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Sukzession und Alternativen in der forstlichen Rekultivierung in Kiesgruben

Nach heutigem Stand des Wissens und der Technik ist die forstliche Rekultivierung von Kiesgruben und Steinbrüchen sehr kosten- und energieaufwendig und dennoch vielfach nicht zufriedenstellend. Die vorliegende, auf mehrere Jahre angelegte Untersuchung befasst sich mit der Vegetationsentwicklung (ungelenkte Sukzession) in für forstliche Pflanzungen vorbereiteten Rekultivierungsflächen, und zwar auf 'rohem und mit Waldoberbodenauflage (mit entsprechendem Diasporenreservoir) behandeltem Rekultivierungssubstrat. Von besonderem Interesse sind hierbei die Gehölze. In zwei Versuchsanlagen (Kiesgrube, Versuchsgelände des Institutes) mit 32 Versuchsparzellen à 2,1 x 2,1 m bzw. 1,5 x 1,5 m werden vier Varianten werden untersucht: Rohboden (Bodengemisch), Auflage von Altwaldoberboden auf Rohboden, beide Varianten jeweils ohne und mit Strohabdeckung. Von April bis Oktober 1999 wurden acht mal Anzahl und Deckung der Arten höherer Pflanzen der Versuchsparzellen aufgenommen sowie der Diasporenregen auf die Versuchsanlage erfaßt. Um die Herkunft der keimenden Pflanzen zu erfassen, wurde neben der Erfassung des Diasporenregens mittels Keimversuchen das Diasporenreservoir der Ausgangssubstrate (Rohboden, Waldoberboden) ermittelt sowie die Flora der unmittelbaren Umgebung erfaßt. Des weiteren werden klimatische Daten einbezogen sowie auf dem Versuchsgelände standörtliche Parameter (Bodenfeuchte in unterschiedlichen Tiefen) gemessen. Es zeigen sich signifikante Unterschiede in der Besiedlungsentwicklung und der Artenzusammensetzung der verschiedenen Varianten. Die Besiedlung erfolgte am raschesten und mit höchsten Deckungsgraden auf Versuchsparzellen mit einer Auflage von Altwaldoberboden. Hier entwickelten sich erst Schlagfluren, im zweiten Jahr breitete sich verstärkt die Brombeere aus. Gehölze treten nur vereinzelt auf. Auf den Rohbodenparzellen siedelten sich erwartungsgemäß Pionier- und Ruderalarten an, die Besiedlung erfolgte gegenüber der Waldbodenvariante jedoch verzögert und nicht so üppig. Die Dynamik auf Parzellen mit Strohauflage wurde im ersten Jahr vor allem von Weizenpflanzen, im zweiten von Ruderalarten bestimmt; Arten der obigen Varianten traten stark verzögert und nur in Einzelexemplaren auf. Für gesicherte erste Prognosen reicht der kurze Untersuchungszeitraum (April bis November 1999) noch nicht aus. Bezüglich der Gehölzentwicklung lassen sich auf einzelnen Rohbodenparzellen Anzeichen für die Entwicklung von Weidengebüschen oder Brombeergestrüppen erkennen. Auf den Parzellen mit Waldbodenauflage wird sich in den nächsten Jahren möglicherweise die Brombeere durchsetzen und andere Pflanzen unterdrücken.

