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.
Berechnung und Messung von Schiffswellen in seitlich begrenztem Fahrwasser Wie weit reichen die schiffserzeugten Wellen und Strömungen des Primärwellensystems eines Schiffes? Neben der Beantwortung dieser Frage soll zusätzlich der validierte Bereich vom Nahfeld des Schiffs in Richtung Ufer vergrößert werden. Dazu werden bestehende Messverfahren zur Vermessung der Wasseroberfläche eingesetzt. Aufgabenstellung und Ziel An den Seehafenzufahrten liegen seitlich der Fahrrinne häufig sehr weitläufige und flache Gewässerbereiche oder angrenzende Strukturen wie Hafenbecken und Seitenarme. In diesen Bereichen beruht die Prognose von Ausbreitung und Wirkbereich schiffserzeugter Primärwellen derzeit auf vereinfachten Annahmen und theoretischen Überlegungen oder muss sehr aufwändig im gegenständlichen Modell mit einem hohen Personal- und Sachmitteleinsatz untersucht werden. Die Relevanz dieser Gewässerbereiche nimmt aufgrund ökologischer Aspekte oder verstärkter Betroffenheiten zu, sodass die Prognosesicherheit der schiffserzeugten Belastungen hier verbessert werden muss. Das bereits zur Berechnung von Schiffsdynamik und schiffserzeugten Belastungen eingesetzte CFD-Verfahren (numerische Strömungssimulation) wird für die projektpraktische Anwendung im Böschungs- und Uferbereich eingerichtet und anhand von Messdaten aus dem Labor und aus der Natur validiert. Anhand von systematischen CFD-Untersuchungen wird ermittelt: (i) unter welchen Bedingungen weit von der Fahrrinne entfernt liegende Böschungs- und Uferbereiche durch schiffsinduzierte Wellen und Strömungen belastet werden, (ii) unter welchen Bedingungen eine Belastung von Böschungen und Ufern entsteht, die sich nicht durch eine lineare Übertragung der Belastungen am Böschungsfuß der Fahrrinne herleiten lässt und (iii) wie sich die Primärwelle in angeschlossenen Gewässerbereichen, bspw. Hafenbecken und Seitenarmen, ausbreitet und quantitativ auswirkt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Um Fragestellungen in der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße effizient bearbeiten zu können, wurde die Methode der numerischen Strömungssimulation eingeführt. Die Verfügbarkeit eines numerischen Strömungsmodells zur Vorhersage fahrdynamischer Größen und Strömungsbedingungen im Flachwasser ist bei vielen Aufgaben der WSV erforderlich. Zusätzlich zu dem Fokus auf die Schiffsdynamik ist eine Aussage zu der schiffserzeugten Belastung notwendig. In diesem FuE-Projekt soll die Prognosefähigkeit des CFD-Verfahrens insbesondere in Ufer- und Seitenbereichen deutlich erhöht werden. Neben der Verfügbarkeit einer prognosefähigeren Methode werden außerdem anhand der Untersuchungen allgemeingültige Zusammenhänge ermittelt. Damit ist zukünftig für einfache Sachverhalte eine Ableitung der Ausbreitung und Wirkung von Schiffsprimärwellen in Seeschifffahrtsstraßen ohne aufwändige CFD-Simulation möglich. Untersuchungsmethoden Um die oben aufgeführten Ziele zu erreichen, wird das kommerziell verfügbare, bereits seit vielen Jahren in der BAW eingesetzte und für die unterschiedlichen Fragestellungen validierte CFD-Softwarepaket STARCCM+® genutzt (Bechthold und Kastens 2020, Kochanowski und Kastens 2022, Delefortrie et al. 2023). Im Bereich Naturmessungen soll durch Einsatz neuer Vermessungsmethoden, die in der BAW bereits vorhanden sind, eine Verbesserung von Wellen- und Strömungsdaten angestrebt werden, um flächenhafte Daten zum Schiffswellensystem zu erheben. Mit diesen neuen flächenhaften Daten und bereits vorhandenen punktuellen Daten aus dem physikalischen Modellversuch soll das CFD-Verfahren jenseits des Nahbereichs um das Schiff weiter validiert werden. Das validierte Verfahren wird dann für systematische Untersuchungen flacher, weitläufiger Bereiche und angeschlossener Gewässerteile genutzt.
