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Neuorientierung kommunaler Abfallgebuehren

Entwicklung eines Mehr-Komponenten-Modelles, bei dem die Abfallgebuehren nach Wahrscheinlichkeits- und Wirklichkeitsmassstaeben unter Beruecksichtigung von Kostenverursachung und Lenkungsaspekten errechnet werden. Die Umsetzung erfolgte ueber ein unter Windows programmiertes EDV-Programm. Diese Software wird unter dem GeSiMo, Gebuehrensimulationsmodell eingesetzt. Zielgruppen sind Anwender aus den Bereichen Gebietskoerperschaften, Enstorgungsfiemen und aus der Forschung und Lehre.

Determinanten der Strassenverkehrsunfaelle

Auf aggregiertem Niveau werden die Determinanten der Verkehrsunfaelle in einem dreistufigen Modell untersucht. Zunaechst wird die Personenverkehrsnachfrage in Abhaengigkeit von ueber zwanzig relevanten Determinanten modelliert und geschaetzt. Bei gegebener Verkehrsnachfrage und gegebener Unfallwahrscheinlichkeit wird die Hoehe der Unfallschwere (geringer, grosser Sachschaden; geringer oder grosser Personenschaden sowie Todesfolge) modelliert und geschaetzt. Eine besondere Bedeutung im Rahmen dieser Untersuchung hat die Entwicklung spezifischer oekonometrischer Software, insbesondere zur Einbeziehung sehr allgemeiner stochastischer Komponenten.

Stochastische Analysis von Sprungprozessen

Wir verbinden Methoden der Wahrscheinlichkeitstheorie mit Methoden der Analysis um Sprungprozesse zu analysieren. Insbesondere betrachten wir Coupling von Prozessen.

Schadensverhuetung durch fruehzeitige Fehlererkennung

Mit Hilfe dynamischer Prozessmodelle werden technische Prozesse auf das Auftreten von Stoerungen ueberwacht, um schwerwiegende Schaeden an Anlage und Umwelt zu vermeiden. Die Untersuchungen werden mit Hilfe von Modellbildung und Erprobung an Pilotanlagen durchgefuehrt. Es kommen Verfahren der modernen Systemtheorie und Wahrscheinlichkeitstheorie zur Anwendung.

Entwicklung von Fuzzy-Set-Theorie-basierten Verfahren für die Anwendung in einem Bodeninformationssystem

Methoden der Fuzzy-Set-Theorie können in unterschiedlichen bodenkundlichen Teildisziplinen den üblicherweise angewendeten Methoden der Klassifikation, Behandlung von Datenunsicherheiten und Modellierung deutlich überlegen sein, da sie bei geringeren Informationsverlusten einen flexibleren Umgang mit Parameterunschärfen erlauben. Derzeit besteht ein wachsender Bedarf an der Entwicklung von Verfahren, welche künftig die während der Datenverarbeitung in Bodeninformationssystemen auftretenden Informationsverluste minimieren, die Klassifikationsgüte erhöhen und eine direkte Qualitätsbeurteilung von Karten ermöglichen. In enger Kooperation mit Geologischen Landesämtern ist daher die Erarbeitung entsprechender, auf der Fuzzy-Set-Theorie basierender Verfahren zur automatisierten Bodenklassifikation nach der deutschen Bodenkundlichen Kartieranleitung sowie für die differenzierte Bewertung von Bodenfunktionspotentialen vorgesehen. Um die Ergebnisse hinreichend abzusichern und ihre Interpretationsfähigkeit zu gewährleisten, soll insbesondere die Überprüfung der verwendeten Fuzzy-Parameter und Operatoren im Zentrum der Arbeiten stehen. Unter Nutzung der auch in den Geologischen Landesämtern angewendeten geographischen Informationssysteme zur Durchführung des Vorhabens soll eine mögliche praktische Umsetzung der Ergebnisse im Rahmen von Bodeninformationssystemen untersucht werden.

Grundlegende F&E-Arbeiten zu Methoden der Zustandsüberwachung von Transport- und Lagerbehältern für abgebrannte Brennelemente und wärmeentwickelnde hochradioaktive Abfälle bei verlängerter Zwischenlagerung, Teilvorhaben: Thermographische Messverfahren