Kolmation als Schlüsselgröße der Interaktion Oberflächenwasser - Grundwasser

1 Problemdarstellung und Ziel. 1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Die Interaktion zwischen Oberflächengewässern und Grundwasser wird neben den hydrogeologischen Randbedingungen maßgeblich durch die Gewässerstruktur, Substratzusammensetzung der Gewässersohle und der Ausbildung des Grundwasserleiters gesteuert. Hierbei ist die Kolmation einer Gewässersohle, d.h. alle Vorgänge, die zu einer Reduktion des Porenvolumens, einer Verfestigung, des Filtermediums und zu einer Durchlässigkeitsabnahme der Gewässersohle führen, als Schlüsselgröße zu sehen. Prinzipiell wird zwischen einer äußeren Kolmation, d.h. einer Ablagerung von Wasserinhaltsstoffen auf der Gewässersohle, einer inneren Kolmation, d.h. der Eintrag und die anschließende Ablagerung von Wasserinhaltstoffen in die Gewässersohle sowie einer biologischen und auch physiko-chemischen Kolmation, d.h. einer Förderung der Kolmationsbildung durch biologische sowie physiko-chemische Prozesse, unterschieden. Dabei wird die Kolmation von Gewässersohlen von zahlreichen, zeitlich und räumlichen variablen Einflussfaktoren beeinflusst (Bild 1). Die maßgebenden Parameter für die Kolmation sind nach SCHÄCHLI, 1992 die Sohlenschubspannung, der hydraulische Gradient zwischen Grundwasser und Oberflächengewässer, die Schwebstoff- und Geschiebehaushalt des Oberflächengewässers und die Kornverteilung der Gewässersohle. Die Verteilung der hydraulischen Durchlässigkeit im angrenzenden Grundwasserleiter hat zudem einen maßgeblichen Einfluss auf die Kolmation. Die Durchlässigkeitsverteilung des Grundwasserleiters ist meist sehr heterogen. Dadurch liegt i.d.R ein heterogenes Strömungsfeld zwischen Oberflächengewässer und Grundwasser vor, so dass die Gewässersohlstruktur entsprechend ausgebildet ist. Zudem werden Gewässersohlstrukturen auch stark durch zeitlich variierende äußere Faktoren (z.B. jahreszeitlichen Unterschiede im Abflussregime und im Sedimenttransport) sowie durch das wasserbaulichen Regelungskonzept geprägt. Insgesamt ergeben sich dadurch sehr komplexe Wirkungszusammenhänge. Die komplexen Wirkungszusammengänge zahlreicher Einflussfaktoren sind durch zahlreiche Forschungsaktivitäten bereits identifiziert und untersucht sowie in der Fachliteratur beschrieben worden. Jedoch sind bisher kaum Untersuchungen durchgeführt worden, die die Randbedingungen, die an Bundeswasserstrassen anzutreffen sind, berücksichtigen. Dadurch ist eine belastbare Prognose von Auswirkungen, die durch wasserbauliche Maßnahmen bedingt sind, auf die Wechselwirkung Oberflächengewässer und Grundwasser im Bereich der Bundeswasserstrassen, nur unzureichend möglich. usw.

RT-OEKOBILANZ - Analyse der ökologischen Bilanz des Raumtransports

Notfallvorsorgeplanung der Wasserver- und -entsorgung von Einrichtungen des Gesundheitswesens - organisatorische und technische Lösungsstrategien zur Erhöhung der Resilienz, Teilvorhaben: Organisatorische Belange der Notfallvorsorgeplanung für Wasserinfrastruktur in Einrichtungen des Gesundheitswesens

Auswirkungen des Klimawandels auf marine Ökosysteme der Nord- und Ostsee sowie Erkenntnisse über die Potenziale der Kohlenstoffaufnahme mariner Ökosysteme: Entwicklung von an den Klimawandel angepassten und integrierten Maßnahmen für den Meeresnaturschutz und marine Ökosysteme)

Modellierung aufwärtsgerichteter Fischwanderung auf Basis der 'Eulerian-Lagrangian-agent method'

Problemdarstellung und Ziel. Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Die Auffindbarkeit ist für die Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen (FAA) ein entscheidender Faktor. Existierende Richtlinien wie das DWA-Merkblatt 509 (DWA, 2014) und weitere wissenschaftliche Erkenntnisse sind jedoch oft nicht detailliert genug, um Planungsfragen zur Auffindbarkeit quantitativ zu beantworten. Rein hydraulische Modelluntersuchungen können Antworten liefern, stoßen jedoch bei geringfügigen Planungsunterschieden mangels geeigneter biologischer Bewertungsmethoden an ihre Grenzen. Untersuchungsziel: Ziel des FuE-Projekts ist die Entwicklung eines numerischen Verfahrens, welches den quantitativen Vergleich von FAA-Varianten in Bezug auf die Auffindbarkeit möglich macht. Basis dieses Verfahrens ist die Kopplung hydrodynamisch-numerischer (HN-)Modelle mit der ELAM ('Eulerian-Lagrangian-agent method'). Die Arbeitsbezeichnung der Implementierung der ELAM für die Bundeswasserstraßen lautet 'ELAM-de'. Untersuchungsmethoden: Zur Simulation der relevanten Bereiche in Kraftwerksunterwassern setzt die BAW momentan 3D-HN-Modelle in OpenFOAM® ein (Heinzelmann und Gisen, 2013). Zur 2D-Simulation von Stauhaltungen wird Telemac-2D verwendet. Es ist ein Teilziel dieses Projekts, die Genauigkeit und den Gültigkeitsbereich der Modelle für auffindbarkeitsbezogene Anwendungen weiter zu verbessern. Die ELAM wird seit ca. 15 Jahren vom renommierten US Army Corps of Engineers zur Beschreibung der abwärtsgerichteten Wanderung von Jungsalmoniden entwickelt und angewandt. Bestehende ELAM-Modelle verwenden hydraulische Parameter aus 2D- und 3D-HN-Modellen sowie kalibrierte Grenzwerte, um das Schwimmverhalten von Fischen nachzubilden (Goodwin et al., 2014). Der Quellcode (Fortran 90) liegt BAW/BfG vor, ist in der alten Version (ELAM-2014) jedoch nicht mit unstrukturierten Gittern, wie von aktuellen Verfahren wie OpenFOAM und Telemac-2D verwendet, kompatibel. Die Kompatibilität zu OpenFOAM soll innerhalb dieses Projekts hergestellt werden. Ein Verhaltensmodell für die aufwärtsgerichtete Wanderung einer einheimischen Spezies soll durch Analyse des bestehenden Verhaltensmodells für die abwärtsgerichtete Wanderung, Literaturrecherche und Auswertung von Verhaltensbeobachtungen in Kooperation mit der BfG entwickelt werden. Felddaten über das Verhalten von aufwandernden einheimischen Fischarten werden durch die BfG mittels Telemetrie in der Stauhaltung Kostheim/Main und an der FAA Koblenz/Mosel gewonnen. Labordaten über 3D-Fisch-Bewegungen soll ab Frühjahr 2016 die neue ethohydraulische Rinne an der BAW liefern. Die Daten sollen als Input für mehrere ELAM-de-Modelle verwendet werden.