Für die beiden Gebiete Urstromtal und Panketal wurden unterschiedliche Methoden für die Berechnung des zeMHGW angewandt. Urstromtal Für das Gebiet des Berliner Urstromtals ist die zeMHGW-Karte mit Hilfe eines numerischen Grundwasserströmungsmodells berechnet worden. Das war deshalb erforderlich, weil wegen der langen z.T. starken anthropogenen Beeinflussung der Grundwasseroberfläche die Berechnung einer solchen Karte nur auf der Grundlage gemessener und daraus berechneter mittlerer Grundwasserstände im Sinne der o.g. zeMHGW-Definition nicht möglich ist. Die Grundlage für das zeMHGW-Modell bildet das Modell, mit dem bereits die Karte des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands ( zeHGW ) entwickelt worden ist. Dieses Modell ist in Limberg, Hörmann & Verleger (2010) beschrieben und wird hier zusammengefasst: Das numerische Modell, für das das Programmsystem MODFLOW verwendet wurde, ist so angelegt, dass es die gesamte Fläche Berlins umfasst (Abbildung 4). Das Gebiet des Berliner Urstromtals ist vertikal in mehrere Modellschichten unterteilt, von denen die oberste für den – hier im Regelfall ungespannten – Hauptgrundwasserleiter steht, dessen zeMHGW berechnet werden soll (s. Abbildung 5). Horizontal ist das Modell in Rechteckzellen unterteilt. Die Zellgröße variiert zwischen 50 × 50 und 100 × 100 Meter. Dieses Strömungsmodell ist durch hydraulisch stationäre Berechnungen kalibriert und verifiziert worden. Hierzu wurden im Jahr 2004 (Kalibrierung) und 2001 (Verifizierung) gemessene Grundwasserstände benutzt. Mit Hilfe gemessener höchster Grundwasserstände ist das darauf fußende zeHGW-Modell mit sehr gutem Erfolg plausibilisiert worden (vgl. auch Beschreibung der zeHGW-Karte ). Zur rechnerischen Simulation des zeMHGW sind gegenüber der des zeHGW die Randbedingungen Grundwasserneubildung und Spiegelhöhen der Vorflutgewässer (Spree, Havel und ihre Nebengewässer) verändert worden. Entsprechend der Zielstellung sind als Spiegelhöhen mittlere höchste Wasserstände (MHW) vorgegeben worden. Zur Ermittlung der MHW wurde die Zeitreihen 1960 bis 2009 verwendet. Die langjährige mittlere Grundwasserneubildung und ihre örtliche Verteilung im stark urban geprägten Berliner Stadtgebiet sind trotz aufwändiger Ermittlungsverfahren nicht bis ins letzte Detail bekannt. Von derjenigen, die zusammen mit den Vorflutspiegeln den mittleren höchsten Grundwasserstand hervorruft, kann lediglich gesagt werden, dass sie kleiner als diejenige im Fall des höchsten Grundwasserstandes sein muss. Deshalb sind Berechnungen mit unterschiedlich verminderter Grundwasserneubildung durchgeführt worden. Ziel war hierbei eine möglichst gute Anpassung an mittlere höchste Grundwasserstände, die aus Standrohrspiegelhöhen von Grundwassermessstellen berechnet worden sind, die durch Grundwasserentnahmen oder –einleitungen möglichst nicht beeinflusst sind. Aus mehreren tausend Ganglinien von vorhandenen und auch heute nicht mehr existierenden Grundwassermessstellen, über die bis 2010 bei der Landesgeologie Daten vorlagen, wurden in mehreren Schritten 103 geeignete herausgefiltert. Es handelt sich um Ganglinien, die folgende Kriterien erfüllen: Filterstrecke der Grundwassermessstellen im Hauptgrundwasserleiter; Erfassung