Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sinnvolle Konzepte zur Regenwasserbewirtschaftung trennen die Regenabflüsse von gering und stark verschmutzten Flächen. Abflüsse von stärker verschmutzten Flächen bedürfen einer Behandlung, die den örtlichen Anforderungen an den Gewässerschutz entspricht. Die bestmögliche Reinigung und Zwischenspeicherung stärker verschmutzter Niederschlagsabflüsse ist die wesentliche Aufgabe eines Retentionsbodenfilters. Im Forschungsvorhaben sollte ein semizentraler Bodenfilter entwickelt werden, der mit geringem Flächenbedarf eine bestmögliche Reinigung stark verschmutzter Regenabflüsse von Verkehrsflächen leistet. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Nach dem bisherigen Forschungsstand kommt bei der Adsorption von Inhaltsstoffen dem Bodensubstrat in den Bodenfilteranlagen eine entscheidende Rolle zu. Die Auswahl und Entwicklung eines geeigneten Substrates erfolgte in einem dreistufigen Vorgehen. Über einer Literaturrecherche wurden Anforderungen an Bodensubstrate zur Regenwasserreinigung formuliert. Daraufhin wurden in Schüttelversuchen verschiedene Substrate ausgewählt und ihre Adsorptionseigenschaften gegenüber Schwermetallen, PAKs und Mineralölen ermittelt. Ausgehend von diesen Vorversuchen wurden verschiedene Bodenfilteraufbauten entwickelt und in halbtechnischen Lysimetern untersucht. Dazu wurden die Lysimeter in einem einjährigen Messprogramm mit stark verunreinigten Straßenabflüssen belastet. Die Gesamtfrachten an Inhaltsstoffen im Zulauf zu den Lysimetern wurden ermittelt. An Einzelereignissen wurde die Reinigungsleistung der verschiedenen Bodenfilteraufbauten ermittelt. Die Lysimeter wurden mit einer hohen hydraulischen und somit auch stofflichen Belastung beaufschlagt, die über den bisher bei der Bemessung von Bodenfilteranlagen üblichen Belastungen lagen. Aus den Messergebnissen wurden Rückschlüsse für den Einsatz von Bodenfiltern mit hoher hydraulischer Belastung bei beengten Platzverhältnissen gezogen und Empfehlungen für die Bemessung gegeben. Über die Messung der aufgebrachten Feststoffbelastung und der Durchlässigkeit der Lysimeter wurde eine eventuell eintretende Kolmation der Bodensubstrate erfasst. Fazit: Die untersuchten halbtechnischen Bodenfilter (Lysimeter) führten im Untersuchungszeitraum zu einer deutlichen Reduzierung der straßenspezifischen Schmutzstoffe geführt. Aussagen über den Langzeitbetrieb können auch mit einem Stofftransportmodell nicht gemacht werden. Insgesamt führen adsorptionsstarke Substrate zu einem höheren Rückhalt gelöster Inhaltsstoffe (Schwermetalle). Die Empfehlung des ATV-DVWK-Merkblatt 153 zum Einsatz der Bodenfilter zur Straßenentwässerung kann nach den bisherigen Untersuchungen bestätigt werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Belastbarkeit der eingebauten Substrate gegenüber der Chloridbelastung, die bei der Straßenentwässerung als Regelfall anzusehen ist. ...