Auswirkung der Zugabe von Dotationswasser und Sonderbauwerken auf die Passierbarkeit von Fischaufstiegsanlagen

Problemdarstellung und Ziel. Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Die Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen hängt von der Auffindbarkeit und der Passierbarkeit ab. Neben den regulären Becken, für die bezüglich ihrer Anordnung und Dimensionierung bereits Bemessungsgrundlagen existieren, beinhalten fast alle Fischaufstiegsanlagen (FAA) an Bundeswasserstraßen (BWaStr). Sonderbauwerke, für die keine Bemessungsgrundlagen existieren und für die die Passierbarkeit sichergestellt werden muss. Zur Verbesserung der Auffindbarkeit bei breiten Kraftwerkskanälen werden bspw. zusätzliche Einstiege angeordnet. Diese müssen durch Kanäle an die eigentliche FAA angeschlossen werden. Weiterer Untersuchungsbedarf ergibt sich bezüglich der Passierbarkeit der Becken, in denen mehrere Stränge der FAA, bspw. beim Anschluss verschiedener Einstiege, zusammengeführt werden. Dasselbe gilt auch für Becken, die oberhalb der Einstiege angeordnet sind und in die ein Vielfaches des Durchflusses der FAA als Dotationswasser zugegeben werden muss, um eine gute Leitströmung ins Unterwasser zu gewährleisten. Der Stand des Wissens (z. B. Dumont et al. 2005, DWA 2014) basiert im Wesentlichen auf Untersuchungen an Anlagen, die kleiner sind als jene an Bundeswasserstraßen oder andere Referenzfischarten betrachten (bei internationalen Veröffentlichungen). Durch die an BWaStr häufig stark ausgeprägte Konkurrenzsituation mit einer Wasserkraftanlage sind laut Empfehlung von BAW/BfG (Weichert et al. 2013) mitunter ehebliche Wassermengen an verschiedenen Einstiegen notwendig, um die Auffindbarkeit zu gewährleisten. Dadurch ergeben sich spezielle Anforderungen an die FAA, die sich vor Allem in speziellen Einstiegsbecken bzw. Collection Galleries und großen Dotationsbecken äußern, in die Wasser zugegeben werden muss und die sich mitunter auf mehrere Stränge verzweigen. Die ingenieurwissenschaftliche Fragestellung umfasst die Gewährleistung der Passierbarkeit für diese weitgehend unerforschten Sonderbauwerke. Untersuchungsziel: Durch das vorliegende FuE-Vorhaben sollen Sonderbauwerke standardisiert und daraus Bemessungsgrundlagen erarbeitet werden. Das betrifft die erforderliche Bauwerksgröße in Abhängigkeit der Durchflussmenge und die Ausgestaltung (Möblierung) der Becken und der Überleitungsbauwerke. Weiterhin müssen an der Schnittstelle zwischen Wasserzugabe und FAA, Parameter zur Dimensionierung von Rechen (vorrangig Austrittsgeschwindigkeit und Stababstand) so ermittelt werden, dass die Passierbarkeit gewährleistet ist, sich aber realisierbare Rechen- und somit Beckendimensionen ergeben.

