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s/verfahrensparamter/Verfahrensparameter/gi

Robustheitsuntersuchung zur Resorptionsverfügbarkeit von Schadstoffen in Böden

Im Rahmen des Vorhabens wurde der Einfluss wesentlicher Verfahrensparameter auf die Resorptionsverfügbarkeit nach der DIN 19738 durch experimentelle Untersuchungen (Robustheitsuntersuchungen) überprüft und bewertet. Letztlich wird das Ziel verfolgt, die Vorgaben der Norm anzupassen, zu präzisieren und zu modifizieren, um verlässlichere Ergebnisse zu bekommen. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Ringversuch zur Validierung der aktualisierten Vorgaben der Norm für vollzugsrelevante Schadstoffe durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse dienen dem Vollzug im Bodenschutz, u.a. weil das Verfahren im Rahmen der Detailuntersuchung von Altlasten und altlastverdächtigen Flächen im Entwurf der novellierten BBodSchV vom 03.05.2017 genannt ist. Veröffentlicht in Texte | 86/2020.

Daily gap-filled MODIS LST data (2003-2019)

Temperature time series with high spatial and temporal resolutions are important for several applications. The new MODIS Land Surface Temperature (LST) collection 6 provides numerous improvements compared to collection 5. However, being remotely sensed data in the thermal range, LST shows gaps in cloud-covered areas. With a novel method [1] we fully reconstructed the daily global MODIS LST products MOD11A1/MYD11A1 (spatial resolution: 1 km). For this, we combined temporal and spatial interpolation, using emissivity and elevation as covariates for the spatial interpolation. The data are provided in GeoTIFF format. The Coordinate Reference System (CRS) is identical to the MOD11A1/MYD11A1 product (Sinusoidal) as provided by NASA. In WKT as reported by GDAL: PROJCRS["unnamed", BASEGEOGCRS["Unknown datum based upon the custom spheroid", DATUM["Not specified (based on custom spheroid)", ELLIPSOID["Custom spheroid",6371007.181,0, LENGTHUNIT["metre",1, ID["EPSG",9001]]]], PRIMEM["Greenwich",0, ANGLEUNIT["degree",0.0174532925199433, ID["EPSG",9122]]]], CONVERSION["unnamed", METHOD["Sinusoidal"], PARAMETER["Longitude of natural origin",0, ANGLEUNIT["degree",0.0174532925199433], ID["EPSG",8802]], PARAMETER["False easting",0, LENGTHUNIT["Meter",1], ID["EPSG",8806]], PARAMETER["False northing",0, LENGTHUNIT["Meter",1], ID["EPSG",8807]]], CS[Cartesian,2], AXIS["easting",east, ORDER[1], LENGTHUNIT["Meter",1]], AXIS["northing",north, ORDER[2], LENGTHUNIT["Meter",1]]] Acknowledgments: We are grateful to the NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) for making the MODIS LST data available. The dataset is based on MODIS Collection V006. Meaning of pixel values: The pixel values are coded in Kelvin * 50 Data type: raster, UInt16 Spatial resolution: 926.62543314 m Spatial extent Sinusoidal (W, S, E, N): 0, 4447802.079066, 2223901.039533, 6671703.118599 Spatial extent in EPSG:4326 (W, S, E, N): 0, 40, 40, 60 [1] Metz M., Andreo V., Neteler M. (2017): A new fully gap-free time series of Land Surface Temperature from MODIS LST data. Remote Sensing, 9(12):1333. DOI: http://dx.doi.org/10.3390/rs9121333

Schreiben BGE an NBG - Kommentar zum Gutachten (PDF)

BUNDESGESELLSCHAFT FÜR ENDLAGERUNG BGE | Eschenstraße 55 | 31224 Peine Eschenstraße 55 31224 Peine T +49 5171 43-0 www.bge.de Ansprechpartner Nationales Begleitgremium Geschäftsstelle Buchholzweg 8 Haus 3, Eingang 3A 13627 Berlin Durchwahl Fax E-Mail Mein Zeichen @bge.de SG01102/8-9/4-2021#21 Datum und Zeichen Ihres Schrei- bens Datum 19. Mai 2021 Kommentar zum Gutachten „Entsprechen die Referenzdatensätze, die die BGE zur Anwendung der geowissenschaftlichen Abwägungskriterien teilweise eingesetzt hat, dem „state of the art“? „Sind sie also in ihrer Fachlichkeit für die Aufgabe der Ermittlung von Teilgebieten angemessen und entsprechen sie dem Stand von Wissenschaft und Technik?“ Sehr geehrter , wir möchten uns auf diesem Wege für das Gutachten bedanken. Wir werden Ihre Anregungen im Sinne des lernenden und trichterförmigen Verfahrens bei den Arbeiten zur Ermittlung von Standortregionen gerne so weit möglich berücksichtigen. Wir möchten jedoch folgende Hin- weise zu ihrem Gutachten geben: Für das Gutachten wurde die Definition des Begriffs „Referenzdatensatz“ nach EnArgus (2021) herangezogen. In den Arbeiten zur Ermittlung von Teilgebieten wurde jedoch keine Sammlung eine Datenmenge in Tabellenform intendiert, sondern eine Sammlung von Literaturreferenzen zu den jeweiligen Wirtsgesteinen. Diese Zusammenstellung von Literaturreferenzen hatte im Sinne des trichterförmigen Verfahrens außerdem keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Das Ziel der Unterlage „Referenzdatensätze“ war das Aufzeigen der möglichen physikalischen Bandbreite (in der Natur vorkommender) Werte der für die Bewertung der Indikatoren notwen- diger Eigenschaften (Parameter), bspw. der Gebirgsdurchlässigkeit. Die Wahl des Begriffes „Referenzdatensatz“ war dahingehend rückblickend irreführend und die Unterlage hätte an- ders bezeichnet werden können, bspw. „Zusammenstellung repräsentativer Werte“ o. ä.. Bundes-Gesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) Sitz der Gesellschaft: Peine, eingetragen beim Handelsregister AG Hildesheim (HRB 204918) Geschäftsführung: Stefan Studt (Vors.), Beate Kallenbach-Herbert, Steffen Kanitz, Dr. Thomas Lautsch Vorsitzender des Aufsichtsrats: Staatssekretär Jochen Flasbarth Kontoverbindung: Volksbank eG Braunschweig Wolfsburg - IBAN DE57 2699 1066 7220 2270 00, BIC GENODEF1WOB USt-Id.Nr. DE 308282389, Steuernummer 38/210/05728 BUNDESGESELLSCHAFT FÜR ENDLAGERUNG Im Sinne des trichterförmigen Verfahrens sowie der Verfahrensökonomie erfolgte bei der Er- mittlung von Teilgebieten eine Unterteilung der Unterlage hinsichtlich der drei zu betrachten- den Wirtsgesteine. Es wurde, wie angemerkt, keine weitere Differenzierung der verschiedenen regionalgeologischen und stratigraphischen Einheiten vorgenommen, auch wurde nicht zwi- schen Prä-Tertiären und Tertiären Tonen unterschieden. Eine Erhöhung des Detailgrades ist im weiteren Verlauf des trichterförmigen Verfahrens vorgesehen. Der gewählte Detailgrad ge- schah in Übereinstimmung mit dem StandAG (Anlage 1 (zu § 24 Abs. 3)): „Solange die ent- sprechenden Indikatoren nicht standortspezifisch erhoben sind, kann für die Abwägung das jeweilige Wirtsgestein als Indikator verwendet werden.“. Die Einschätzung, dass „[…] durch die Anwendung der geowissenschaftlichen Abwägungskri- terien, zum größten Teil basierend auf den Referenzdatensätzen und damit pauschal, keine wesentliche Eingrenzung der Fläche der identifizierten Gebiete hin zu den Teilgebieten er- folgte.“ ist nicht korrekt. Die geowissenschaftlichen Abwägungskriterien wurden auf die identi- fizierten Gebiete angewendet, außerdem: „Im Zuge der Anwendung der geowissenschaftli- chen Abwägungskriterien kommt es im Schritt 1 der Phase I zu keiner Flächenänderung der identifizierten Gebiete, da die Datengrundlage (Existenz, räumliche Auflösung) entsprechende Grenzziehungen nicht präzise genug ermöglicht.“ (S. 36,BGE 2020k). Die Anwendung der geoWK hätte also auch ohne die Verwendung von Referenzdatensätzen nicht zu einer Flä- chenreduktion geführt. Auf Basis der Anwendung der geoWK wurde die Anzahl der Gebiete reduziert. Ihre Einschätzung, dass der Einsatz von Referenzdatensätzen im Schritt 1 einen geringen Einfluss und wenig Differenzierungspotential hatte ist dementsprechend richtig und war zu erwarten. Die Verwendung von Referenzdatensätzen war jedoch auf Grund der Tatsa- che, dass nach StandAG eine Bewertung nach allen 11 Kriterien vorgeschrieben ist sowie auf Grund des ausdrücklichen Verweises auf die Verwendung von Referenzdatensätzen in An- lage 1 notwendig und zielführend. Der Grund für die Verwendung war nicht wie von Ihnen angeführt: „Um zu verhindern, dass Gebiete aufgrund nicht hinreichender geologischer Daten nicht eingeordnet werden können, hat die BGE […]“. Wir stimmen Ihnen zu, dass im weiteren Verlauf des Verfahrens die Zusammenstellung von Eigenschaften (Parametern) in einer Datenbank (Tabellenform) erfolgen sollte. Immer dann, wenn möglich sollen diese Eigenschaften möglichst gebietsspezifische vorliegen. Falls dies noch nicht der Fall ist, dann können weiterhin Referenzwerte herangezogen werden, idealer- weise für die stratigraphische Einheit. Durch eine solche Vorgehensweise wird auch die von Ihnen erwähnte statistische Auswertung möglich. Wie oben beschrieben war der Zweck der Zusammenstellung in Schritt 1 des Verfahrens jedoch anders gelagert und eine detaillierte Vorgehensweise noch nicht notwendig. Außerdem möchten wir uns für den Hinweis auf die P3-Datenbank bedanken. Eine Zusammenarbeit mit den Erstellern dieser Datenbank ist be- reits in Umsetzung. Seite 2 von 3 Bundes-Gesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) Sitz der Gesellschaft: Peine, eingetragen beim Handelsregister AG Hildesheim (HRB 204918) Geschäftsführung: Stefan Studt (Vors.), Beate Kallenbach-Herbert, Steffen Kanitz, Dr. Thomas Lautsch Vorsitzender des Aufsichtsrats: Staatssekretär Jochen Flasbarth Kontoverbindung: Volksbank eG Braunschweig Wolfsburg - IBAN DE57 2699 1066 7220 2270 00, BIC GENODEF1WOB USt-Id.Nr. DE 308282389, Steuernummer 38/210/05728 BUNDESGESELLSCHAFT FÜR ENDLAGERUNG Wir möchten uns außerdem für die Anregung zu einer fachöffentlichen Rezension bedanken und diesen Hinweis für die Erstellung von zukünftigen Datensätzen berücksichtigen. Die geoWK werden im Schritt 2 der Phase 1 erneut zur Anwendung kommen und dabei den Be- wertungsprozess mittels Bewertungsmodul erneut durchlaufen. Mit freundlichen Grüßen i. Vi. V. Abteilungsleiterin VorhabensmanagementAbteilungsleiter Sicherheitsuntersuchungen Seite … 3 von 3 Bundes-Gesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) Sitz der Gesellschaft: Peine, eingetragen beim Handelsregister AG Hildesheim (HRB 204918) Geschäftsführung: Stefan Studt (Vors.), Beate Kallenbach-Herbert, Steffen Kanitz, Dr. Thomas Lautsch Vorsitzender des Aufsichtsrats: Staatssekretär Jochen Flasbarth Kontoverbindung: Volksbank eG Braunschweig Wolfsburg - IBAN DE57 2699 1066 7220 2270 00, BIC GENODEF1WOB USt-Id.Nr. DE 308282389, Steuernummer 38/210/05728