Die Wasserläufe Spree und Dahme sowie der Britzer Zweigkanal und der Teltowkanal umrahmen das Einzugsgebiet des Wasserwerkes Johannisthal. Im Jahre 1901 wurde das Wasserwerk mit 26 Förderbrunnen und zwei Heberleitungen schrittweise in Betrieb genommen. In den 1970er Jahren förderten mehr als 100 Rohwasserbrunnen. Für das Wasserwerk wurde ein Grundwasservorrat (Q365) von 65.000 m³ pro Tag bilanziert. Diese Wassermenge ist ausreichend, um über 300.000 Einwohner Berlins mit Trinkwasser zu versorgen. Auf Grund des sinkenden Wasserbedarfs verringerte sich die Grundwasserförderung der Wasserwerksgalerien in den Nachwendejahren deutlich. 2001 wurde die Trinkwassergewinnung vorübergehend eingestellt. Der Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Trinkwassergewinnung ist gegenwärtig nicht vorhersehbar, wird jedoch mittel- bis langfristig angestrebt. Bis zum Wasserwerksneubau, einschließlich der technischen Infrastruktur (Brunnen, Leitungen), erfolgt die Grundwasserförderung unter der Zielsetzung der Altlastensanierung und der Gewährleistung eines umweltverträglichen Grundwasserstandes. Dabei werden bis zu 25.000 m³ Grundwasser pro Tag durch derzeit 19 eigenbewirtschaftete Förderbrunnen der Fördergalerien „Neue Königsheide“ (FG NKH) und „Teltowkanal“ (FG TK) sowie sieben Abwehrbrunnen der Abwehrbrunnengalerien „Neue Königsheide Nord“ (NKHN) und „Alte Königsheide Süd“ (AKHS) gefördert und das gereinigte Wasser in die Vorflut abgeleitet (Stand 2023). Gesetzliche Grundlage hierfür ist das Wasserhaushaltsgesetz, das Bundes-Bodenschutzgesetz und die „Grundwassersteuerungsverordnung” des Landes Berlin. Im Einzugsgebiet des Wasserwerks stellen im Wesentlichen die Einträge von Arsen, Cyaniden sowie leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW) aus Altlastengrundstücken sowie Pflanzenschutzmitteln aus dem Uferfiltrat des Teltowkanals eine akute Gefahr für die Rohwassergüte der Förderbrunnen dar. Erstmals wurde 1991 im Reinwasser des Wasserwerks eine erhebliche Verunreinigung mit LCKW festgestellt. Der Schadstofftransfer aus nördlicher Richtung zur FG NKH erfolgt ausgehend von einem Standort ehemaliger Farbenproduktion sowie einem Standort zur Herstellung technischer Gase, dem sog. Teilsanierungsgebiet 4 (TSG 4). Der nördliche Zustrom zur FG NKH wird durch die Barrierewirkung der Abwehrbrunnen der Grundwasserreinigungsanlage 3 (GWRA 3) in der Abwehrbrunnengalerie NKHN verhindert. Die Belastungen erstrecken sich ausgehend von den Quellgrundstücken auf dem Transferpfad zur Abwehrbrunnengalerie NKHN im Hauptgrundwasserleiter über eine Mächtigkeit von bis zu 40 m. Quelle für die Schadstofffahne zum nördlichen Teil der Galerie „Alte Königsheide“ (AKH) sind primär Betriebe der metallverarbeitenden Industrie. Nutzungstypisch gelangten LCKW ins Grundwasser und strömten den Förderbrunnen der GWRA 2 lateral zu. Der östliche Anstrom zum Wasserwerk Johannisthal bzw. Abwehrbrunnengalerie AKHS ist ebenfalls durch das Auftreten chlorierter Lösemittelverbindungen im Grundwasserleiter geprägt. Verantwortlich für die LCKW-Einträge sind drei Hauptemittenten: ein Bahnreparaturwerk, ein ehemaliger Standort des Motoren- und Kühlaggregatebaus sowie ein früherer Standort zur Herstellung medizinischer Geräte. Das östliche Transfer- bzw. Teilsanierungsgebiet 7 (TSG 7) weist das mit Abstand höchste Schadstoffpotential auf. Das in der horizontalen Ausdehnung deutlich größere kontaminierte Transfergebiet weist in Wasserwerksnähe fast ausschließlich die biotischen Abbauprodukte cis-1,2-Dichlorethen und Vinylchlorid (VC) auf. Zur Sicherung des Wasserwerksstandortes