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht in einer Bewertung verschiedener physikalischer Messprinzipien, Verfahren und Methoden zur nichtinvasiven Überwachung des Zustandes des Inventars von Transport- und Lagerbehältern bei verlängerter Zwischenlagerung. Damit sollen Veränderungen der Brennelemente bzw. der Behälterstrukturen über Zeiträume von mehreren Jahrzehnten erkannt werden können, ohne die Behälter zu öffnen, um Aussagen über die Transport- und Konditionierungsfähigkeit der Abfälle vor Verbringung im Endlager zu ermöglichen. Dazu werden durch den Antragsteller die Messverfahren Strahlungsemissionsmessung (Gammastrahlung, Neutronen), Thermographie und Myonenabbildung näher untersucht. Beim Projektpartner HSZG erfolgen Untersuchungen zur akustischen Spektroskopie. Im 1. Jahr werden diese Messverfahren im Rahmen eines vertieften Methoden-Screenings mittels grundlegender physikalischer und technischer Betrachtungen bewertet. Im 2. und 3. Jahr schließt sich eine vertiefte Analyse, Methodenbewertung und Verfahrenskonzeption an. Das Verbundvorhaben ist in die folgenden 10 Arbeitspakete gegliedert (Bearbeitungsmonate in Klammern): AP1: Allgemeine Analyse des Standes von Wissenschaft und Technik (M1-6, TUD, HSZG) AP2: Methodenscreening für Strahlungsemission, Myonen und Thermographie (M5-12, TUD) AP3: Methodenscreening für Schwingungsspektroskopie (M5-12, HSZG) AP4: Analysen zum Gamma- und Neutronenstrahlungsfeld mittels Monte-Carlo-Simulation (M13-M33, TUD) AP5: Monte-Carlo-basierte Analysen zur Bewertung der Myonen-Radiographie (M13-M33, TUD) AP6: FEM-Analysen zur Bewertung der Thermographie (M13-M33, TUD) AP7: Entwicklung von Zustandserkennungsmethoden für multimodale Behälterüberwachungsdaten (M13-M33, HSZG) AP8: Experimentelle Analysen für Gammastrahlung und Thermographie (M13-M33, HSZG) AP9: Experimentelle Analysen zur Schwingungsspektroskopie (M13-M33, HSZG) AP10: Entwicklung von Verfahrenskonzepten zur Behälterüberwachung (M31-M36,TUD, HSZG).

Veränderungen und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flußgebieten - am Beispiel der Elbe (VERIS-Elbe), Hydrologische-hydrodynamisches Hochwasserrisiko in Abhängigkeit von potentiellen Klima- und Landnutzungsänderungen

Zielstellung - allgemein: Ziel des Verbundvorhabens VERIS-Elbe ist die Untersuchung der Veränderungen von Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten und Möglichkeiten ihres integrierten Managements. Hochwassergefahr, Vulnerabilität und Schadensentstehung werden auf der Makroskala raumzeitlich hochauflösend simuliert, wobei sowohl der naturräumliche als auch der gesellschaftliche Wandel berücksichtigt werden. Darauf aufbauend wird die Wirksamkeit und Effizienz strategischer Handlungsalternativen für zukünftige Entwicklungen analysiert und bewertet. Das Vorhaben stellt dazu zunächst einen theoretisch-methodologisch kohärenten Ansatz bereit. Anschließend erfolgt für das Fallbeispiel Elbe eine anwendungsorientierte Erprobung. Die Wirkungsanalyse stützt sich auf ein fachübergreifendes und szenariofähiges Modellsystem der wichtigsten physischen Prozesse vom Niederschlag bis zur Schadensentstehung. In mittelfristigen Entwicklungsszenarios (bis 2055) werden Trends des regionalen Klimas und Flächennutzungsänderungen in überschwemmungsgefährdeten Gebieten einbezogen. Als Handlungsalternativen stehen die Aktivierung von Rückhaltepotenzialen beim Wellenablauf und die Verringerung der Vulnerabilität im Vordergrund. Die Entwicklungsszenarios werden in Bezug auf ihre ökonomische, soziale und ökologische Effektivität und Effizienz multikriteriell bewertet. Für deren Umsetzung werden innovative rechtliche und raumplanerische Umsetzungsinstrumente sowie weiterführende Empfehlungen erarbeitet. Zielstellung - IHM, TU Dresden: Vom IHM wird das Niederschlag-Abfluss-Modell LISFLOOD in Kombination mit neuen extremwertstatistischen Ansätzen betrieben. Damit können Durchflüsse bestimmter Auftretenswahrscheinlichkeit unter besonderer Berücksichtigung von Extremereignissen für die Elbe im Längsschnitt berechnet werden. Die Untersuchungen sollen als hydrologische Szenarioanalysen für den Status quo als auch für zukünftig zu erwartende Klimazustände (IPCC-Szenarien A2, A1B und B1) erfolgen. Die Bewertung des Wiederkehrintervalls von Hochwasserereignissen soll mit einem neuen multikriteriellen Verfahren der gekoppelten Niederschlags-Abfluss-Statistik erfolgen. Damit soll eine wesentlich fundiertere Bewertung der gegenwärtigen, sowie der bei den genannten Veränderungen zu erwartenden Hochwassergefahr erzielt werden, als sie bisher mit monokriteriellen Verfahren der Hochwasser- und Niederschlagsstatistik erlangt werden konnten. Das ist die wesentliche Grundlage für die realistische Zuordnung von Schadenspotenzialen, für die Erarbeitung von Empfehlungen zur mittelfristigen Hochwasservorsorge, zur Erfolgskontrolle und zum Monitoring der künftigen Entwicklung im Gesamtverlauf der Elbe. Methoden - allgemein: Die Aufgabenstellung erfordert ein komplexes Forschungsdesign. Einerseits sollen die Wirkungszusammenhänge von Hochwasserrisiken zeitbezogen abgebildet und andererseits alternative Entwicklungsmöglichkeiten formuliert und analysiert werden. usw.