Qualität des oberflächennahen Grundwassers 2000

Auswahl der Indikatoren Im Rahmen einer umfassenden statistischen Analyse aller Messdaten des Basismessnetzes wurden ca. 150 Parameter berlinweit ausgewertet. Die Nitratgehalte im Grundwasser Berlins sind grundsätzlich unproblematisch. Die organischen Spurenstoffe einschließlich der Pflanzenschutzmittel sowie Schwermetalle sind nur an wenigen Messstellen und lokal sehr begrenzt nachweisbar. Diese Aussage stützt die Einschätzung, dass durch die Punktquellen Berlins nach jetzigem Kenntnisstand keine flächenhafte Beeinträchtigung der Grundwasserkörper verursacht wird. Bei der Auswahl der Parameter für eine umfassendere Bewertung wurden nur die als potenzielle Problemstoffe im Grundwasser Berlins erkannten Parameter näher ausgewertet. Tabelle 1 dokumentiert die für eine flächenhafte chemische Charakterisierung des Berliner Grundwassers relevanten Parameter zusammen mit Angaben zur Anzahl der im Ergebnis der Messstellenauswahl vorhandenen Messwerte, unterschieden nach der Herkunft der Messstellen. h6. *: inkl. des Datenbestandes der “Altdaten” sowie des “Großprojektes” Nachdem die Beschaffenheitsdaten einer Prüfung und Bereinigung unterzogen wurden, konnten die arithmetischen Mittelwerte pro Messstelle gebildet werden. Diese bilden die unmittelbare Datengrundlage für eine regionalisierte Darstellung der Grundwasserbeschaffenheit (Erweiterung der Punktdaten zu Flächendaten). Intervallgrenzen Für eine differenzierte flächenhafte Darstellung der Konzentrationsbereiche wurden sechs Klassen gebildet, die im Zuge einer differenzierten statistischen Auswertung der Messwerte gebildet wurden. Die Tabelle 2 zeigt die Perzentilverteilung und die Schwellenwerte. Bei Bor liegt der Schellenwert von 1 mg/l in Anlehnung an die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) weit oberhalb der im Berliner Grundwasser gemessenen Werte. Der Wert wurde daher dem Datensatz angepasst und der Schwellenwert auf den halben Grenzwert der TrinkwV (500 µg/l) festgelegt. Nach Auswertung der Tabelle 2 wurde für eine erste Beurteilung der flächenhaften Verteilung von potenziellen Belastungsparametern eine Klassenbildung in sechsstufige Intervalle gemäß Tabelle 3 festgelegt. Diese feine Abstufung dient vorrangig der besseren räumlichen Darstellung von konzentrationsähnlichen Bereichen als Grundlage eines differenzierteren Abgleichs mit den Landnutzungsdaten. Des weiteren können Hochlastbereiche so besser abgeschätzt werden. Für eine erste Bewertung der Befunde sind im wesentlichen die Bereiche bis halber Schwellenwert, halber Schwellenwert bis Schwellenwert und größer Schwellenwert von Bedeutung. Die Abstufung in sechs Bereiche wurde folgendermaßen angepasst: h6. fett gedruckt sind die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung Darstellung Für die Regionalisierung wurde als geostatistisches Verfahren das Kriging – Schätzverfahren ausgewählt, das auf der Bildung gewichteter Mittelwerte von Variablenwerten basiert. Für die kontinuierliche, flächenhafte Bestimmung eines im Raum verteilten Parameters stehen Messungen an ausgewählten Orten (Grundwassermessstellen) zur Verfügung. Um “vom Punkt in die Fläche” zu kommen, also Angaben zur flächenhaften Verteilung des Parameters zu erhalten, müssen die Informationen aus den Punktmessungen räumlich interpretiert werden. Eine Variable kann jedoch an jedem Ort im Raum einen anderen Wert annehmen. Diese Variabilität lässt sich oft nicht vollständig beschreiben. Sie ist jedoch meist nicht zufällig, sondern durch eine gewisse räumliche Kontinuität geprägt. Erkennbar ist, dass räumlich näher beieinander liegende Messwerte ähnlicher zueinander sind als weiter entfernte. Aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Kriging-Schätzverfahren wurde für die Parameter Elektrische Leitfähigkeit, Sulfat, Chlorid, Kalium, Oxidierbarkeit und Bor das “Ordinary Kriging” (im Folgenden “OK”) ausgewählt. Dieses auch als “gewöhnliches” Kriging bezeichnete Verfahren liefert im Ergebnis der räumlichen Analyse für jeden gewählten Schätzpunkt innerhalb eines Gitters (grid) eine Konzentrationsangabe in der jeweils absoluten Maßeinheit des betreffenden hydrochemischen Parameters. Dies war das Ziel der Untersuchungen. Bei den Parametern Ammonium und Ortho-Phosphat wurde das Verfahren des “Indikator-Kriging” angewendet (im Folgenden “IK” genannt), da durch die Variogrammanalyse bei diesen Parametern keine räumliche Abhängigkeit der Messwerte untereinander festgestellt werden konnte. Im Gegensatz zum OK werden bei dem Indikator-Kriging-Ansatz die Messwerte nicht direkt verwendet, sondern durch eine Umwandlung in binäre Codes (0 und 1) in Abhängigkeit von einem festzulegenden Schwellenwert modifiziert. Das Ergebnis des IK liefert Angaben zur Wahrscheinlichkeit der Überschreitung des Schwellenwertes. Ein Wert von 75 % bedeutet z.B., dass in diesem Gebiet mit 75 %iger Wahrscheinlichkeit eine Grenzwertüberschreitung anzutreffen ist. Diese Codes gehen dann auf die gleiche Art in das Kriging-Schätzverfahren ein, wie beim OK, sodass eine flächenhafte Auswertung möglich ist. Der Indikator-Kriging-Ansatz wird dann angewandt, wenn der Anteil der Messwerte unterhalb der jeweiligen Bestimmungsgrenze relativ hoch ist. Der Anteil der Messwerte unterhalb der jeweiligen Bestimmungsgrenze ist bei den Parametern Ammonium, Ortho-Phosphat und Bor relativ hoch. Da der Parameter Bor jedoch in der Variogrammanalyse der Originalmesswerte eine interpretierbare Korrelation in Abhängigkeit von der Entfernung aufwies, wurde hier eine Interpolation nach dem OK-Ansatz bevorzugt.