in der NKHS wird die GWRA 1 betrieben. Der Teltowkanal ist hydraulisch an den genutzten Aquifer des Wasserwerks angebunden. Im Sediment lagernde Organochlorpestizide und ihre Metabolite wurden sukzessive mit dem Uferfiltrat in Richtung der FG TK transportiert. Zur Unterbindung des Zustroms wird dazu im Südwesten der FG NKH die FG TK mit drei Förderbrunnen bewirtschaftet. Westlich des Wasserwerkes, ca. 300 m südlich des Zusammenflusses von Teltowkanal und Britzer Zweigkanal befindet sich ein LCKW-Schaden (Bodenfilter, BAB 113), der sich jedoch nur mit geringen Konzentrationen an VC dem Transfergebiet des Wasserwerkes mitteilt. Eine weitere hydraulische Sicherungsmaßnahme befindet sich südöstlich des Wasserwerkes auf dem Gebiet des Bezirkes Neukölln, Bereich Kanalstraße/Teltowkanal. Hier werden organische Schadstoffkomponenten der teerverarbeitenden Industrie und LCKW/BTEX-Verbindungen gefasst und in einer Grundwasserreinigungsanlage gereinigt. Seit 1993 werden am Standort seitens der für die Umwelt zuständigen Senatsverwaltung Gefahrenabwehrmaßnahmen durchgeführt mit dem Ziel der Minimierung der Schadstoffpotentiale, die sich im direkten Anstrom auf das Wasserwerk Johannisthal befinden. 1991 stellte die Galerie „Alte Königsheide“ (ca. 30 Förderbrunnen) die Rohwasserförderung zur Trinkwassergewinnung ein. Abwehrbrunnen wurden daraufhin in der AKHS errichtet und fördern seit 1993 das kontaminierte Grundwasser, das in der GWRA 1 über zwei Stripkolonnen gereinigt wird. Die Prozessluft wird über Luftaktivkohlefilter und seit 2006 nach der 1. Füllkörperkolonne aufgrund hoher Gehalte an VC durch eine zusätzliche Stufe gereinigt: zunächst bis 2018 über eine katalytische Oxidation und seit Ende 2018 durch eine UV-Oxidationsanlage. Die Reinigungszielwerte des Wassers konnten stets eingehalten werden. Das Förderregime wurde im Laufe der Jahre mehrfach dem Schadstoffanstrom angepasst. Die maximale Durchsatzleistung der GWRA 1 betrug zu Beginn der Grundwassersanierungsmaßnahme ca. 250 m³/h. Seit dem 4. Quartal 2018 fördern die insgesamt vier Abwehrbrunnen rd. 145 m³/h Grundwasser. Die Quellensanierung und die Grundstückssicherung im östlichen Wasserwerksanstrom erfolgte bzw. erfolgt durch den Betrieb von sechs Grundwasser- und sieben Bodenluftreinigungsanlagen auf den drei Eintragsgrundstücken. Seit Dezember 2008 wird zusätzlich im Transferbereich des Bahnbetriebswerkes in Richtung des Wasserwerkes eine weitere GWRA betrieben. Im Zuge halbjährlicher Grundwassermodellierungen werden dabei durch den Modellierer auch regelmäßig Vorschläge zur Anpassung der Betriebsweise der noch bestehenden GWRA erarbeitet. Da sich die Fahnengeometrie seit Beginn der hydraulischen Maßnahmen verändert hat, wurde nunmehr eine Optimierung der Brunnenstandorte im Transferbereich vorgeschlagen. In 2022 wurden in diesem Zusammenhang weitere fünf Sanierungsbrunnen sowie eine neue GWRA errichtet, welche sich seit Mai 2023 in Betrieb befinden. Dies wird als zielführende Maßnahme zur weiteren Reduzierung der auf das Wasserwerk Johannisthal zuströmenden LCKW-Fracht erachtet. Die Betreiberpflichten obliegen seit 01/2009 der Deutschen Bahn AG als einer der Hauptschadensverursacher mit einem Eigenanteil der Kosten von 95 % für die Gefahrenabwehrmaßnahmen. Seit dem Jahr 2014 finanziert die DB AG zu 100% die Kosten für Maßnahmen der Gefahrenabwehr. Nach erfolgreicher Reinigung des nördlichen Wasserwerksanstroms der Galerie „Alte Königsheide Nord“ im Zeitraum 1995 bis 1999 und der Teildekontamination der Eintragsherde konnte die GWRA 2 im Jahre 2000 zum Schutz der