des Grundwasserstandes mindestens in den letzten zehn Jahren vor 2010; keine Messlücken von über einem halben Jahr in dem Zeitraum, für den der mittlere höchste Grundwasserstand berechnet wird; keine erkennbaren unnatürlich großen Schwankungen im betrachteten Zeitraum. Die Lage der Grundwassermessstellen, deren MHGW-Werte als Zielwerte bei der Modellierung benutzt wurden, ist in der Abbildung 6 dargestellt. Allen Modellrechnungen ist gemäß der zeMHGW- wie der zeHGW-Definition – gemein, dass weder Grundwasserentnahmen noch -einleitungen stattfinden. Die Grundwasseroberfläche der Berechnungsvariante mit der besten Anpassung an diese Zielwerte entspricht der zeMHGW-Karte. Als Beispiel ist in der Abbildung 7 die Ganglinie einer Grundwassermessstelle mit dem MHGW für den Zeitraum 1998 bis 2015 und dem modellberechneten zeMHGW wiedergegeben. Hier liegt der zeMHGW 0,13 m über dem MHGW. Im Jahr 2014 erfolgte eine Aktualisierung des Grundwasserströmungsmodells für den zeMHGW, da partielle Überarbeitungen im östlichen Bereich des zeHGW-Modells durchgeführt wurden. Somit sind auch Messreihen bis 2014 berücksichtigt. Panketal Als Basis für die Entwicklung der Karte des zu erwartenden mittleren höchsten Grundwasserstands (zeMHGW) im Bereich des Panketals und seines Übergangs zum Urstromtal stand keine zeHGW-Karte zur Verfügung, die mit einem geeigneten Grundwasserströmungsmodell berechnet worden war. Die zeHGW-Karte ist hier aus mit Zuschlägen versehenen HGW-Werten von insgesamt 105 Grundwassermessstellen, die Messreihen bis 2014 aufweisen, unter Benutzung des Programms SURFER berechnet worden (vgl. Erläuterung zur zeHGW-Karte ). Um auszuschließen, dass die zeMHGW-Karte keine Widersprüche zur zeHGW-Karte aufweist (Definitionsbedingt muss der zeMHGW überall unter dem zeHGW liegen.), ist die Karte des zu erwartenden mittleren Grundwasserstands in analoger Weise angefertigt worden. Als Stützpunkte dienten dieselben Grundwassermessstellen wie für die zeHGW-Karte. Das methodische Vorgehen bei der Entwicklung der zeMHGW-Karte gliedert sich in folgende Schritte: Ganglinienanalyse, statistische Auswertungen der Grundwasserstände, Festlegung der zeMHGW-Werte für 105 Grundwassermessstellen, Berechnung der zeMHGW-Verteilung und Kartendarstellung. Die Ganglinienanalyse ergab, dass die Grundwasserstände vor 1990 zum großen Teil zu stark künstlich beeinflusst sind, als dass ein MHGW, bei dessen Berechnung auch diese Daten berücksichtigt werden, als zu erwartender mittlerer höchster Grundwasserstand angesehen werden kann. Auch bei der zeHGW-Karte sind die Daten vor 1990 aus Gründen der starken Beeinflussung nicht berücksichtigt worden. Ferner lassen die Ganglinien ab Anfang der 2000er Jahre tendenziell höhere Grundwasserstände erkennen als in den 1990er Jahren, was auch statistisch belegt werden kann. Die Abbildung 8 zeigt als Beispiel die Ganglinie der Grundwassermessstelle Nr. 293 mit den MHGW-Werten für den gesamten betrachteten Zeitraum von 1990 bis 2014 (MHGW90-14), für den von 1990 bis 2001 (MHGW90-01) und den von 2002 bis 2014 (MHGW02-14). Typisch ist, dass der MHGW für den Zeitraum von 2002 bis 2014 deutlich höher ist als der für den Zeitraum von 1990 bis 2001 und ferner, dass