Zukünftige stoffliche und mikrobiologische Herausforderungen für die kommunale Siedlungswasserwirtschaft

Strategische Ziele: Das Projekt zielt auf die Identifikation möglicher zukünftiger Herausforderungen an die kommunale Siedlungswasserwirtschaft aufgrund stofflicher und mikrobiologischer Belastungen ab. Durch die Zusammenstellung aller potentiellen Belastungen, die überwiegend aus der Siedlungswasserwirtschaft kommen, ihrer Minimierungsmaßnahmen und der jeweiligen Kosten dienen die Ergebnisse des Projektes auf politischer Ebene als Entscheidungsgrundlage, wo die Schwerpunkte der Siedlungswasserwirtschaft in den kommenden Jahren liegen werden. Im Sinne einer umfassenden Betrachtungsweise werden im Projekt alle Eintragspfade aus der kommunalen Siedlungswasserwirtschaft in die Umwelt berücksichtigt. Konkret sind das - gereinigtes kommunales Abwasser von Kläranlagen, - kommunales Abwasser von Mischwasserentlastungen, - Niederschlagswassereinleitungen aus der Trennkanalisation, - Straßenabwassereinleitungen (soweit kommunalen Ursprungs, also keine Autobahnen), - Klärschlamm. Darüber hinaus werden Eintragspfade außerhalb der kommunalen Siedlungswasserwirtschaft angesprochen, wenn klar ist, dass wirksame Hebel dort sinnvoll angesetzt werden können. Inhaltliche Ziele: Das Projekt wird den derzeitigen Stand des Wissens und der Forschung zusammenfassen, mögliche Herausforderungen und Lösungsansätze aber auch weiteren Forschungsbedarf und Wissenslücken darstellen. Dabei werden die benötigten Daten aus der bestehenden Literatur verwendet; es werden im Projekt keine Messungen und keine komplexen Modellierungen (z. B. anhand von MONERIS oder MoRe) durchgeführt.

Verbesserung von Methoden und Verfahren der BAW zur Entwicklung und belastbaren Beurtei-lung von Maßnahmen zur Reduzierung des Schwebstofftransportes in die Unterems

1 Problemdarstellung und Ziel. 1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Das Emsästuar ist ein ausgeprägtes flutstromdominantes System. Dies führt durch den stromaufgerichteten Schwebstofftransport zu einer erheblichen Verschlickung der Unterems. Um Maßnahmen zur Reduzierung des Schwebstofftransportes in die Unterems zu untersuchen und belastbar zu beurteilen, sollen Methoden und Verfahren der BAW im Rahmen dieses FuE-Projekts weiterentwickelt und verbessert werden. Basierend auf den Ergebnissen des Aktionsprogramms Ems (BAW, 2010) sollen die dafür notwendigen Untersuchungen mit den hydrodynamisch morphologisch numerischen Modellen der BAW durchgeführt werden. Das Projekt umfasst folgende Forschungsschwerpunkte: - Es sollen wasserbauliche Maßnahmen zur Reduzierung des stromaufwärtsgerichteten Schwebstofftransports sowie der Verschlickung der Unterems entwickelt und objektiv eingeschätzt werden. Hierfür sind verschiedene mögliche Lösungsvarianten mit dem HN-Modell UnTRIM, welches mit dem numerischen Sedimenttransportmodell SediMorph gekoppelt wird, zu untersuchen und soweit möglich in ihrer Wirksamkeit zu optimieren. - Die entwickelten wasserbaulichen Maßnahmen umfassen zudem hydraulische Querbauwerke deren Wirkung im Nahbereich durch das UnTRIM-Modell unter bestimmten Bedingungen nicht ausreichend physikalisch (und numerisch) genau berechnet werden kann. Hierfür sollen ggf. Modelle, die die lokale Wirkung von Bauwerken auf die Hydrodynamik adäquat berücksichtigen können, zur Absicherung der UnTRIM-Ergebnisse herangezogen werden. - Die numerischen Modelle UnTRIM und SediMorph unterliegen einer ständigen Weiterentwicklung und Optimierung. Neue oder überarbeitete Modellansätze, wie z.B. zur Modellierung der Turbulenz oder der Sinkgeschwindigkeit (konzentrations- und turbulenzabhängig), sowie weitere Modellverfahren, wie z.B. Delft3D, sollen überprüft werden. Auch die Wechselwirkung zwischen Wasserkörper, Flüssigschlick und (fester) Sohle ist ein entscheidender Prozess für die Hydro-, Schwebstoff-, und Morphodynamik der Unterems. Mit dem im KFKI-Forschungsvorhaben entwickelten Flüssigschlick-Modell MudSim (Wehr, 2012) sollen hierfür weitere Analysen sowie eine Integration der Software in die Programmumgebung der BAW erfolgen. - Untersuchungen zu den Folgen eines Klimawandels wurden in den Forschungsprojekten KLIWAS (Seiffert et al., 2014) und KLIMZUG-Nord bei der BAW durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass sich sowohl durch einen Meeresspiegelanstieg als auch durch veränderte Abflussverhältnisse die Unterhaltungssituation der Schifffahrtsstraßen in den Ästuaren weiter verschlechtern wird. Deswegen sollten Lösungsvarianten hinsichtlich dieser möglichen Veränderungen geprüft werden.