nördlichen FG TK umgesetzt werden. Hierzu wurden zwei neue Abwehrbrunnen errichtet und an die Anlage angeschlossen. Aufgrund der sich reduzierenden Schadstoffsituation reinigte die GWRA 2 bis 2013 noch ca. 80 m3/h Grundwasser und wurde dann im Januar 2014 vollständig außer Betrieb genommen. Der nördliche Abschnitt der FG NKH wird seit 1995 durch die GWRA 3 gesichert. Die GWRA 3 bestand aus Reinigungsstufen zur Reinigung von Cyaniden, LCKW und Arsen und hat einen Durchsatz von max. 200 m³/h. Auf Grund einer veränderten Schadstoffzusammensetzung im Zulauf der GWRA 3 wurde die Verfahrenstechnik der GWRA 3 optimiert und wird seit 2012 nur noch mit einer Reinigungsstufe (drei parallel geschaltete Sandfilter mit Belüftung) betrieben. Derzeit fördern drei Abwehrbrunnen in der NKHN insgesamt rd. 140 m³/h kontaminiertes Grundwasser. Die Abwehrbrunnen müssen dabei aufgrund von Brunnenalterungsprozessen (Verockerung) und sinkenden Ergiebigkeiten in ca. dreijährlichem Turnus regeneriert bzw. in unregelmäßigen Abständen ersetzt werden. Die letzte Neuerrichtung eines Ersatzbrunnens erfolgte in 2022. Zusätzlich zur Fassung der Schadstofffahne in Richtung Wasserwerk Johannisthal erfolgt die Quellensanierung sowie Grundstückssicherung im nördlichen Wasserwerksanstrom. Dabei wird das Grundwasser aus zurzeit 21 aktiven Sanierungsbrunnen in einer GWRA gereinigt. In den Jahren 2019-2022 erfolgte eine Optimierung der hydraulischen Sicherung im 1. und 2. Grundwasserleiter. Als Planungsgrundlage für die Gesamtsicherung des Wasserwerkes Johannisthal wurde in den Jahren 1993/94 der Aufbau eines ortdiskreten dreidimensionalen Mengen- / Beschaffenheitssimulationsmodells gemeinsam mit den Berliner Wasserbetrieben beschlossen. Dieses Modell wurde kontinuierlich aktualisiert und die beschriebenen Sicherungsmaßnahmen angepasst. Im Zeitraum von 1994 bis 2002/2004 wurde als unterstützende Maßnahme das gereinigte Grundwasser aus den drei GWRA auf einer Fläche von 25.000 m² in der Königsheide reinfiltriert. Die Reinfiltration war integraler Bestandteil des umfassenden hydraulischen Sicherungskonzeptes des Wasserwerkes. Seit dem Jahr 2010 werden die Sicherungs- und Sanierungsmaßnahmen zusätzlich durch ein Stofftransportmodell kontrolliert und ggf. modifiziert. Die Schadstoffverteilung im Einzugsgebiet wird mittels halbjährlicher Monitoringkampagnen auf Basis eines engmaschigen Messstellennetzes überwacht. In Verbindung mit der Herausnahme des Wasserwerkes aus der Trinkwasserversorgung waren Optimierungen der bestehenden Sicherungsstrategie erforderlich. Diese beinhaltete die Beendigung der Infiltration des Reinwassers der GWRA 1 und 3 in den Versickerungsbecken, um die Fließgeschwindigkeiten im Anstrom weiter zu erhöhen. Zudem wurde die Lage der Abwehrbrunnen im Bereich des nördlichen Anstroms der FG NKH durch neuerrichtete Sicherungsbrunnen optimiert und das Förderregime der Abwehrbrunnen angepasst. Zur weiteren Entlastung der Schadstoffsituation durch LCKW im westlichen Einzugsgebiet des Wasserwerkes wird seit 2010 eine weitere GWRA im Bereich der Bundesautobahn BAB 113 (Bodenfilter) mit einem Durchsatz von ca. 20 m3/h betrieben. Über vier aktiven Entnahmebrunnen und fünf Infiltrationsbrunnen mit kombinierter Einleitung in eine Rigole bzw. in den Teltowkanal wird das hydraulische Sanierungskonzept umgesetzt. Die GWRA im Bereich der Kanalstraße wird seit 2013 zum Schutz des Teltowkanalwassers und des Wasswerks Johannisthal betrieben. Im Sicherungszeitraum 1993 bis 2023 reinigten die Grundwasserreinigungsanlagen am Wasserwerk bisher ca. 140 Mio. m³ kontaminiertes