der Gang des Grundwasserstands durch meist tägliche Messungen besser belegt ist. Aus diesen Gründen wurden für die Berechnung der zeMHGW-Karte nur die MHGW-Werte des Zeitraums 2002 bis 2014 verwendet. Von den insgesamt 105 Grundwassermessstellen, auf denen die Karte des zu erwartenden höchsten Grundwasserstands beruht, existierten bis 2014 noch 67. Das heißt, für 38 Messstellen liegen keine oder nicht hinreichende Grundwasserstandsdaten vor, um daraus den benötigten MHGW für den Zeitraum 2002 bis 2014 berechnen zu können, aber wohl für den Zeitraum 1990 bis 2001, zumindest mit einigen Einschränkungen (z.B. geringere Messhäufigkeit). Um ein genauso dichtes Stützstellennetz wie für die zeHGW-Karte zu erhalten, sind die MHGW dieser 38 Messstellen für den Zeitraum 2002 bis 2014 geschätzt worden. Mit Hilfe von Korrelationsanalysen zwischen verschiedenen aus den Ganglinien gewonnenen Größen wurde eine signifikante Beziehung zwischen dem zeMHGW für den Zeitraum 2002 bis 2014 (zeMHGW 02-14 ), dem Mittelwert der Messwerte zwischen 1990 und 2001 (MGW 90-01 ) und der Standardabweichung der Messwerte zwischen 1990 und 2001 (s 90-01 ) gefunden. Unter Berücksichtigung eines gewählten Zuschlags von 20 cm, der den in diesem Verfahren liegenden Unsicherheiten Rechnung tragen soll, ergibt sich folgende Formel zur Berechnung des gesuchten zeMHGW 02-14 : zeMHGW 02-14 = 2,43 * s 90-01 + 0,13 + MGW 90-01 mit zeMHGW 02-14 :gesuchter zu erwartender mittlerer höchster Grundwasserstand s 90-01 :Standardabweichung der Messwerte zwischen 1990 und 2001 MGW 90-01 :Mittelwert der Messwerte zwischen 1990 und 2001 Nach dieser Methode sind die MHGW-Werte für die o.g. 38 Grundwassermessstellen rechnerisch geschätzt worden. Damit liegen, wie angestrebt, MHGW-Werte für 105 Messstellen vor. Auf der Grundlage dieser 105 MHGW-Werte und weiteren 15 Stützpunkten, die an der Grenze zur zeMHGW-Karte für das Urstromtal vorgegeben wurden, um einen widerspruchsfreien Anschluss zu dieser Karte zu gewährleisten, ist die Verteilung des zeMHGW ohne Berücksichtigung der Oberflächengewässer mit Hilfe des Programmsystems Surfer berechnet und ebenso wie für das Urstromtal in Form von Linien gleichen zeMHGW dargestellt worden. Die Berechnungsmethode ist dieselbe, wie sie bei der aktuellen Grundwassergleichenkarte (Hannappel, Hörmann & Limberg 2007) benutzt wird. Flurabstand Für das Urstromtal und das Panketal wurde nachfolgend im Jahr 2020 auf der Grundlage der mit unterschiedlichen Vorgehensweisen berechneten Ergebnisse des zeMHGW der Flurabstand mit Hilfe der jeweiligen Grids ermittelt. Aus den Grids wurde zur besseren Anpassung des Ergebnisses die Methode der Dreiecksnetzberechnung angewendet, um eine einheitliche Grundwasseroberfläche zu erhalten. Aus den Werten der Geländehöhe und der Grundwasseroberfläche wurde dann durch Differenzenbildung der jeweilige Wert des Flurabstandes in einer Rasterweite von 2 m ermittelt. Der Flurabstand des zeMHGW wurde in 12 Abstandsklassen eingeteilt und als Schichtstufenkarte dargestellt. Um differenziertere Aussagen insbesondere für die flurnahen Bereiche zu ermöglichen, wurden bis zu einer Tiefe von 3 m unter Geländeoberkante (GOK) eine kleinteilige Klasseneinteilung gewählt.