Oberflächenabfluss, Versickerung und Gesamtabfluss aus Niederschlägen 2017

Mitte der 90er Jahre wurde in Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, Außenstelle Berlin, ein Modell entwickelt, programmiert und angewendet, das die wichtigsten Größen des Wasserhaushaltes berechnet. Die etwa 25 erforderlichen Grunddaten bzw. Eingangsparameter konnten für jede der ca. 25.000 Einzelflächen aus dem Informationssystem Stadt und Umwelt (ISU) zur Verfügung gestellt werden. Dieses Modell wurde verbessert (ABIMO 3.2) und mit aktualisierten Daten erneut angewendet. Das von Glugla entwickelte Abflussbildungsmodell ABIMO ist auf der Grundlage bereits seit den 70er Jahren entwickelter Modelle zur Berechnung des Grundwasserdargebots entstanden, und um Bausteine erweitert worden, die der speziellen Situation in urbanen Gebieten Rechnung tragen. Diese Erweiterung wurde gutachterlich durch das Institut für Ökologie (Bodenkunde) der TU Berlin und durch eine Diplomarbeit am Fachbereich Geographie der FU Berlin unterstützt. Bei der rechentechnischen Realisierung, die durch ein externes Softwarebüro erfolgte, wurde es außerdem an die spezielle Datenlage in Berlin angepasst. Das Berechnungsverfahren ermittelt zunächst die tatsächliche Verdunstung, um den Gesamtabfluss (Niederschlag minus Verdunstung) zu errechnen. Im zweiten Arbeitsschritt wird der Oberflächenabfluss als Teil des Gesamtabflusses bestimmt. Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss bildet dann den Versickerungsanteil. Einen Eindruck von der Komplexität des Verfahrens vermittelt Abb. 2. Der Gesamtabfluss wird aus der Differenz der langjährigen Jahresmittelwerte des Niederschlags und der realen Verdunstung berechnet. Die reale Verdunstung , wie sie im Mittel tatsächlich an Standorten und in Gebieten auftritt, wird aus den wichtigsten Einflussgrößen Niederschlag und potentielle Verdunstung sowie den mittleren Speichereigenschaften der verdunstenden Flächen berechnet. Bei ausreichender Feuchtezufuhr zur verdunstenden Fläche nähert sich die reale Verdunstung der potentiellen. Die reale Verdunstung wird zusätzlich durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche modifiziert. Höhere Speicherwirkung (z. B. größere Bindigkeit des Bodens und größere Durchwurzelungstiefe) bewirkt eine höhere Verdunstung. Dem aufgezeigten Zusammenhang zwischen den mehrjährigen Mittelwerten der realen Verdunstung einerseits sowie des Niederschlags, der potentiellen Verdunstung und der Verdunstungseffektivität des Standorts andererseits genügt die Beziehung nach Bagrov (vgl. Glugla et al. 1971, Glugla et al. 1976, Bamberg et al. 1981 und Abb. 3). Die Bagrov-Beziehung beruht auf der Auswertung langjähriger Lysimeter-Versuche und beschreibt das nichtlineare Verhältnis zwischen Niederschlag und Verdunstung in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften. Mit der Bagrov-Beziehung kann bei Kenntnis der Klimagrößen Niederschlag P und potentielle Verdunstung EP (Quotient P/EP) sowie des Effektivitätsparameters n der Quotient reale Verdunstung / potentielle Verdunstung (ER/EP) und somit die reale Verdunstung ER für Standorte und Gebiete ohne Grundwassereinfluss ermittelt werden. Zur Berechnung der grundwasserbeeinflussten Verdunstung wird ebenfalls das Bagrov-Verfahren in modifizierter Form genutzt, indem die mittlere Kapillarwasserzufuhr aus dem Grundwasser dem Niederschlag zugerechnet wird. Mit wachsendem Niederschlag P nähert sich die reale Verdunstung ER der potentiellen Verdunstung EP, d. h. der Quotient ER/EP nähert sich dem Wert 1. Bei abnehmendem Niederschlag P (P/EP geht gegen den Wert 0) nähert sich die reale Verdunstung ER dem Niederschlag P. Die Intensität, mit der diese Randbedingungen erreicht werden, wird durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche (Effektivitätsparameter n) verändert. Die Speichereigenschaften des Standorts werden insbesondere durch die Nutzungsform (zunehmende Speicherwirksamkeit in der Reihenfolge versiegelte Fläche, vegetationsloser Boden, landwirtschaftliche, gärtnerische bzw. forstliche Nutzung) sowie die Bodenart (zunehmende Speicherwirksamkeit mit höherer Bindigkeit des Bodens) bestimmt. Maß für die Speicherwirksamkeit des unversiegelten Bodens ist die nutzbare Feldkapazität als Differenz der Feuchtewerte des Bodens für Feldkapazität (Beginn der Wasserversickerung im Boden) und für den permanenten Welkepunkt (bleibende Trockenschäden an den Pflanzen). Weitere Landnutzungsfaktoren, wie Hektarertrag, Baumart und -alter, modifizieren den Parameterwert n. Der Parameter n wurde in Auswertung von Beobachtungsergebnissen zahlreicher in- und ausländischer Lysimeterstationen und von Wasserhaushaltsuntersuchungen in Flusseinzugsgebieten quantifiziert. Für Standorte und Gebiete mit flurnahem Grundwasser tritt infolge Kapillaraufstiegs von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflusste Bodenzone je nach Grundwasserflurabstand und Bodeneigenschaften eine gegenüber grundwasserunbeeinflussten Bedingungen erhöhte Verdunstung auf. Die Abflussbildung vermindert sich. Übersteigt die reale Verdunstung den Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, und die Werte für die Abflussbildung werden negativ (z. B. Fluss- und Seeniederungen). Bei Gewässerflächen tritt infolge höheren Wärmeangebots (geringeres Reflexionsvermögen der Einstrahlung) eine gegenüber Landflächen erhöhte potentielle Verdunstung auf. Die tatsächliche Gewässerverdunstung wird näherungsweise dieser erhöhten potentiellen Verdunstung gleichgesetzt. Punktuelle Versickerung, z. B. durch die Grundwasseranreicherungsanlagen der Wasserwerke wurde nicht berücksichtigt. Bei gärtnerischer Nutzung (Kleingärten, Wochenendhäuser, Parks, Friedhöfe, Baumschulen/Gartenbau und z.T. bei Wohn- oder Gemeinbedarfs- und Sondernutzungen) wurde zum Niederschlag für die Bewässerung ein Näherungswert addiert (50 – 100 mm/Jahr). Nachdem der mittlere Gesamtabfluss als Differenz aus Niederschlag und realer Verdunstung berechnet wurde, wird nun in einem zweiten Arbeitsschritt der Oberflächenabfluss bestimmt. Auf Dachflächen, die in die Kanalisation entwässern, entspricht der Oberflächenabfluss dem Gesamtabfluss. Flächen, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, erzeugen keinen Oberflächenabfluss. Unbebaut versiegelte Flächen infiltrieren abhängig von der Art der Oberflächenbeläge (Belagsarten) einen Teil des Abflusses in den Untergrund. Dieser Infiltrationsfaktor ist abhängig von der Breite, dem Alter und der Art der Fugen. Der nicht versickernde Abfluss wird – abhängig von dem Anschlussgrad an die Kanalisation – als Oberflächenabfluss über die Kanalisation abgeleitet oder versickert, sofern er nicht von der Kanalisation erfasst, am Rande der versiegelten Flächen. Ebenso versickern die Anteile der nicht an die Kanalisation angeschlossenen Dachflächen (vgl. Tab. 1). Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss entspricht somit der Versickerung als Ausgangsgröße für die Grundwasserneubildung. Die Verdunstung der Block(teil)flächen wird dann aus der Differenz von korrigiertem Niederschlag (Korrigierter Niederschlag = Niederschlag multipliziert mit dem Faktor 1,09 pauschal für Berlin) und Gesamtabfluss berechnet. Für die Anwendung des Verfahrens für urbane Gebiete mussten die Parameter n und die Infiltrationsfaktoren für die unterschiedlichen Versiegelungsmaterialien bestimmt werden. Hierzu wurden sowohl Lysimeterversuche mit verschiedenen Versiegelungsmaterialien als auch Berechnungen zum Benetzungsverlust ausgewertet (vgl. Wessolek/Facklam 1997). Die gewählten Größen für die genannten Parameter sind in Tab. 2 aufgeführt. Die mit dem Alterungsprozess durch Verdichtung und Verschlämmung der Fugen einhergehende Veränderung dieser Parameter wurde dabei berücksichtigt. Aufgrund nach wie vor unzureichender wissenschaftlicher Grundlagen sind die Angaben jedoch noch mit gewissen Unsicherheiten verbunden. Darüber hinaus wäre für hydrologische Fragestellungen eine andere Zusammenfassung der Belagsarten zu Belagsklassen wünschenswert. Um einen Eindruck zu vermitteln, wie die unterschiedlichen Flächennutzungen, Versiegelungsparameter und Bedingungen der Kanalisation den Wasserhaushalt beeinflussen wurde für ca. 35 Beispielsflächen mit typischen Nutzungen und ihren unterschiedlichen typischen Eigenschaften das Modell ABIMO angewandt und die Ergebnisse in Tab. 3 dargestellt. Das Verhältnis von Oberflächenabfluss, Versiegelung und Verdunstung ist entscheidend vom Ausmaß der Versiegelung und der Ableitung des Regenwassers in die Kanalisation abhängig. Für die aktuelle Berechnung wird seit der Ausgabe 2012 die Version des Programms ABIMO 3.2 verwendet. Diese Version unterscheidet sich von der alten vor allem durch eine verbesserte Parametersteuerung bei der Zuordnung der Werte für den Anschlussgrad der Dachflächen an die Kanalisation. Berücksichtigung des Einflusses begrünter Dächer auf die Daten zum Wasserhaushalt Durch die mit der Umweltatlaskarte 06.11 Gründächer (Ausgabe 2017) erstmalig vorliegenden flächendeckenden räumlichen Daten zu begrünten Dachflächen konnte für die aktuelle Ausgabe die Effekte der Gründächer auf den Wasserhaushalt erstmalig mit berechnet werden. Da das ursprüngliche Modell die Berücksichtigung grüner Dächer nicht vorsieht, musste ein Verfahren entwickelt werden, das erlaubt, diese Effekte trotzdem zu bilanzieren. Dazu war es zunächst erforderlich, belastbare Werte zum Verdunstungsverhalten aus der Literatur zu ermitteln. Die Literaturrecherche ergab unterschiedliche Jahresabflussbeiwerte für intensiv und extensiv begrünte Dächer (vgl. z. B. Rüngeler 1998, SenStadtWohn 2017). In der für die verwendete Datengrundlage ( Karte 06.11 , Ausgabe 2017) gewählten Methode wird auf Basis der spektralen Reflexionseigenschaften der Fernerkundungsdaten nur zwischen extensiv und intensiv begrünt unterschieden. Weitere wichtige Eigenschaften, wie z. B. Höhe des Bewuchses oder Substrataufbau können auf diese Weise nicht erfasst werden und liegen daher für die Auswertung bzgl. des Wasserhaushaltes auch nicht vor. Für die weitere Berechnung wurde deshalb von einem einheitlichen Jahresabflussbeiwert von 0,5 für alle Gründächer ausgegangen, d. h. sie verdunsten 50 % des Niederschlages. Ein normales, unbegrüntes Dach verdunstet auch einen geringen Teil des Niederschlages. Die Berechnung dieser Verdunstung erfolgt für jede Block- und Blockteilfläche mit ABIMO 3.2. Unbegrünte Gebäudedächer verdunsten demnach zwischen 75,5 mm/a und 83,6 mm/a unabhängig von den Kanalisierungsgraden und den Belagsarten. Das entspricht 12,3 % und 13,4 % des korrigierten Niederschlages. Zunächst wurde die zusätzliche Verdunstung eines begrünten Daches mit der folgenden Formel berechnet: Verdunstung GründachZusätzlich = Verdunstung Gründach – Verdunstung Normaldach Anschließend wurde die zusätzliche Verdunstung aller begrünten Dächer einer Block- bzw. Blockteilfläche summiert und von den Parametern Gesamtabfluss, Oberflächenabfluss sowie Versickerung abgezogen. Die Verdunstung mit Gründach berechnet sich aus der Verdunstung und der zusätzlichen Verdunstung. Diese Berechnungen wurde außerhalb des Programms ABIMO 3.2 im Nachgang durchgeführt (vgl. Goedecke/Gerstenberg 2019). Endergebnis Im Ergebnis der Berechnungen liegen für ca. 25.000 Einzelflächen aktualisierte langjährige Mittelwerte für den Gesamtabfluss, die Verdunstung, den Oberflächenabfluss und die Versickerung inkl. der Berücksichtigung der Gründächer vor. Die Werte wurden klassifiziert in mm/Jahr in den vorliegenden Karten dargestellt; die Gesamtmengen in m³/Jahr wurden ebenfalls errechnet und bilanziert. Es muss beachtet werden, dass die dargestellten Werte Mittelwerte über die als einheitliche Flächen dargestellten Blöcke sind, die in der Realität inhomogene Strukturen aufweisen. Die Abflüsse versiegelter und unversiegelter Flächen werden hier zu einem Durchschnittswert pro Block gemittelt. Außerdem werden die Abflüsse der Straßen den angrenzenden Blöcken zugeschlagen. Aus den Karten kann z. B. nicht abgelesen werden, wie hoch die Versickerungsleistung eines Quadratmeters unversiegelten Bodens ist. Hierzu ist daher eine ebenfalls flächendeckende und blockbezogene Berechnung mit veränderten Randparametern – also unter der Annahme gänzlich unversiegelter Verhältnisse – vorgenommen worden, deren Ergebnisse in der Karte 02.13.4 dargestellt sind.