05M2018 - MOReNet: Modellierung, Optimierung und Regelung von Netzwerken heterogener Energiesysteme mit volatiler erneuerbarer Energieerzeugung, Teilprojekt 4: Entwicklung mathematischer Methoden, die eine integrierte, effiziente und echtzeitfähige Optimalsteuerung erlauben

Die stetig wachsende dezentrale Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien, evtl. sogar gekoppelt mit lokalen Energiespeichern, führt zu verkoppelten dynamischen Systemen, in denen um Größenordnungen mehr Komponenten gesteuert und optimiert werden müssen als dies traditionell der Fall ist. Dieser Paradigmenwechsel bedeutet, dass existierende Methoden für den Betrieb, sowie die Regelung und Steuerung, zunehmend an ihre Grenzen geraten. Ohne die Erarbeitung und den Einsatz neuer mathematischer Methoden der Optimierung und Optimalen Steuerung ist die Energiewende nicht zu bewerkstelligen. Im Rahmen von MOReNet werden daher neue mathematische Ansätze und algorithmische Lösungsverfahren für die Optimale Steuerung und die vorausschauende Regelung solcher Systeme entwickelt. Die Herausforderung besteht dabei in der Berücksichtigung folgender Aspekte: stark verkoppelte und durch diskrete Schaltvorgänge beinflussbare Netzstrukturen elektrischer Energieversorgungssysteme, inhärent nichtlineare Multi-Skalen- Dynamik und sicherheitsrelevante Beschränkungen sowie Volatilität und Stochastizität sowohl der erneuerbaren Einspeisung als auch des Verbrauchs von Haushalten und Industrie. Durch effiziente numerische Lösung geeigneter Optimalsteuerungsprobleme soll es ermöglicht werden, die unverzichtbaren Optimierungspotentiale verschiedener Speicher-, Verbrauchs- und Erzeugungsvorgänge für Netzbetreiber und Energieversorger nutzbar zu machen. Auf der mathematischen Ebene steht hierbei die Formulierung geeigneter gemischt-ganzzahliger Optimalsteuerungsprobleme und die Berücksichtigung stochastischer Unsicherheiten, die Entwicklung geeigneter echtzeitfähiger numerischer Lösungsverfahren, welche insbesondere via Dekomposition eine verteilte modellbasierte dezentrale Implementierung erlauben, sowie die Lösung des Zustandsrekonstruktionsproblems im Fokus. Das Teilprojekt KIT untersucht vorrangig Fragen der effizienten Implementierung und die Berücksichtigung stochastischer Unsicherheiten.

Veränderungen und Management der Risiken extremer Hochwasserereignisse in großen Flußgebieten - am Beispiel der Elbe (VERIS-Elbe), Analyse und Bewertung von Hochwasserschäden und Retentionsräume / Szenarios des Hochwasserrisikomanagement