Der Fischabstieg an Wehranlagen, insbesondere an Schlauchwehren, soll im Hinblick auf Schädigungsmechanismen für Fische anhand von numerischen Modellversuchen unter Berücksichtigung der Mehrphasenströmung beim Wehrüberfall untersucht werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei der abwärtsgerichteten Passage von Wasserbauwerken sind Fische einer Vielzahl von Einflüssen ausgesetzt. Diese können neben der Verzögerung der Wanderung auch zur physischen Schädigung der passierenden Fische führen. Der momentane Wissensstand bezüglich des Fischabstiegs über das Wehr ist unzureichend. Die aktuell angewandten Empfehlungen für die Gestaltung von Wehren hinsichtlich des Fischabstiegs enthalten keine Referenzen zu den zugrundeliegenden Untersuchungen und wurden für Bypasssysteme entwickelt (DWA 2005). Die sinnvolle Anwendung für Wehrüberfälle ist anzuzweifeln. Im Unterschied zu Bypasssystemen kann sich der Überfallstrahl des Wehres nur in Richtung des Unterwassers ausbreiten, wodurch oftmals der Wechselsprung und damit das notwendige Unterwasserpolster verdrängt wird. Die Ergebnisse numerischer Untersuchungen an der BAW verstärken die Zweifel an der Übertragbarkeit der Empfehlungen auf den Wehrüberfall (Thorenz et al. 2018). Ziel des Forschungsprojektes ist die Erprobung eines numerischen Ansatzes zur Betrachtung des Fischabstiegs über Wehranlagen. Die numerische Methode soll durch ein gegenständliches Modell validiert werden. Mit der validierten numerischen Methode soll die hydraulische Situation des Fischabstiegs an Wehren künftig realitätsnah abgebildet und beurteilt werden, um die aktuellen Empfehlungen zu bewerten und gegebenenfalls Grundlagen für eine Überarbeitung zu schaffen. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei Baumaßnahmen an Wehranlagen ist die Betrachtung möglicher Fischbehinderungen oder Fischschädigungen ein wichtiges Thema. Kenntnisse, unter welchen WSV-relevanten Randbedingungen mit Schädigungen bei der Passage einer Wehranlage zu rechnen ist, sind daher, insbesondere im Hinblick auf die anstehenden Genehmigungsverfahren, von großer Bedeutung. Die Entwicklung eines numerischen Ansatzes zur realitätsnahen Abbildung des Fischabstiegs wird zu einer belastbaren Beurteilung des Fischabstiegs durch fischbiologische Experten beitragen. Untersuchungsmethoden Grundlage ist eine Literaturrecherche zu den Themen „Schädigungsursachen bei der Wehrpassage“ und „Numerische Simulation von Fischen“. Dadurch wird vertieftes Wissen über die Vorgänge beim Fischabstieg und deren numerische Abbildung aufgebaut und somit für ein verbessertes Prozessverständnis gesorgt. Für die dreidimensionale Strömungssimulation wird bei der Bundesanstalt für Wasserbau unter anderem die Open-Source-Software OpenFOAM® eingesetzt. Diese ermöglicht durch direkten Zugriff auf den Quellcode die Weiterentwicklung und Anpassung der Strömungslöser. So ermöglicht der aktuell zur Verfügung stehende Zweiphasenlöser auf Basis der Volume-of-Fluid-Methode (VoF-Methode) interFoam eine einfache Erweiterung um eine Partikelphase zur Abbildung von passiv bewegten Fischen. Die auf diese Partikel wirkenden Druckschwankungen, Schergeschwindigkeiten, Beschleunigungen und deren Kollisionen mit harten Objekten sollen aufgenommen und ausgewertet werden. Da Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Turbulenzmodelle (RANS-Modelle) durch eine zeitliche Mittelung des Geschwindigkeitsfeldes Kollisionen verhindern würden, ist der Einsatz von Large-Eddy-Simulations-Modellen (LES-Modelle) notwendig. Mit der angepassten numerischen Methode wird zunächst der Fischabstieg über abstrahierte überströmte Wehranlagen simuliert, um die Zweifel an der Empfehlung bezüglich des notwendigen Unterwasserstandes belastbar zu begründen oder zu widerlegen. In weiteren Schritten werden die passagebedingten Auswirkungen an realen Wehranlagen auf absteigende Fische betrachtet. (Text gekürzt)