Unterlage: „Wissenschaftliche Publikationen des Fachbereiches Sicherheit in der Kerntechnik im Jahr 2004“ (PDF, nicht barrierefrei)

Wissenschaftliche Publikationen des Fachbereiches Sicherheit in der Kerntechnik im Jahr 2004 Autor I. Beckmerhagen, H.P. Berg, S. Karapetrovic, W. Willborn H.P. Berg, O. Riese, M. Röwekamp H.P. Berg, M. Röwekamp, W. Klein-Heßling H.P. Berg, R.Görtz, E. Schimetschka H.P. Berg, Th. Fröhmel, R. Görtz H.P. Berg, M. Röwekamp, M. Türschmann, J. von Linden H.P. Berg, I.A. Beckmerhagen, P. Brennecke, S. Karapetrovic M. Röwekamp, H.P. Berg H.P. Berg, M. Röwekamp Titel On the effectiveness of quality management audits. The TQM Magazine 16, 2004, No. 1, S. 14-25 Current international activities to increase fire protection knowledge for nuclear power plants. Kerntechnik 69, 2004, No. 1-2, S. 26-29 Bewertung von Brandmodellen und Rechenprogrammen im Hinblick auf ihren Einsatz für regulatorische Entscheidungen. in: Tagungsbericht Jahrestagung Kerntechnik 2004, Hrsg. Deutsches Atomforum, INFORUM-Verlag, Bonn, 2004, S. 178-182 Parameter estimation for the Process Oriented Simulation (POS) model for common cause failures. in: Proceedings of the Conference Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM 7 – ESREL ´04), Vol. 2, Springer-Verlag, London, 2004, S. 837-842 Updating the regulatory PSA guidance in Germany based on current applications. in: Proceedings of the Conference Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM 7 – ESREL ´04), Vol. 4, Springer-Verlag, London, 2004, S. 1900-1905 First experiences regarding probabilistic fire safety assessment for full power and low power/shutdown operational states. in: Proceedings of the Conference Probabilistic Safety Assessment and Management (PSAM 7 – ESREL ´04), Vol. 5, Springer-Verlag, London, 2004, S. 2468-2473 Vorgehensweise bei der Integration von Managementsystemen. in: Tagungsband des Symposiums Sicherheitsmanagement in der Kerntechnik, TÜV- Akademie, München, 2004, sowie auf der Web-Seite der TÜV-Akademie German experience from reportable NPP fire events. in: Experience gained from fires in nuclear power plants: lessons learned, Hrsg. International Atomic Energy Agency, Wien, IAEA-TECDOC-1421, November 2004, S. 41 – 51 German practice on active fire protection features. in: Experience gained from fires in nuclear power plants: lessons learned, Hrsg. International Atomic Energy Agency, Wien, IAEA-TECDOC-1421, November 2004, S. 89 – 102