Betone für Verkehrswasserbauwerke mit Hydroabrasionsbeanspruchung

1.1 Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Im Bereich des Verkehrswasserbaus werden Betonoberflächen durch Hydroabrasion in unterschiedlicher Ausprägung beansprucht (Tosbecken, Wehrrücken, Sparbeckenzuläufe, Schleusensohlen, Schleusenkammerwände). Ein Verschleiß der Betonoberflächen erfolgt insbesondere durch die im Wasser mitgeführten Feststoffe, die eine kombinierte schleifende und stoßende Beanspruchung auf die Betonoberflächen ausüben können. Der Grad der Beanspruchung wird unter anderem durch die Fließgeschwindigkeit des Wassers und durch Anteil, Härte, Form und Größe der Feststoffe im Wasser beeinflusst. Auf europäischer Ebene wird der Verschleißwiderstand im Regelwerk der EN 206-1 nicht gesondert behandelt. Im nationalen Anwendungsdokument der DIN 1045-2 wird zur Beschreibung der Intensität der mechanischen Verschleißbeanspruchung eine Expositionsklasseneinteilung XM1 bis XM3 vorgenommen. Diese wurde bei der Erarbeitung der ZTV-W LB 215 bzw. 219 übernommen. Inwiefern die im Wesentlichen aus Verkehr herrührende Expositionsklassensystematik der DIN 1045-2 auch die Hydroabrasion angemessen beschreibt, ist ungewiss. Eine Überprüfung und ggf. Anpassung der Regelungen wäre daher erforderlich. Auch auf der Widerstandsseite, die durch den Beton beschrieben wird, sind noch viele Fragen offen, beispielsweise in wiefern die deskriptiven Regelungen der DIN 1045-2 zur Sicherstellung eines ausreichenden Widerstandes gegenüber Verschleiß durch Hydroabrasion angemessen sind. Der Betonoberfläche kommt eine wichtige Bedeutung zu, da die Beanspruchung stets von der Oberfläche her stattfindet. Derzeit existiert kein standardisiertes Prüfverfahren mit festgeschriebenen Abnahmekriterien, welches diese kombinierte Beanspruchung zufrieden stellend abbilden kann. Aussichtsreiche Untersuchungsmethoden basieren derzeit auf der Verschleißprüfmaschine nach Bania (Bania, A., 1989). Weiterentwicklungen dieser Prüfeinrichtung werden in (Haroske, G., 1998), (Vogel, M.; Müller, H. S., 2009) beschrieben. In der BAW wurde in der Vergangenheit die Unterwassermethode nach ASTM C1138M zur Untersuchung des Widerstands gegenüber Hydroabrasion verwendet. In (Helbig, U.; Horlacher, H.-B. (2007)) wird auf Betonuntersuchungen mit einer Versuchseinrichtung in Anlehnung an das Prüfgerät zur Bestimmung der Abriebbeständigkeit von Geotextilien nach RPG (RPG, 1994) verwiesen. 1.2 Bedeutung für die WSV: Hydroabrasion ist eine Beanspruchung des Betons, die wesentlich im Verkehrswasserbau auftreten kann. Bei Bauwerken wie beispielsweise Tosbecken oder Wehrrücken, die einer solchen Beanspruchung ausgesetzt sind, ist es daher von zentraler Bedeutung, dort Betone oder Betonersatzsysteme einzusetzen, die der Beanspruchung einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen. Aufwendige Instandsetzungen derartiger Bauteile sollen damit künftig möglichst vermieden bzw. erforderliche Instandsetzungsmaßnahmen dauerhaft gegenüber dieser Beanspruchung ausgeführt werden.

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