Das Ziel dieses Projekts besteht in der Analyse der Strömungsmuster über subaquatischen Bodenformen in Tidegebieten mit Hilfe hochauflösender numerischer Modelle. In Flüssen, nahe der Küsten und in größeren Tiefen sind Bodenformen weit verbreitet und reflektieren Strömung und Sedimenttransportwege, während sie gleichzeitig einen starken Effekt auf die Strömung ausüben. Diese Effekte sind darüber hinaus von hoher sozio-ökonomischer Bedeutung, z.B. hinsichtlich der Schiffbarkeit von Flussmündungen und der Sicherheit von Offshore-Konstruktionen. Bedingt durch Hydrodynamik und dem Vorkommen sandiger Sedimente sind flache Tidegebiete durch die Entwicklung großer Felder komplexer Bodenformen gekennzeichnet. Strömungsmuster über diesen Bodenformen unterscheiden sich grundsätzlich von Strömungen über gleichmäßigen, idealisiert zweidimensionalen (2D) Bodenformen, die in Strömungskanälen und numerischen Modellen bisher betrachtet werden. Natürlichen Bodenformen sind dagegen intrinsisch dreidimensional (3D) mit komplexen Profilen, gekennzeichnet durch geschwungene Dünenrücken, Kolke, Bifurkationen, Diskontinuitäten und niedrige Leewinkel. In Küstengebieten sorgt die tidebedingte Strömungsumkehr für zusätzliche Komplexität in der Interaktion zwischen Bodenformen und Hydrodynamik. Die entsprechenden Strömungsmuster sind weitgehend unbekannt, insbesondere der Einfluss der Dreidimensionalität der Bodenformen auf die Gezeitenströmung, auch bedingt durch die Schwierigkeit, Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenz synoptisch mit ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung zu messen. Im Rahmen der hier beschriebenen Studie wird ein dreidimensionales Transportmodell mit dem Modellsystem Delft3D erstellt, um Strömungen in natürlichen Bodenformfeldern mit entsprechend charakteristischer Morphologie zu simulieren. Dazu soll ein bestehendes und zur Simulierung von 2D Bodenformen genutztes Modell erweitert und zur Analyse der Strömungen über 3D Bodenformen verwendet werden. Mit diesem neuen Modell wird zum ersten Mal ermöglicht, Strömungsmuster und Turbulenz über natürlichen Bodenformfeldern unter realistischen Bedingungen, insbesondere unter Berücksichtigung der Umkehr der Gezeitenströmung, zu modellieren und den Einfluss einzelner morphologischer Elemente sowie deren Interaktion herauszuarbeiten. Diese Ergebnisse dienen schließlich der Optimierung und Parametrisierung kleinskaliger Teilprozesse in großmaßstäblichen hydro- und morphodynamischen Modellsystemen.
Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung der Drift kleinerer und mittlerer Eisberge im Weddellmeer und des damit verbundenen Süßwassereintrags mit Hilfe gemessener Driftbahnen und numerischer Modellrechnungen. Dabei soll die regionale Verteilung des Schmelzwassereintrags und dessen Bedeutung für die Stabilität der polaren Wassersäule untersucht werden. Ferner soll der Eintrag von Substanzen bestimmt werden, die das Algenwachstum beeinflussen können. Die Driftmessungen erfolgen durch eine tägliche Übertragung der Eisbergpositionen mittels ARGOS Sender. Das Driftmodell berücksichtigt neben der direkten Wirkung von Wind, Ozeanströmung, Meeresoberflächenneigung und Erdrotation auch die Kräfte, die bei einer geschlossenen Meereisbedeckung auftreten, und beinhaltet basales und laterales Schmelzen. Die Ergebnisse der Analyse der Driftbeobachtungen werden zur Validierung der Modellergebnisse und zur Optimierung der angewendeten Parametrisierungen herangezogen.