BioBuild

Im Baubereichen kann sich die Substitution mit biobasierten Werkstoffen positiv auf die Ressourceneffizienz auswirken. Das ist etwa der Fall, wenn Fassaden aus Biokompositen hergestellt werden, wie es im EU-Projekt BioBuild der Fall ist. Hier soll bei der Herstellung der CO2 -Ausstoß um bis zu 50 % im Vergleich zu mit hohem Energieaufwand produzierten Ziegeln oder faserverstärkten Kunststoffen reduziert werden. Das BioBuild-Projekt („High performance, economical and sustainable biocomposite building materials“) hat Biokomposite zum Ziel, die nicht durch Feuchtigkeitsaufnahme und mikrobielle Einflüsse abgebaut werden und Lebensdauern von 40 Jahren erreichen. In der ersten BioBuild-Projektphase wurden Haltbarkeit und Brandverhalten imprägnierter Gewebe aus Flachs, Jute und Hanf getestet. Auch Fügetechniken von Biokompositlaminanten untereinander sowie mit Edelstahlbefestigungen wurden entwickelt. In einem von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) geförderten Verbundprojekt wurde eine Bioschaumplatte aus Celluloseacetat (CA) für die Gebäudedämmung entwickelt. CA verfügt über vergleichbare mechanische Eigenschaften wie das weitverbreitete Dämmmaterial Polystyrol (PS), zeigt aber Unterschiede beim Erstarren und bei der Schmelzelastizität. Um ein biobasiertes Alternativmaterial zu Polystyrol bereitzustellen, wurde zunächst eine Grundrezeptur von CA mit geeigneten Weichmachern, Füllstoffen und Nukleierungsmittel entwickelt. In einem eigens aufgebauten Extruder wurden die grundsätzliche Schaumfähigkeit von CA nachgewiesen und die Verfahrensparameter optimiert. Anschließend wurden Tests auf immer größeren Extrusionsanlagen und erste Versuche zur Konfektionierung durchgeführt.

Oberflächenabfluss, Versickerung und Gesamtabfluss aus Niederschlägen 1990

In den vergangenen Jahren wurde in Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, Außenstelle Berlin, ein Modell entwickelt, programmiert und angewendet, das die wichtigsten Größen des Wasserhaushaltes berechnet. Die etwa 25 erforderlichen Grunddaten bzw. Eingangsparameter konnten für jede der ca. 25 000 Einzelflächen aus dem Umweltinformationssystem (UIS) zur Verfügung gestellt werden. Das von Glugla entwickelte Abflußbildungsmodell ABIMO ist auf der Grundlage bereits seit den 70er Jahren entwickelter Modelle zur Berechnung des Grundwasserdargebots entstanden, und um Bausteine erweitert worden, die der speziellen Situation in urbanen Gebieten Rechnung tragen. Diese Erweiterung wurde gutachterlich durch das Institut für Ökologie (Bodenkunde) der TU Berlin und durch eine Diplomarbeit am Fachbereich Geographie der FU Berlin unterstützt. Bei der rechentechnischen Realisierung, die durch ein externes Softwarebüro erfolgte, wurde es außerdem an die spezielle Datenlage in Berlin angepaßt. Das Berechnungsverfahren ermittelt zunächst die tatsächliche Verdunstung, um den Gesamtabfluß (Niederschlag minus Verdunstung) zu errechnen. Im zweiten Arbeitsschritt wird der Oberflächenabfluß als Teil des Gesamtabflusses bestimmt. Die Differenz aus Gesamtabfluß und Oberflächenabfluß bildet dann den Versickerungsanteil. Einen Eindruck von der Komplexität des Verfahrens vermittelt Abb. 2. Der Gesamtabfluß wird aus der Differenz der langjährigen Jahresmittelwerte des Niederschlags und der realen Verdunstung berechnet. Die reale Verdunstung , wie sie im Mittel tatsächlich an Standorten und in Gebieten auftritt, wird aus den wichtigsten Einflußgrößen Niederschlag und potentielle Verdunstung sowie den mittleren Speichereigenschaften der verdunstenden Flächen berechnet. Bei ausreichender Feuchtezufuhr zur verdunstenden Fläche nähert sich die reale Verdunstung der potentiellen. Die reale Verdunstung wird zusätzlich durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche modifiziert. Höhere Speicherwirkung (z. B. größere Bindigkeit des Bodens und größere Durchwurzelungstiefe) bewirkt eine höhere Verdunstung. Dem aufgezeigten Zusammenhang zwischen den mehrjährigen Mittelwerten der realen Verdunstung einerseits sowie des Niederschlags, der potentiellen Verdunstung und der Verdunstungseffektivität des Standorts andererseits genügt die Beziehung nach Bagrov (vgl. Glugla et al. 1971, Glugla et al. 1976, Bamberg et al. 1981 und Abb. 3). Die Bagrov-Beziehung beruht auf der Auswertung langjähriger Lysimeter-Versuche und beschreibt das nichtlineare Verhältnis zwischen Niederschlag und Verdunstung in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften. Mit der Bagrov-Beziehung kann bei Kenntnis der Klimagrößen Niederschlag P und potentielle Verdunstung EP (Quotient P/EP) sowie des Effektivitätsparameters n der Quotient reale Verdunstung / potentielle Verdunstung (ER/EP) und somit die reale Verdunstung ER für Standorte und Gebiete ohne Grundwassereinfluß ermittelt werden. Zur Berechnung der grundwasserbeeinflußten Verdunstung wird ebenfalls das Bagrov-Verfahren in modifizierter Form genutzt, indem die mittlere Kapillarwasserzufuhr aus dem Grundwasser dem Niederschlag zugerechnet wird. Mit wachsendem Niederschlag P nähert sich die reale Verdunstung ER der potentiellen Verdunstung EP, d. h. der Quotient ER/EP nähert sich dem Wert 1. Bei abnehmendem Niederschlag P (P/EP geht gegen den Wert 0) nähert sich die reale Verdunstung ER dem Niederschlag P. Die Intensität, mit der diese Randbedingungen erreicht werden, wird durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche (Effektivitätsparameter n) verändert. Die Speichereigenschaften des Standorts werden insbesondere durch die Nutzungsform (zunehmende Speicherwirksamkeit in der Reihenfolge versiegelte Fläche, vegetationsloser Boden, landwirtschaftliche, gärtnerische bzw. forstliche Nutzung) sowie die Bodenart (zunehmende Speicherwirksamkeit mit höherer Bindigkeit des Bodens) bestimmt. Maß für die Speicherwirksamkeit des unversiegelten Bodens ist die nutzbare Feldkapazität als Differenz der Feuchtewerte des Bodens für Feldkapazität (Beginn der Wasserversickerung im Boden) und für den permanenten Welkepunkt (bleibende Trockenschäden an den Pflanzen). Weitere Landnutzungsfaktoren, wie Hektarertrag, Baumart und -alter, modifizieren den Parameterwert n. Der Parameter n wurde in Auswertung von Beobachtungsergebnissen zahlreicher in- und ausländischer Lysimeterstationen und von Wasserhaushaltsuntersuchungen in Flußeinzugsgebieten quantifiziert. Für Standorte und Gebiete mit flurnahem Grundwasser tritt infolge Kapillaraufstiegs von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflußte Bodenzone je nach Grundwasser-Flurabstand und Bodeneigenschaften eine gegenüber grundwasserunbeeinflußten Bedingungen erhöhte Verdunstung auf. Die Abflußbildung vermindert sich. Übersteigt die reale Verdunstung den Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, und die Werte für die Abflußbildung werden negativ (z. B. Fluß- und Seeniederungen). Bei Gewässerflächen tritt infolge höheren Wärmeangebots (geringeres Reflexionsvermögen der Einstrahlung) eine gegenüber Landflächen erhöhte potentielle Verdunstung auf. Die tatsächliche Gewässerverdunstung wird näherungsweise dieser erhöhten potentiellen Verdunstung gleichgesetzt. Punktuelle Versickerung, z. B. durch die Grundwasseranreicherunganlagen der Wasserwerke wurde nicht berücksichtigt. Bei gärtnerischer Nutzung (Kleingärten) wurde zum Niederschlag für die Bewässerung ein einheitlicher Näherungswert addiert. Nachdem der mittlere Gesamtabfluß als Differenz aus Niederschlag und realer Verdunstung berechnet wurde, wird nun in einem zweiten Arbeitsschritt der Oberflächenabfluß bestimmt. Auf Dachflächen, die in die Kanalisation entwässern, entspricht der Oberflächenabfluß dem Gesamtabfluß. Flächen, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, erzeugen keinen Oberflächenabfluß. Unbebaut versiegelte Flächen infiltrieren abhängig von der Art der Oberflächenbeläge (Belagsarten) einen Teil des Abflusses in den Untergrund. Dieser Infiltrationsfaktor ist abhängig von der Breite, dem Alter und der Art der Fugen. Der nicht versickernde Abfluß wird – abhängig von dem Anschlußgrad an die Kanalisation – als Oberflächenabfluß über die Kanalisation abgeleitet oder versickert, sofern er nicht von der Kanalisation erfaßt, am Rande der versiegelten Flächen. Ebenso versickern die Anteile der nicht an die Kanalisation angeschlossenen Dachflächen (vgl. Tab. 1). Die Differenz aus Gesamtabfluß und Oberflächenabfluß entspricht somit der Versickerung als Ausgangsgröße für die Grundwasserneubildung. Für die Anwendung des Verfahrens für urbane Gebiete mußten die Parameter n und die Infiltrationsfaktoren für die unterschiedlichen Versiegelungsmaterialien bestimmt werden. Hierzu wurden sowohl Lysimeterversuche mit verschiedenen Versiegelungsmaterialien als auch Berechnungen zum Benetzungsverlust ausgewertet (vgl. Wessolek/Facklam 1997). Die gewählten Größen für die genannten Parameter sind in Tab. 2 aufgeführt. Die mit dem Alterungsprozeß durch Verdichtung und Verschlämmung der Fugen einhergehende Veränderung dieser Parameter wurde dabei berücksichtigt. Aufgrund nach wie vor unzureichender wissenschaftlicher Grundlagen sind die Angaben jedoch noch mit gewissen Unsicherheiten verbunden. Darüber hinaus wäre für hydrologische Fragestellungen eine andere Zusammenfassung der Belagsarten zu Belagsklassen wünschenswert. Im Ergebnis der Berechnungen liegen für die 25 000 Einzelflächen langjährige Mittelwerte für den Gesamtabfluß, den Oberflächenabfluß und die Versickerung vor. Die Werte wurden klassifiziert in mm/Jahr in den vorliegenden Karten dargestellt; die Gesamtmengen in m³/Jahr wurden ebenfalls errechnet und bilanziert. Es muß beachtet werden, daß die dargestellten Werte Mittelwerte über die als einheitliche Flächen dargestellten Blöcke sind, die in der Realität inhomogene Strukturen aufweisen. Die Abflüsse versiegelter und unversiegelter Flächen werden hier zu einem Durchschnittswert pro Block gemittelt. Außerdem werden die Abflüsse der Straßen den angrenzenden Blöcken zugeschlagen. Aus den Karten kann z.B. nicht abgelesen werden, wie hoch die Versickerungsleistung eines m² unversiegelten Bodens ist. Hierzu sind im Rahmen des Umweltinformationssystems spezielle ebenfalls flächendeckende und blockbezogene Auswertungen vorgenommen worden.