Im Verbundvorhaben VERIS werden Veränderungen von Risiken durch extreme Hochwasserereignisse in großen Flussgebieten und Möglichkeiten ihres integrierten Managements untersucht. Fallbeispiel ist das transnationale Einzugsgebiet der Elbe mit vertiefender Betrachtung der Hochwasserrisiken entlang des deutschen Elbelaufs. Hochwassergefahr, Vulnerabilität und Schadensentstehung werden auf der Makroskala raum-zeitlich hoch auflösend simuliert. Dabei finden speziell der mittelfristige Klimawandel und der Wandel der Flächennutzungen in den Flussauen bis zum Jahr 2055 Berücksichtigung. Darauf aufbauend werden wasserwirtschaftliche, bauliche sowie raumplanerische Handlungsoptionen konzipiert und im Hinblick auf ihre Wirksamkeit und Effizienz analysiert. Abschließend erfolgt eine multikriterielle Bewertung von Risiken und Maßnahmen. Forschungsfragen: - Wie können die Risiken extremer Hochwasser auf der Skala großer Flussgebiete ganzheitlich und raum-zeitlich hoch auflösend simuliert werden? (Methodologie); - Wie ändern sich die Hochwassergefahr, die Vulnerabilität und die Schadens-potenziale durch sich ändernde natur- räumliche und gesellschaftliche Rahmenbedingungen sowie strategische Handlungsalternativen? (Wirkungsanalyse); - Welche ökonomische, soziale und ökologische Effektivität und vergleichende Effizienz weisen die Handlungsalternativen auf und mit welchen Instrumenten können sie umgesetzt werden? (Bewertung, Umsetzungsinstrumente). Methodischer Ansatz: Durch den komplexen Forschungsgegenstand wird der Untersuchungsansatz von VERIS durch zwei Dimensionen der Integration bestimmt: Zum einen erfolgt eine Kopplung disziplinärer Modelle zu einem Modellsystem des Hochwasserrisikomanagements. Zum anderen stehen die Ergebnisse der Modellsimulationen in einem planerischen Zusammenhang, der von der ex post-Analyse über die Kombination von Entwicklungstrends Handlungsalternativen zu qualitativ-quantitativen und Handlungsalternativen zu Szenarios bis zu deren ex ante-Analyse, multikriteriellen Bewertung sowie Instrumenten der Umsetzung reicht. Teilaufgaben: Das Vorhaben gliedert sich in 6 Teilaufgaben mit spezifischen Arbeitspaketen: - Integration, Koordination, Kommunikation; - Aufbau und Kopplung der Hochwassermodelle; - Aufbau des simulationsfähigen Schadensmodells; - Länderübergreifende multikriterielle Analyse der Retentionspotenziale; - Konzeption von Szenarios zu extremen Hochwasserrisiken; - Ex ante-Analyse und Bewertung der Hochwasserrisiken der Szenarios. Verwertung: VERIS ist auf die Bereitstellung von allgemeingültigen Erkenntnissen und Methoden ausgerichtet, mit denen die Hochwasserrisiken in ihren flussgebietsbezogenen Zusammenhängen und in ihrer zeitlichen Dynamik beschrieben werden können. Außerdem soll die Wirksamkeit von Vorsorgemaßnahmen belastbar abgeschätzt werden können. usw.

Tsunami Intensitätskarten

Tsunamis kommen nicht nur im Meer vor, sondern in seltenen Fällen auch in Schweizer Seen. Hier entstehen Tsunamis vor allem durch Bergstürze und Über- oder Unterwasserrutschungen, die oft, aber nicht zwingend durch ein Erdbeben ausgelöst werden. Hinweise auf historische und prähistorische Bergstürze und Rutschungen, die Flutwellen ausgelöst haben, wurden in den Sedimenten zahlreicher Schweizer Seen gefunden. Dabei handelt es sich um chaotisch durchmischte Ablagerungen, die sich von normalen Sedimenten unterscheiden. Dank der Möglichkeit, ihr Alter zu bestimmen, können sie im Nachhinein einem Ereignis zugeordnet werden. Bekannt sind mehrere solche Ereignisse (z.B. 563 n. Chr. am Genfersee (Welle 13 m in Genf) oder 1601 am Vierwaldstättersee (Welle 4 m in Luzern)). Das Forschungsprojekt sieht in einem multidisziplinären Ansatz (Limnogeologie, Seismologie, Geotechnik, Hydraulik Naturgefahren) vor, die Entwicklungsmechanismen und die Fortpflanzung von Tsunamiwellen auf Schweizer Seen zu erforschen. Einerseits sollen die erwarteten Wahrscheinlichkeiten für Tsunamis auf den Schweizer Seen abgeschätzt werden. Andererseits sollen die Wellenmodellierungen auf den Seen über das Ufer hinaus in das angrenzende Umland ergänzt werden. Das erwartete Ausmass der Überflutungen soll dabei in Intensitätskarten dargestellt werden, analog zu den Überflutungs-Intensitätskarten durch klassische Hochwasser. Diese Intensitätskarten sollen anschliessend den Kantonen zur Verfügung gestellt werden. Projektziele: Abschätzung der Wahrscheinlichkeit von Tsunamis und Erstellung von Tsunami-Überflutungs-Intensitätskarten für den Uferbereich von Schweizer Seen. Durch die Analyse von Seesedimenten können die früheren Tsunamis datiert und deren Frequenz und Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden. Für die Erarbeitung der Intensitätskarten werden Modellierung der Wellenentwicklung und -fortpflanzung auf dem See und der Überflutungsprozesse an Land durchgeführt. Die Kartierung der Intensitäten erfolgt aus den Modellresultaten nach bestehender Methodik analog zur Kartierung klassischer Hochwasser.

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