Ziel dieses Projektes ist die Beschreibung von Strömungsmustern über ästuarinen Bodenformen anhand von Rinnenexperimenten und numerischen Simulationen. Bodenformen (Riffel und Dünen) sind weitverbreitete Bestandteile von Flüssen, Ästuaren, Küstengewässern- und Tiefseegebieten. Bodenformen liefern Hinweise auf Richtung und Stärke von Sedimenttransportprozessen, haben einen starken Einfluss auf die über ihnen liegende Strömung und sind zudem von großer sozioökonomischer Bedeutung, z. B. hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Schiffbarkeit der Gewässer. In vielen Ästuaren bilden sich aufgrund der starken Hydrodynamik und der hohen Verfügbarkeit von sandigen Sedimenten große Bodenformfelder. Die Strömung über diesen Bodenformfeldern unterscheidet sich grundlegend von der Strömung über den bekannten, dreieckigen Bodenformen mit einem Neigungswinkel von 30°, die bisher im Fokus von Labor- und numerischen Modellierungsstudien standen. Ästuarine Bodenformen sind hauptsächlich flachgeböschte Dünen mit mittleren Luvwinkeln von 5 bis 20°. Die Strömungseigenschaften über derartigen, flachen Winkeln sind derzeit nicht genau bekannt. So ist zum Beispiel der Zusammenhang zwischen der Neigung der Leeböschung und dem Vorhandensein oder Fehlen einer intermittierenden oder permanenten Strömungsablösung noch nicht ausreichend verstanden. Außerdem haben ästuarine Dünen ein relativ flaches Tal und steile Böschungen in der Nähe des Kammes, während Flussdünen einen flachen Kamm und in der Nähe des Tals steile Böschungen haben. Die Auswirkungen dieses Unterschieds in der Dünenmorphologie auf die Strömung sind derzeit noch unbekannt. Darüber hinaus wurde der Zusammenhang zwischen einer sich in der Richtung ändernden Gezeitenströmung und der natürlichen Morphologie von Dünen, einschließlich der dreidimensionalen Variationen, noch nicht im Detail untersucht.Im Rahmen der vorgeschlagenen Studie werden mehrere Versuchsreihen in einer großen Laborrinne durchgeführt, um die Strömungseigenschaften (Geschwindigkeit und Turbulenz) über an Ästuardünen angelehnten Modelldünen aus Beton zu charakterisieren. Basierend auf Feldmessungen von Bodenformen in der Weser werden drei Dünenformvarianten untersucht: Steilgeböschte asymmetrische Dünen, flachgeböschte asymmetrische Dünen und flachgeböschte symmetrische Dünen. Darüber hinaus werden hochauflösende numerische Simulationen der Strömung über dreidimensionalen Bodenformfeldern die Rinnenexperimente ergänzen. Mithilfe der Modellsimulationen ist es möglich, die Geschwindigkeitsstrukturen der Gezeitenströmung und die Turbulenzstrukturen über natürlichen, in der Weser vorkommenden Dünenfeldern zu bestimmen. Die Ergebnisse dieses Projekts tragen zu einem besseren Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen ästuarinen Dünen und der Gezeitenströmung bei und erlauben eine bessere Parametrisierung der kleinräumigen Prozesse in großräumigen hydro- und morphodynamischen Modellen.