Grundwasser. Dabei konnten ca. 7.200 kg LCKW, 750 kg Cyanide und 372 kg Arsen entfernt werden (Stand 04/2023). Die Weiterführung der Maßnahmen zur Sicherung der Trinkwasserressourcen ist weiterhin notwendig. Das Schadstoffpotential im Sediment des Teltowkanals konnte durch eine Entschlammung in den Jahren 1993 bis 1999 dauerhaft um > 99% reduziert werden. Es wurden etwa 150.000 m³ pestizidhaltiger Schlamm entsorgt. Seitdem dienen gezielte Pestiziduntersuchungen des Teltowkanalwassers und des Uferfiltrates bis hin zu den Förderbrunnen der FG TK einerseits der Erfolgskontrolle der Entschlammung und zur Bewertung des Restpotentials, anderseits der Erarbeitung von Prognosen durch ein Stofftransportmodell zum Schadstoffabbau und Stoffausbreitung im Grundwasserleiter. Auch Forschungsvorhaben mit universitären Einrichtungen zum biotischen Schadstoffabbau dieser Stoffverbindungen wurden durchgeführt. Für die Sicherungsmaßnahmen direkt am Wasserwerk Johannisthal wurden im Zeitraum von 1994 bis 2022 ca. 15,60 Mio. € aufgewendet. Hinzu kamen Kosten in Höhe von 11,2 Mio. € für die Beseitigung kontaminierter Gewässersedimente im Teltowkanal. Pro Jahr werden gegenwärtig für die Sicherungsmaßnahmen am Wasserwerk (u.a. Betrieb der GWRA 3 und Sicherungsbrunnen, Brunnenregenerierungsarbeiten, Ingenieur- und Analytikleistungen) etwa 280.000 € veranschlagt (Stand 2023). Zur Gewährleistung der Gefahrenabwehrmaßnahmen wurden von 2014 bis 2017 jährlich rd. fünf neue Brunnen als Ersatz der Altbrunnen der FG NKH errichtet. Die Errichtung der Ersatzbrunnen war notwendig, da die Ergiebigkeit der Altbrunnen deutlich sank. Für die erfolgreiche Fahnensanierung durch die Grundwasserreinigungsanlagen sowie die Minimierung der Schadstoffpotentiale im direkten Anstrom auf das Wasserwerk Johannisthal ist es notwendig, die Förderbrunnen der FG NKH entsprechend der modellierten Förderraten zu betreiben. Für den Neubau der insgesamt 14 Ersatzbrunnen der FG NKH und eines neuen Abwehrbrunnens im Bereich der GWRA 3 wurden insgesamt ca. 1,1 Mio. € (Brutto) finanziert. Für den Ersatzneubau von zwei weiteren Abwehrbrunnen der GWRA 3 in 2019/2020 sowie 2021/2022 wurden rd. 350.000 € aufgewendet. Die Altbrunnen wurden rückgebaut. Zur Aufrechterhaltung der Förderleistung der FG NKH (vertraglich vereinbarte Soll-Förderung: 20.000 m³/d) sind kurz- bis mittelfristig weitere Maßnahmen (Reaktivierung von Altbrunnen, Regenerierungen und Brunnenersatzbaumaßnahmen) im Bereich der FG NKH notwendig. Die gegenwärtige Funktion des Wasserwerks Johannisthal und seiner Fördergalerien ist die Gewährleistung der Altlastensanierung und damit einhergehend die Einhaltung eines umweltverträglichen Grundwasserstandes. Weiterhin weist das Wasserversorgungskonzept 2040 bzw. der in Bearbeitung befindliche Masterplan Wasser für Berlin und das von den Berliner Wasserbetrieben versorgte Umland das Wasserwerk Johannisthal als Standort der Trinkwasserversorgung aus. Das Wasserversorgungskonzept wurde vom Senat und den Berliner Wasserbetrieben (BWB) im Jahr 2008 einvernehmlich verabschiedet. Der Betrieb und die Laufzeit der Grundwasserreinigungsanlagen am Wasserwerk sind abhängig vom Sanierungs- und Sicherungserfolg auf den Einzelgrundstücken und in den großflächigen Transfergebieten. Perspektivisch ist in Verbindung mit der „wachsenden Stadt“ wie auch durch den starken Bevölkerungszuwachs im nahen Berliner Umland und dem damit einhergehenden steigenden Wasserbedarf die Wiederinbetriebnahme der Trinkwasserproduktion am Standort des Wasserwerks Johannisthal mit einer Fördermenge von 3 – 10 Mio. m³/a vorgesehen.