Oberflächenabfluss, Versickerung, Gesamtabfluss und Verdunstung aus Niederschlägen 2012

Mitte der 90er Jahre wurde in Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, Außenstelle Berlin, ein Modell entwickelt, programmiert und angewendet, das die wichtigsten Größen des Wasserhaushaltes berechnet. Die etwa 25 erforderlichen Grunddaten bzw. Eingangsparameter konnten für jede der ca. 25.000 Einzelflächen aus dem Informationssystem Stadt und Umwelt (ISU) zur Verfügung gestellt werden. Dieses Modell wurde verbessert (ABIMO 3) und mit aktualisierten Daten erneut angewendet. Das von Glugla entwickelte Abflussbildungsmodell ABIMO ist auf der Grundlage bereits seit den 70er Jahren entwickelter Modelle zur Berechnung des Grundwasserdargebots entstanden, und um Bausteine erweitert worden, die der speziellen Situation in urbanen Gebieten Rechnung tragen. Diese Erweiterung wurde gutachterlich durch das Institut für Ökologie (Bodenkunde) der TU Berlin und durch eine Diplomarbeit am Fachbereich Geographie der FU Berlin unterstützt. Bei der rechentechnischen Realisierung, die durch ein externes Softwarebüro erfolgte, wurde es außerdem an die spezielle Datenlage in Berlin angepasst. Das Berechnungsverfahren ermittelt zunächst die tatsächliche Verdunstung, um den Gesamtabfluss (Niederschlag minus Verdunstung) zu errechnen. Im zweiten Arbeitsschritt wird der Oberflächenabfluss als Teil des Gesamtabflusses bestimmt. Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss bildet dann den Versickerungsanteil. Einen Eindruck von der Komplexität des Verfahrens vermittelt Abb. 2. Der Gesamtabfluss wird aus der Differenz der langjährigen Jahresmittelwerte des Niederschlags und der realen Verdunstung berechnet. Die reale Verdunstung , wie sie im Mittel tatsächlich an Standorten und in Gebieten auftritt, wird aus den wichtigsten Einflussgrößen Niederschlag und potentielle Verdunstung sowie den mittleren Speichereigenschaften der verdunstenden Flächen berechnet. Bei ausreichender Feuchtezufuhr zur verdunstenden Fläche nähert sich die reale Verdunstung der potentiellen. Die reale Verdunstung wird zusätzlich durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche modifiziert. Höhere Speicherwirkung (z. B. größere Bindigkeit des Bodens und größere Durchwurzelungstiefe) bewirkt eine höhere Verdunstung. Dem aufgezeigten Zusammenhang zwischen den mehrjährigen Mittelwerten der realen Verdunstung einerseits sowie des Niederschlags, der potentiellen Verdunstung und der Verdunstungseffektivität des Standorts andererseits genügt die Beziehung nach Bagrov (vgl. Glugla et al. 1971, Glugla et al. 1976, Bamberg et al. 1981 und Abb. 3). Die Bagrov-Beziehung beruht auf der Auswertung langjähriger Lysimeter-Versuche und beschreibt das nichtlineare Verhältnis zwischen Niederschlag und Verdunstung in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften. Mit der Bagrov-Beziehung kann bei Kenntnis der Klimagrößen Niederschlag P und potentielle Verdunstung EP (Quotient P/EP) sowie des Effektivitätsparameters n der Quotient reale Verdunstung / potentielle Verdunstung (ER/EP) und somit die reale Verdunstung ER für Standorte und Gebiete ohne Grundwassereinfluss ermittelt werden. Zur Berechnung der grundwasserbeeinflussten Verdunstung wird ebenfalls das Bagrov-Verfahren in modifizierter Form genutzt, indem die mittlere Kapillarwasserzufuhr aus dem Grundwasser dem Niederschlag zugerechnet wird. Mit wachsendem Niederschlag P nähert sich die reale Verdunstung ER der potentiellen Verdunstung EP, d. h. der Quotient ER/EP nähert sich dem Wert 1. Bei abnehmendem Niederschlag P (P/EP geht gegen den Wert 0) nähert sich die reale Verdunstung ER dem Niederschlag P. Die Intensität, mit der diese Randbedingungen erreicht werden, wird durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche (Effektivitätsparameter n) verändert. Die Speichereigenschaften des Standorts werden insbesondere durch die Nutzungsform (zunehmende Speicherwirksamkeit in der Reihenfolge versiegelte Fläche, vegetationsloser Boden, landwirtschaftliche, gärtnerische bzw. forstliche Nutzung) sowie die Bodenart (zunehmende Speicherwirksamkeit mit höherer Bindigkeit des Bodens) bestimmt. Maß für die Speicherwirksamkeit des unversiegelten Bodens ist die nutzbare Feldkapazität als Differenz der Feuchtewerte des Bodens für Feldkapazität (Beginn der Wasserversickerung im Boden) und für den permanenten Welkepunkt (bleibende Trockenschäden an den Pflanzen). Weitere Landnutzungsfaktoren, wie Hektarertrag, Baumart und -alter, modifizieren den Parameterwert n. Der Parameter n wurde in Auswertung von Beobachtungsergebnissen zahlreicher in- und ausländischer Lysimeterstationen und von Wasserhaushaltsuntersuchungen in Flusseinzugsgebieten quantifiziert. Für Standorte und Gebiete mit flurnahem Grundwasser tritt infolge Kapillaraufstiegs von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflusste Bodenzone je nach Grundwasser-Flurabstand und Bodeneigenschaften eine gegenüber grundwasserunbeeinflussten Bedingungen erhöhte Verdunstung auf. Die Abflussbildung vermindert sich. Übersteigt die reale Verdunstung den Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, und die Werte für die Abflussbildung werden negativ (z. B. Fluss- und Seeniederungen). Bei Gewässerflächen tritt infolge höheren Wärmeangebots (geringeres Reflexionsvermögen der Einstrahlung) eine gegenüber Landflächen erhöhte potentielle Verdunstung auf. Die tatsächliche Gewässerverdunstung wird näherungsweise dieser erhöhten potentiellen Verdunstung gleichgesetzt. Punktuelle Versickerung, z. B. durch die Grundwasseranreicherungsanlagen der Wasserwerke wurde nicht berücksichtigt. Bei gärtnerischer Nutzung (Kleingärten, Wochenendhäuser, Parks, Friedhöfe, Baumschulen/Gartenbau und z.T. bei Wohn- oder Gemeinbedarfs- und Sondernutzungen) wurde zum Niederschlag für die Bewässerung ein Näherungswert addiert (50 – 100 mm/Jahr). Nachdem der mittlere Gesamtabfluss als Differenz aus Niederschlag und realer Verdunstung berechnet wurde, wird nun in einem zweiten Arbeitsschritt der Oberflächenabfluss bestimmt. Auf Dachflächen, die in die Kanalisation entwässern, entspricht der Oberflächenabfluss dem Gesamtabfluss. Flächen, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, erzeugen keinen Oberflächenabfluss. Unbebaut versiegelte Flächen infiltrieren abhängig von der Art der Oberflächenbeläge (Belagsarten) einen Teil des Abflusses in den Untergrund. Dieser Infiltrationsfaktor ist abhängig von der Breite, dem Alter und der Art der Fugen. Der nicht versickernde Abfluss wird – abhängig von dem Anschlussgrad an die Kanalisation – als Oberflächenabfluss über die Kanalisation abgeleitet oder versickert, sofern er nicht von der Kanalisation erfasst, am Rande der versiegelten Flächen. Ebenso versickern die Anteile der nicht an die Kanalisation angeschlossenen Dachflächen (vgl. Tab. 1). Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss entspricht somit der Versickerung als Ausgangsgröße für die Grundwasserneubildung. Für die Anwendung des Verfahrens für urbane Gebiete mussten die Parameter n und die Infiltrationsfaktoren für die unterschiedlichen Versiegelungsmaterialien bestimmt werden. Hierzu wurden sowohl Lysimeterversuche mit verschiedenen Versiegelungsmaterialien als auch Berechnungen zum Benetzungsverlust ausgewertet (vgl. Wessolek/Facklam 1997). Die gewählten Größen für die genannten Parameter sind in Tab. 2 aufgeführt. Die mit dem Alterungsprozess durch Verdichtung und Verschlämmung der Fugen einhergehende Veränderung dieser Parameter wurde dabei berücksichtigt. Aufgrund nach wie vor unzureichender wissenschaftlicher Grundlagen sind die Angaben jedoch noch mit gewissen Unsicherheiten verbunden. Darüber hinaus wäre für hydrologische Fragestellungen eine andere Zusammenfassung der Belagsarten zu Belagsklassen wünschenswert. Um einen Eindruck zu vermitteln, wie die unterschiedlichen Flächennutzungen, Versiegelungsparameter und Bedingungen der Kanalisation den Wasserhaushalt beeinflussen wurde für ca. 35 Beispielsflächen mit unterschiedlichen Eingangsgrößen das Modell ABIMO angewandt und die Ergebnisse in Tabelle 3 dargestellt. Das Verhältnis von Oberflächenabfluss, Versiegelung und Verdunstung ist entscheidend vom Ausmaß der Versiegelung und der Ableitung des Regenwassers in die Kanalisation abhängig. Für die aktuelle Berechnung wurde eine neue Version des Programms ABIMO verwendet. Diese Version unterscheidet sich von der alten vor allem durch eine verbesserte Parametersteuerung bei der Zuordnung der Werte für den Anschlussgrad der Dachflächen an die Kanalisation. Im Ergebnis der Berechnungen liegen für die 25.000 Einzelflächen aktualisierte langjährige Mittelwerte für den Gesamtabfluss, die Verdunstung, den Oberflächenabfluss und die Versickerung vor. Die Werte wurden klassifiziert in mm/Jahr in den vorliegenden Karten dargestellt; die Gesamtmengen in m³/Jahr wurden ebenfalls errechnet und bilanziert. Es muss beachtet werden, dass die dargestellten Werte Mittelwerte über die als einheitliche Flächen dargestellten Blöcke sind, die in der Realität inhomogene Strukturen aufweisen. Die Abflüsse versiegelter und unversiegelter Flächen werden hier zu einem Durchschnittswert pro Block gemittelt. Außerdem werden die Abflüsse der Straßen den angrenzenden Blöcken zugeschlagen. Aus den Karten kann z.B. nicht abgelesen werden, wie hoch die Versickerungsleistung eines m² unversiegelten Bodens ist. Hierzu ist daher eine ebenfalls flächendeckende und blockbezogene Berechnung mit veränderten Randparametern – also unter der Annahme gänzlich unversiegelter Verhältnisse – vorgenommen worden, deren Ergebnisse in der Karte 02.13.4 dargestellt sind.

Oberflächenabfluss, Versickerung, Gesamtabfluss und Verdunstung aus Niederschlägen 2005