Erste Auswertungen der Messkampagnen von Bundes- und Landesbehörden bestätigen bisherige Modellrechnungen und verbessern das Verständnis von Hochwasserabläufen. Im Mai und Juni des Jahres 2013 traten in den deutschen Flussgebieten außerordentliche Hochwasser auf. Die Elbe wies in einigen Abschnitten neue Höchstwasserstände auf. Insbesondere aus der Saale strömten große Wassermassen in den Fluss ein, sodass das Hochwasser unterhalb der Saalemündung deutlich höher auflief als beim Sommerhochwasser 2002; bei Magdeburg-Buckau lag der Scheitel 75 cm über dem bisherigen Höchststand. Um die Elbe zu entlasten, aktivierte man den Elbe-Umflutkanal bei Magdeburg, sperrte Nebenflüsse ab und setzte die Havelniederung kontrolliert unter Wasser. Auch durch einige Deichbrüche wurden teilweise erhebliche Volumina aus der Elbe abgeführt. Das führte zu einem Absunk der Wasserspiegel im Bereich mehrerer Dezimeter. Trotzdem wurde in Magdeburg nach Angaben der Bundesanstalt für Gewässerkunde mit ca. 5.100 m3?s ein Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von 200 bis 500 Jahren erreicht. Mehrere Institutionen der Elbe-Anrainerländer und des Bundes führten Messungen während des Hochwassers durch. Die BAW benötigt insbesondere Messwerte von Oberflächen- und Grundwasser, um mit ihnen Modelle zu überprüfen. Hauptziel einer Messkampagne vom 7. bis 13. Juni 2013 war deshalb, zwischen Riesa bei Elbe (El)-km 106 und dem Wehr Geesthacht (El-km 586 ) nah am Hochwasserscheitel den Wasserspiegel etwa in der Flussachse zu messen. Begleitend wurden Durchflussmessungen durchgeführt, die dazu dienten, sowohl den Abfluss als auch Durchflussanteile und Fließgeschwindigkeiten zu ermitteln. Am 14. Juni 2013 wurden im Bereich der Deichrückverlegung Lenzen (bei El-km 480) zusätzlich Fließgeschwindigkeiten in den Deichschlitzen gemessen. Diese wurden durch punktuelle Grund- und Oberflächenwasser-Messungen ergänzt. Die Auswertung der Messungen wird noch geraume Zeit in Anspruch nehmen. Schon jetzt ist aber klar, dass die Ergebnisse von großem Nutzen sein werden, um die Prozesse in der Natur besser verstehen und beschreiben zu können. Auch tragen sie dazu bei, die Strömungsmodelle der (acronym = 'Bundesanstalt für Wasserbau') BAW zu validieren. Zwei erste Auswertungen machen dies deutlich.
Unsere Grundwasser-Modellierungssoftware, die die Stroemung und Ausbreitung von Schadstoffen im Grundwasser nachbildet, wurde fuer die folgenden Anwendungsbereiche entwickelt: - Stroemung in poroesen Medien (gesaettigt/ ungesaettigt, 3D), Transport, Sorption, Abbau und/oder Zerfall (instationaer 2D) sowie - gekoppelte Stroemung/Transport bei Dichtestroemungen (2D 3D). Mit der Software nahm die TU an verschiedenen internationalen Vergleichsprojekten teil (HYDROCOIN, INTRAVAL, NSARS). Anwendungsstudien bestehen u.a. zum Schadstofftransport (Berlin), zur Salzwasserinvasion (Nildelta Aegypten) und zur Geothermie (Yufuin-Japan ). Anwendungsbereiche: Im Rahmen der angestrebten Kooperationen kann die vorhandene Software in den oben genannten Bereichen zur Anwendung kommen sowie um neue Anwendungsbereiche erweitert werden. ,
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1051 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 10 |
| Land | 47 |
| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 5 |
| Wissenschaft | 514 |
| Zivilgesellschaft | 28 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 1 |
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 1046 |
| Text | 9 |
| unbekannt | 6 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 10 |
| Offen | 1053 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 996 |
| Englisch | 168 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
| Bild | 2 |
| Dokument | 16 |
| Keine | 621 |
| Webseite | 432 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 636 |
| Lebewesen und Lebensräume | 697 |
| Luft | 596 |
| Mensch und Umwelt | 1063 |
| Wasser | 602 |
| Weitere | 1054 |