz für die spezifizierten Metdatensätze: - EasyGSH-DB_TDKB: Quantile der maximalen effektiven Bodenschubspannung (Flut|Ebbe) (1996-2015) - EasyGSH-DB_TDKB: x- und y-mittlere effektive Bodenschubspannung (Flut|Ebbe) (1996-2015) Literatur: - Hagen, R., et.al., (2019), Validierungsdokument - EasyGSH-DB - Teil: UnTRIM-SediMorph-Unk, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_1 - Freund, J., et.al., (2020), Flächenhafte Analysen numerischer Simulationen aus EasyGSH-DB, doi: https://doi.org/10.18451/k2_easygsh_fans_2 - Hagen, R., Plüß, A., Ihde, R., Freund, J., Dreier, N., Nehlsen, E., Schrage, N., Fröhle, P., Kösters, F. (2021): An integrated marine data collection for the German Bight – Part 2: Tides, salinity, and waves (1996–2015). Earth System Science Data. https://doi.org/10.5194/essd-13-2573-2021 Für die einzelnen Jahre liegen Jahreskennblätter als Kurzfassung der Jahresvalidierung auf der EasyGSH-DB (www.easygsh-db.org) zur Verfügung. Zitat für diesen Datensatz (Daten DOI): Hagen, R., Plüß, A., Freund, J., Ihde, R., Kösters, F., Schrage, N., Dreier, N., Nehlsen, E., Fröhle, P. (2020): EasyGSH-DB: Themengebiet - Hydrodynamik. Bundesanstalt für Wasserbau. https://doi.org/10.48437/02.2020.K2.7000.0003 English Download: The data for download can be found under References ("Weitere Verweise"), where the data can be downloaded directly or via the web page redirection to the EasyGSH-DB portal.

Gefahrenhinweiskarte Sachsen (Atlas der Hochwassergefährdung in Sachsen)

Die Gefahrenhinweiskarte zeigt Überschwemmungsflächen und Intensitäten (Wassertiefe bzw. spezifischer Abfluss) bei Extremhochwasser für den Elbestrom und die Gewässer I. Ordnung in Sachsen in einem Überblicksmaßstab (1:100.000) mit einem Datenstand von 2004. Als Extremhochwasser (EHQ) wird dabei ein Ereignis, das bedeutend größer als HQ(100) ist, mindestens das höchste beobachtete Ereignis, im Allgemeinen jedoch HQ(300), angesetzt. Die Berechnung der Überschwemmungsflächen erfolgte ohne die Berücksichtigung der Wirkung vorhandener Hochwasserschutzeinrichtungen, wie Talsperren, Deiche oder Polder. Die dargestellten Intensitäten und Ausdehnungen stellen eine Umhüllende aller möglichen Überschwemmungsszenarien dar, d.h., nicht alle dargestellten Flächen sind bei einem einzelnen Ereignis betroffen. Dies gilt auch bei einem Versagen von Schutzeinrichtungen. Darüber hinaus werden die Grenzen der überschwemmten Flächen bei HQ(20) und HQ(100) dargestellt, ebenfalls ohne die Berücksichtigung der Wirkung von Hochwasserschutzeinrichtungen. Aufgrund der verschiedenen Überflutungs- und damit Schadensprozesse wurde zwischen flachen Talbereichen (geschiebefrei, meist nicht Lauf verändernde Überflutung) und Steilbereichen (dynamische Überschwemmung mit Geschiebetransport, Erosion und zu erwartender Laufveränderung) unterschieden. Da an den steilen Gewässerabschnitten die Überschwemmungstiefe nur indirekt eine Aussage über die Intensität und damit über die Gefährdung geben kann, wurde zusätzlich die Fließgeschwindigkeit auf den Vorländern ermittelt. Das Produkt aus Überschwemmungstiefe und Fließgeschwindigkeit wird als spezifischer Abfluss (Abfluss pro Meter Gewässerbreite) für EHQ dargestellt.

Gegenständliches Modell

Das großmaßstäbliches gegenständliches Modell dient den Untersuchungen des Geschiebe- und Schwebstofftransportes und der räumlichen Analyse der Hydraulik im direkten Nahbereich des Mündungstrichters. räumliche Ausdehnung: El-km 571,5 - 574,8 (ca. 3300 m) und den Mündungstrichter bei El-km 573,0 des Elbe-Seitenkanals (ca. 350 m) Maßstäbe: Längenmaßstab: 1:60 Höhenmaßstab: 1:30

Untersuchung des Feststofftransportes und der Hoehenveraenderung der Flusssohle schiffbarer Gewaesser

Zweck und Ziel: Langfristige und grossraeumige Ermittlung der Hoehenveraenderungen der schiffbaren Gewaesser durch Erosion und Ablagerung im Zusammenhang mit den Ermittlungen des Feststofftransportes (Geschiebe- und Schwebstofftransport), den Baumassnahmen, den Bagger- und Verklappungsmassen usw. Ausfuehrung: Im Berichtszeitraum wurden die Schwebstoffdauermessungen an rund 60 Messstellen in den Bundeswasserstrassen fortgefuehrt. Der wesentliche Schwerpunkt der Arbeiten lag in der Untersuchung der Zusammensetzung der Sedimente aus Baggerbereichen verschiedener Bundeswasserstrassen in Zusammenarbeit mit den Fachgruppen Chemie und Biologie. Die Untersuchungen befassten sich mit der Frage, ob und welchen Einfluss die Umlagerung von Baggergut innerhalb der Bundeswasserstrassen auf die Schwebstoffverhaeltnisse ausuebt und ob der guetemaessige Zustand der Wasserstrasse beeinflusst wird. Ergebnisse: Siehe Teil II (Taetigkeitsbericht) abschnitt 3.2.1.

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