Vor etwa 10 Jahren wurde in Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde, Außenstelle Berlin, ein Modell entwickelt, programmiert und angewendet, das die wichtigsten Größen des Wasserhaushaltes berechnet. Die etwa 25 erforderlichen Grunddaten bzw. Eingangsparameter konnten für jede der ca. 25 000 Einzelflächen aus dem Informationssystem Stadt und Umwelt (ISU) zur Verfügung gestellt werden. Dieses Modell wurde verbessert (ABIMO 3) und mit aktualisierten Daten zur Ableitung des Regenwassers über die Kanalisation erneut angewendet. Das von Glugla entwickelte Abflussbildungsmodell ABIMO ist auf der Grundlage bereits seit den 70er Jahren entwickelter Modelle zur Berechnung des Grundwasserdargebots entstanden, und um Bausteine erweitert worden, die der speziellen Situation in urbanen Gebieten Rechnung tragen. Diese Erweiterung wurde gutachterlich durch das Institut für Ökologie (Bodenkunde) der TU Berlin und durch eine Diplomarbeit am Fachbereich Geographie der FU Berlin unterstützt. Bei der rechentechnischen Realisierung, die durch ein externes Softwarebüro erfolgte, wurde es außerdem an die spezielle Datenlage in Berlin angepasst. Das Berechnungsverfahren ermittelt zunächst die tatsächliche Verdunstung, um den Gesamtabfluss (Niederschlag minus Verdunstung) zu errechnen. Im zweiten Arbeitsschritt wird der Oberflächenabfluss als Teil des Gesamtabflusses bestimmt. Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss bildet dann den Versickerungsanteil. Einen Eindruck von der Komplexität des Verfahrens vermittelt Abb. 2. Der Gesamtabfluss wird aus der Differenz der langjährigen Jahresmittelwerte des Niederschlags und der realen Verdunstung berechnet. Die reale Verdunstung , wie sie im Mittel tatsächlich an Standorten und in Gebieten auftritt, wird aus den wichtigsten Einflussgrößen Niederschlag und potentielle Verdunstung sowie den mittleren Speichereigenschaften der verdunstenden Flächen berechnet. Bei ausreichender Feuchtezufuhr zur verdunstenden Fläche nähert sich die reale Verdunstung der potentiellen. Die reale Verdunstung wird zusätzlich durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche modifiziert. Höhere Speicherwirkung (z. B. größere Bindigkeit des Bodens und größere Durchwurzelungstiefe) bewirkt eine höhere Verdunstung. Dem aufgezeigten Zusammenhang zwischen den mehrjährigen Mittelwerten der realen Verdunstung einerseits sowie des Niederschlags, der potentiellen Verdunstung und der Verdunstungseffektivität des Standorts andererseits genügt die Beziehung nach Bagrov (vgl. Glugla et al. 1971, Glugla et al. 1976, Bamberg et al. 1981 und Abb. 3). Die Bagrov-Beziehung beruht auf der Auswertung langjähriger Lysimeter-Versuche und beschreibt das nichtlineare Verhältnis zwischen Niederschlag und Verdunstung in Abhängigkeit von den Standorteigenschaften. Mit der Bagrov-Beziehung kann bei Kenntnis der Klimagrößen Niederschlag P und potentielle Verdunstung EP (Quotient P/EP) sowie des Effektivitätsparameters n der Quotient reale Verdunstung / potentielle Verdunstung (ER/EP) und somit die reale Verdunstung ER für Standorte und Gebiete ohne Grundwassereinfluss ermittelt werden. Zur Berechnung der grundwasserbeeinflussten Verdunstung wird ebenfalls das Bagrov-Verfahren in modifizierter Form genutzt, indem die mittlere Kapillarwasserzufuhr aus dem Grundwasser dem Niederschlag zugerechnet wird. Mit wachsendem Niederschlag P nähert sich die reale Verdunstung ER der potentiellen Verdunstung EP, d. h. der Quotient ER/EP nähert sich dem Wert 1. Bei abnehmendem Niederschlag P (P/EP geht gegen den Wert 0) nähert sich die reale Verdunstung ER dem Niederschlag P. Die Intensität, mit der diese Randbedingungen erreicht werden, wird durch die Speichereigenschaften der verdunstenden Fläche (Effektivitätsparameter n) verändert. Die Speichereigenschaften des Standorts werden insbesondere durch die Nutzungsform (zunehmende Speicherwirksamkeit in der Reihenfolge versiegelte Fläche, vegetationsloser Boden, landwirtschaftliche, gärtnerische bzw. forstliche Nutzung) sowie die Bodenart (zunehmende Speicherwirksamkeit mit höherer Bindigkeit des Bodens) bestimmt. Maß für die Speicherwirksamkeit des unversiegelten Bodens ist die nutzbare Feldkapazität als Differenz der Feuchtewerte des Bodens für Feldkapazität (Beginn der Wasserversickerung im Boden) und für den permanenten Welkepunkt (bleibende Trockenschäden an den Pflanzen). Weitere Landnutzungsfaktoren, wie Hektarertrag, Baumart und -alter, modifizieren den Parameterwert n. Der Parameter n wurde in Auswertung von Beobachtungsergebnissen zahlreicher in- und ausländischer Lysimeterstationen und von Wasserhaushaltsuntersuchungen in Flusseinzugsgebieten quantifiziert. Für Standorte und Gebiete mit flurnahem Grundwasser tritt infolge Kapillaraufstiegs von Grundwasser in die verdunstungsbeeinflusste Bodenzone je nach Grundwasser-Flurabstand und Bodeneigenschaften eine gegenüber grundwasserunbeeinflussten Bedingungen erhöhte Verdunstung auf. Die Abflussbildung vermindert sich. Übersteigt die reale Verdunstung den Niederschlag, tritt Wasserzehrung auf, und die Werte für die Abflussbildung werden negativ (z. B. Fluss- und Seeniederungen). Bei Gewässerflächen tritt infolge höheren Wärmeangebots (geringeres Reflexionsvermögen der Einstrahlung) eine gegenüber Landflächen erhöhte potentielle Verdunstung auf. Die tatsächliche Gewässerverdunstung wird näherungsweise dieser erhöhten potentiellen Verdunstung gleichgesetzt. Punktuelle Versickerung, z. B. durch die Grundwasseranreicherunganlagen der Wasserwerke wurde nicht berücksichtigt. Bei gärtnerischer Nutzung (Kleingärten) wurde zum Niederschlag für die Bewässerung ein einheitlicher Näherungswert addiert. Nachdem der mittlere Gesamtabfluss als Differenz aus Niederschlag und realer Verdunstung berechnet wurde, wird nun in einem zweiten Arbeitsschritt der Oberflächenabfluss bestimmt. Auf Dachflächen, die in die Kanalisation entwässern, entspricht der Oberflächenabfluss dem Gesamtabfluss. Flächen, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, erzeugen keinen Oberflächenabfluss. Unbebaut versiegelte Flächen infiltrieren abhängig von der Art der Oberflächenbeläge (Belagsarten) einen Teil des Abflusses in den Untergrund. Dieser Infiltrationsfaktor ist abhängig von der Breite, dem Alter und der Art der Fugen. Der nicht versickernde Abfluss wird – abhängig von dem Anschlussgrad an die Kanalisation – als Oberflächenabfluss über die Kanalisation abgeleitet oder versickert, sofern er nicht von der Kanalisation erfasst, am Rande der versiegelten Flächen. Ebenso versickern die Anteile der nicht an die Kanalisation angeschlossenen Dachflächen (vgl. Tab. 1). Die Differenz aus Gesamtabfluss und Oberflächenabfluss entspricht somit der Versickerung als Ausgangsgröße für die Grundwasserneubildung. Für die Anwendung des Verfahrens für urbane Gebiete mussten die Parameter n und die Infiltrationsfaktoren für die unterschiedlichen Versiegelungsmaterialien bestimmt werden. Hierzu wurden sowohl Lysimeterversuche mit verschiedenen Versiegelungsmaterialien als auch Berechnungen zum Benetzungsverlust ausgewertet (vgl. Wessolek/Facklam 1997). Die gewählten Größen für die genannten Parameter sind in Tab. 2 aufgeführt. Die mit dem Alterungsprozess durch Verdichtung und Verschlämmung der Fugen einhergehende Veränderung dieser Parameter wurde dabei berücksichtigt. Aufgrund nach wie vor unzureichender wissenschaftlicher Grundlagen sind die Angaben jedoch noch mit gewissen Unsicherheiten verbunden. Darüber hinaus wäre für hydrologische Fragestellungen eine andere Zusammenfassung der Belagsarten zu Belagsklassen wünschenswert. Um einen Eindruck zu vermitteln, wie die unterschiedlichen Flächennutzungen, Versiegelungsparameter und Bedingungen der Kanalisation den Wasserhaushalt beeinflussen wurde für ca. 35 Beispielsflächen mit unterschiedlichen Eingangsgrößen das Modell ABIMO angewandt und die Ergebnisse in Tabelle 3 dargestellt. Das Verhältnis von Oberflächenabfluss, Versiegelung und Verdunstung ist entscheidend vom Ausmaß der Versiegelung und der Ableitung des Regenwassers in die Kanalisation abhängig. Für die aktuelle Berechnung wurde eine neue Version des Programms ABIMO verwendet. Diese Version unterscheidet sich von der alten vor allem durch eine verbesserte Parametersteuerung bei der Zuordnung der Werte für den Anschlussgrad der Dachflächen an die Kanalisation. Im Ergebnis der Berechnungen liegen für die 25 000 Einzelflächen aktualisierte langjährige Mittelwerte für den Gesamtabfluss, den Oberflächenabfluss und die Versickerung vor. Die Werte wurden klassifiziert in mm/Jahr in den vorliegenden Karten dargestellt; die Gesamtmengen in m³/Jahr wurden ebenfalls errechnet und bilanziert. Es muss beachtet werden, dass die dargestellten Werte Mittelwerte über die als einheitliche Flächen dargestellten Blöcke sind, die in der Realität inhomogene Strukturen aufweisen. Die Abflüsse versiegelter und unversiegelter Flächen werden hier zu einem Durchschnittswert pro Block gemittelt. Außerdem werden die Abflüsse der Straßen den angrenzenden Blöcken zugeschlagen. Aus den Karten kann z.B. nicht abgelesen werden, wie hoch die Versickerungsleistung eines m² unversiegelten Bodens ist. Hierzu ist daher eine ebenfalls flächendeckende und blockbezogene Berechnung mit veränderten Randparametern – also unter der Annahme gänzlich unversiegelter Verhältnisse – vorgenommen worden, deren Ergebnisse in der Karte 02.13.4 dargestellt sind.

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