Wir schlagen vor, den von uns entwickelten Gaschromatographen GhOST-MS (Gas chromatograph for the Observation of tracers - coupled with a mass spectrometer) während der HALO Kampagne WISE einzusetzen um eine breite Palette von Tracern mit unterschiedlichen Lebenszeiten (von fast unendlich wie SF6 bis wenige Wochen, wie CHBr3) in der unteren und untersten Stratosphäre zu messen. Diese Messungen sollen gemeinsam mit den aus den Kampagnen TACTS, SALSA und POLSTRACC vorhandenen Beobachtungen ausgewertet werden. Bei der Auswertung wollen wir uns auf zwei Hauptaspekte konzentrieren. Dies sind die Ableitung von Transit-Zeit Verteilungen (Altersspektren) und die Bestimmung des Halogenbudgets der unteren Stratosphäre, insbesondre des Brombudgets. Die Auswertungen sollen für die verschiedenen Jahreszeiten der Kampagnen und auch im Hinblick auf unterschiedliche meteorologische Situation durchgeführt werden. Zur Ableitung der Altersspektren soll eine neue Methode entwickelt werden, die es erlaubt auch sogenannte bimodale Altersspektren abzuleiten, was eine bessere Beschreibung der Transportzeitverteilung der unteren und untersten Stratosphäre ermöglichen wird. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und den Arbeiten zum CLaMS Modell geplant. Als Grundlage für die Methode zur Ableitung der Altersspektren soll der von Ehhalt et al. (2007) veröffentliche Ansatz verwendet werden. Beim Halogenbudget sollen unsere Messungen vor allem verwendet werden um abzuleiten, wieviel anorganisches Brom und Chlor aus kurzlebigen organischen Quellgasen in der unteren Stratosphäre vorhanden ist und dort zum Ozonabbau beitragen kann. Diese Daten sollen mit quasi-simultanen Messungen anorganischer Halogen-Komponenten der Universität Heidelberg kombiniert werden um insbesondre ein komplettes Brombudget der untersten Stratosphäre aufzustellen.
Mikroplastik (MP, Plastikteile kleiner als 5 mm) werden als neu aufkommende Schadstoffe betrachtet und neuste Studien belegen die potentielle Gefahr von MP für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Forschung hat sich bisher mehrheitlich auf die Untersuchung von MP in der marinen Umgebung konzentriert. Allerdings konnte MP auch vermehrt Süßwasser und -sedimenten weltweit nachgewiesen werden. Als Primärpartikel oder Sekundärprodukte aus dem Abbau von Makroplastik kann MP entweder direkt toxisch wirken oder als Überträger von sorbierten Schadstoffen fungieren. Neuste Studien belegen außerdem, dass MP in die menschliche Nahrungskette eindringen kann. Weiterhin können die dem MP beigefügten endokrinen Disruptoren wie Bisphenol A (BPA) and Nonylphenol (NP) während der Transportprozesse an das Süßwasser abgegeben werden. Dabei können Flussbettsedimente potentielle Hotspots für die Akkumulation von MP und deren Additive darstellen.Das Hauptziel dieses Projektes ist, die Akkumulation und den Transport von MP in Süßwasser und -sedimenten näher zu untersuchen. Dabei soll den folgenden beiden grundsätzlichen Fragen nachgegangen werden:(i) Welche Prozesse kontrollieren Transport und Akkumulation von MP verschiedener Größe, Dichte und Zusammensetzung und wie bilden sich sogenannte Mikroplastik-Hotspots in der hyporheischen Zone?(ii) Wie können Transport und Akkumulation von MP sowie die Freisetzung von Additiven wie BPA und NP unter variablen Umweltbedingungen beschrieben und vorhergesagt werden? Zwei Arbeitspakete (WP) sollen helfen, diese Fragen zu beantworten:WP1 befasst sich mit den Auswirkungen der grundlegenden Eigenschaften von MP wie Größe, Form, Zusammensetzung, Dichte, Auftrieb auf deren Transport und untersucht systematisch, wie verschiedene Arten von MP in der hyporheischen Zone (hier Flussbettsedimente) unter diversen hydrodynamischen und morphologischen Bedingungen akkumulieren. Dafür sollen Versuche in künstlichen Abflusskanälen (artificial flumes) durchgeführt werden. In diesen Versuchen werden repräsentative hydrodynamische und morphologische Bedingungen geschaffen, um eine Spannbreite an primären und sekundären MP zu testen, ihr Transportverhalten zu beschrieben und die Freisetzung von Additiven näher zu untersuchen. MP wird mit verschiedensten Methoden charakterisiert, z.B. mit single particle ICP-MS zur Bestimmung der Größe oder FT-IR zur Bestimmung des vorherrschenden Polymers. Während der Flume-Experimente werden die Eigenschaften der Sedimente, des Porenwassers und der Biofilme, sowie die Konzentration an BPA und NP gemessen und später analysiert, um die Reaktivität der Akkumulationshotspots zu bestimmen.WP2 beinhaltet die Entwicklung und Anwendung eines Models, um MP-Transport sowie die Freisetzung von Additiven in der hyporheischen Zone vorherzusagen. Da Modelle, die momentan im Bereich Stofftransport verwendet werden nicht für MP ausgelegt sind, soll die Lattice-Boltzmann Methode als neuer Modellansatz verfolgt werden.
Das Verhalten anthropogener Schadstoffe im Landschaftsmaßstab stellt eine der größten Herausforderungen heutiger Umweltwissenschaften dar. Forschungsergebnisse der letzten zehn Jahre haben wiederholt gezeigt, dass Umsatzraten von Schadstoffen, die im Labor ermittelt wurden, im Widerspruch zu Feldbeobachtungen stehen. Dies weist darauf hin, dass wir die relevanten Prozesse, die den Schadstoffumsatz in der Natur bestimmen, nur unvollständig verstehen. Entsprechend sind wir nicht in der Lage, zukünftige Entwicklungen der Wasser- und Bodenqualität in Folge des Klima- und Landnutzungswandels zuverlässig vorherzusagen. Der SFB CAMPOS beruht auf der Hypothese, dass auf der Feldskala Prozesse maßgeblich sind, die in Laborexperimenten nur schwer zu erfassen sind. Viele Schadstoffe, die unter Laborbedingungen vergleichsweise schnell abgebaut werden, zeigen eine unerwartete Langlebigkeit im Feld; sie werden in Böden und Grundwasserleitern über lange Zeiträume gespeichert und können noch Jahre, nachdem der anthropogene Eintrag aufgehört hat, nachgewiesen werden. Während wichtige, aber langsame Prozesse in Laborstudien möglicherweise übersehen werden, erschwert die ausgeprägte hydrologische und biogeochemische Dynamik die Interpretation konventioneller Beobachtungskampagnen im Feld. CAMPOS zielt darauf ab, reaktive Landschaftselemente zu identifizieren und ihre Prozessdynamik mit ausführlichen Feldstudien zu biogeochemischen Umsätzen von Schadstoffen in einer beispiellosen Auflösung zu quantifizieren. Derartige Studien sind erst durch den enormen Fortschritt in der Analytik und Messtechnik der letzten Jahre (z.B. substanzspezifische Isotopen- und Enantiomeranalytik, 'non-target screening', Bioanalytik, insitu Sensoren, molekularbiologische Techniken inklusive omics) ermöglicht worden, die bislang noch nicht in gezielten Felduntersuchungen kombiniert wurden. Jedes im SFB vorgesehene Projekt vereinigt Expertise aus unterschiedlichen Disziplinen, die notwendig sind, um den Verbleib von Schadstoffen in der Natur zu verstehen. Die untersuchten Landschaftselemente umfassen Fließgewässer, den Übergang zwischen Gerinnen und dem Untergrund, Transekten im Grundwasser sowie verschiedene Bodenkompartimente. Ein neuer stochastischer Modellieransatz ermöglicht es, den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab prozessbasiert zu modellieren und die damit verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Unser neuartiger multidisziplinärer Ansatz quantifiziert das langfristige Verhalten anthropogener Schadstoffe in der Umwelt, indem Einzugsgebiete als biogeochemische Reaktoren betrachtet werde. CAMPOS trägt somit zum Fortschritt der Umweltwissenschaften bei und schafft die Grundlage für realistischere Projektionen der zukünftigen Boden- und Wasserqualität unter den Bedingungen des Klima- und Landnutzungswandels.
Mathematisch-physikalische Modelle zur Simulation des Waerme- und Stofftransportes in Tidegewaessern zielen zum einen auf die Bilanzierung der Waerme- und Stoffrachten aufgrund bekannter Einleitungen und der Messergebnisse weniger, geeignet ausgewaehlter Ueberwachungsmessstellen und zum anderen auf die quantitative Erfassung der 'Fahnen'-Strukturen der Einleitungen, beides notwendige Grundlagen einer wuenschenswerten Regie der Tidegewaessernutzungen. Infolge Heterogenitaet und Variabilitaet der Ausbreitungsbedingungen in Tidegewaessern ist die Entwicklung solcher Modelle eng mit ihrer Verifikation durch Feldmessungen im Anwendungsgebiet verbunden. In diesem Vorhaben werden das eindimensionale Tideflussmodell FLUSS (4) und das zweidimensionale Tidegewaessermodell UTRANS (2) in enger Wechselwirkung mit Feldmessungen in den Tidebereichen von Elbe und Weser (Vorhaben WA 31-059) verifiziert und weiterentwickelt. Besonderes Gewicht kommt dabei dem Vergleich von berechneten und gemessenen Stroemungsgeschwindigkeiten zu. Im Vordergrund der bisherigen Arbeiten stand die Waermeausbreitung (5); kuenftig werden vorrangig Probleme des Schwebstoff- und Spurenelementtransportes zu untersuchen sein. Ergaenzend zu den Modellentwicklungen wird Software zur Auswertung und Interpretation von Feldmessungen erarbeitet und eine Sammlung problemspezifischer Daten und Relationen als Eingabedaten fuer die Modelle zusammengestellt.
Oberflächengewässer sammeln die Wasser- und Stoffflüsse eines Einzugsgebiets. Flüsse liefern daher ein räumlich und zeitlich integriertes chemisches Signal einer Landschaft. Ziel des Projekts ist es, den Einfluss physikalisch-chemischer und biologischer Prozesse auf Transport und Umsetzungsprozesse von Schadstoffen im Gewässer besser zu verstehen. Mittels Lagrange'scher Beprobung in Kombination mit neuen analytischen und bioanalytischen Methoden werden Frachten und Abbaupotentiale bekannter und bisher nicht detektierter Mikroschadstoffe und deren Transformationsprodukte quantifiziert. Mit Hilfe eines neuen Masse/Effekt-Bilanzierungsmodell lassen sich wesentliche Faktoren bezüglich biologischer Wirkung und Umsetzungsprozesse identifizieren und beschreiben.
In dem Projekt wird ein stochastischer Modellieransatz für den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab entwickelt. Prozesse an der Landoberfläche und in Böden werden durch stochastische Boden-Pflanzen-Modelle beschrieben, die an ein stochastisches 3-D Strömungsmodell des Untergrunds unterhalb der Wurzelzone sowie an fließ- bzw. kontaktzeitbasierte reaktive Stofftransportmodelle für Nitrat und Pestizide gekoppelt sind. Als Ergebnis statistisch verteilter Parameter und Randbedingungen, ergeben sich statistische Verteilungen der Zielgrößen, wie z.B. Wasserstände und -flüsse, Konzentrationen reaktiver Spezies. Diese Verteilungen werden anschließend anhand gemessener Daten mittels Ensemble-Kalman-Filtermethoden konditioniert.
Die Verweilzeit von Grundwasser in ausgedehnten Grundwasserleitern liegt oft im Bereich von Dekaden, so dass auch langsame mikrobielle Stoffumsätze (z.B. von Nitrat, Atrazin und dessen Abbauprodukten) die Stofffracht in solchen Systemen erheblich beeinflussen können. In diesem Projekt werden mittels geologischer und geochemischer Analysen die reaktiven Zonen und die zugehörigen Verweil- und Kontaktzeiten des Wassers eines Kluftgrundwasserleiters bestimmt. Omics und molekularbiologische Methoden werden genutzt, um Abbaupotential und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaften zu untersuchen. In begleitenden Laborexperimenten werden effektive Diffusions-konstanten und metabolische Raten, deren limitierende Faktoren und die beteiligten Mikroorganismen quantifiziert.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 168 |
| Land | 6 |
| Wissenschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 166 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
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| Deutsch | 166 |
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| Resource type | Count |
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| Topic | Count |
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| Boden | 146 |
| Lebewesen & Lebensräume | 137 |
| Luft | 109 |
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| Weitere | 171 |