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Mathematische Modellierung von Fliessgewaessern

Mischung, Stofftransport und -umwandlungen bestimmen die Wasserqualitaet in einem Fliessgewaesser bei Einleitung von Verunreinigungssubstanzen ueber Klaeranlagen oder bei Unfaellen. Es sind mathematische Modelle entwickelt worden, mit denen sich die Wasserqualitaet (Konzentration von Wasserinhaltsstoffen) in Abhaengigkeit von Ort und Zeit beschreiben laesst. Diese Modelle basieren auf der eindimensionalen instationaeren Beschreibung des Abflusses und auf einer quasi zweidimensionalen Beschreibung des Stofftransports.

Wechselwirkung der Klimaaenderung und der alpinen Schneedecke und ihr Einfluss auf das Abflussregime unter Einsatz der Satellitenfernerkundung

Mit dem Projekt wollen wir den Einfluss von Klimaaenderungen auf das Ausaperungsverhalten der Schneedecke und auf den Abfluss waehrend der Schneeschmelze in ausgesuchten Einzugsgebieten moeglichst quantitativ erfassen. Die gegenwaertige Schneebedeckung wird anhand von Satellitenbildern periodisch erfasst. Damit kann der Klimaeffekt auf die Ausaperung realistisch ausgewertet werden. Das Projekt bietet zusaetzlich zur Abfluss-Aederung auch Unterlagen zur interdisziplinaeren Erforschung der Rueckwirkung der veraenderten Schneebedeckung und Albedo auf das zukuenftige Klima. Die Auswertungen und Simulationen werden in drei alpinen Einzugsgebieten separat durchgefuehrt. In einer zweiten Phase soll der taegliche Temperatur- und Niederschlagsverlauf gezielt nach Massgabe zu untersuchender Klimaszenarien modifiziert werden. Wir erwarten zahlenmaessige Angaben ueber die Umverteilung der Abflussmengen waehrend der Schmelzsaison, wie sie durch die Klimaaenderung ausgeloest wird. Die Szenarien sind von direktem Interesse fuer die hydroelektrische Energiegewinnung und fuer die Planungsgremien des Tourismus. Fernere Ziele sind Grundlageninformation im Bereich Wasserwirtschaft und Wasserhaushalt.

Entwicklung einer dichtungslosen Pumpenreihe

Laborpruefstand mit Computer-Unterstuetzung fuer die Entwicklung einer Reihe dichtungsloser Pumpen zur vollkommen leckagefreien Foerderung agressiver, toxischer oder hochreiner Medien in der Chemie, Pharmazeutik und anderen Industrien. Die Uebertragung der Drehmomente erfolgt ueber eine dauermagnetische Synchronkupplung mit Magneten auf der Basis 'seltene Erden/Kobalt'. Die Magnete zeichnen sich durch gutes Temperaturverhalten und einen extrem hohen Energieinhalt aus. Diese Konstruktion ermoeglicht eine hermetisch verschlossene und vollkommen leckagefreie Pumpe. Rotationsbewegungen werden durch duenn ausgefuehrte Trennwaende aus elektrisch nicht leitendem Material uebertragen, es entstehen so keine Wirbelstromverluste.

Bestimmung des Gebietswasserhaushaltes

In diesem Projekt werden 2 Schwerpunkte gesetzt: 1. Grundwasserneubildung im voralpinen Raum (Gemeinden Gossau und Mosnang, Kt. SG) in Abhaengigkeit des natuerlichen Wasserangebotes (Niederschlag) und der menschlichen Eingriffe (z.B. Bebauung, Grundwasserentnahme). 2. Bestimmung der Niederschlags- und Abflussverhaeltnisse im Hochgebirge (Gebiet Linth-Limmern, Kt. GL) anhand langjaehriger Messreihen. Hier soll auch die Beziehung zwischen Klima und Gletscher (Schneeakkumulation und -ablation) naeher untersucht werden.

Naehrstoffabschwemmung auf Grasland

Phosphor, welcher aus der Landwirtschaft in die Gewaesser gelangt, wird hauptsaechlich von landwirtschaftlich genutzten Flaechen abgeschwemmt. Die Abschwemmung wird faelschlicherweise oft mit der Bodenerosion gleichgesetzt. Weil die Bodenerosion auf Grasland sehr gering ist, wird daraus gefolgert, dass der Phosphor vor allem von offenen Ackerflaechen abgeschwemmt wird. Auf Grasland koennen jedoch erhebliche Mengen geloesten Phosphors abgeschwemmt werden, insbes. wenn kurze Zeit vor dem Oberflaechenflussereignis Guelle ausgebracht wurde. Im Einzugsgebiet des Lippenruetibaches, einem Zufluss des Sempachersees mit hohen Naehrstofffrachten, wurde im Fruehjahr 1990 ein Feldversuch angelegt. Auf verschiedenen Messstreifen auf Grasland wird ganzjaehrig der Oberflaechenabfluss und der Naehrstoffgehalt des abgeflossenen Wassers (Gesamt-Phosphor, Gesamt-Phosphor im Filtrat, Ammonium-Stickstoff) gemessen. Dadurch wird versucht, die Naehrstoffabschwemmung zu quantifizieren.

Nowcasting von Niederschlaegen mittels Radar fuer Kurzfrist- und Abflussprognosen (NOWARD)

Mit den vorhandenen Wetterradargeraeten und den Resultaten der schweiz. Messnetze von automatischen Wetterstationen der Schweiz. Meteorologischen Anstalt (SMA) und der Landeshydrologie (LHG) sollen die Methoden zur Erfassung von Starkniederschlaegen in der Schweiz und insbesondere in den Alpen untersucht, weiterentwickelt und im operationellen Dienst angewendet werden. Ziel des Projektes NOWRAD ist es daher, die Radardaten auszuwerten und fuer eigene und andere Forschungsarbeiten eine Klimatologie der Starkniederschlaege zu erstellen, um dadurch die Vorgaenge in der Natur besser verstehen und voraussagen zu koennen. Die Umsetzung der Resultate soll somit auch die Entwicklung von Methoden und Verfahren mit Einbezug von hochaufgeloesten numerischen Modellen fuer den taeglichen Wetterdienst enthalten. Anhand der gewonnenen Klimatologie der Starkniederschlaege und der bestehenden sowie neuer Erkenntnisse um deren Entstehung soll zudem in Zusammenarbeit mit anderen Gruppen versucht werden, die Grundlagen fuer einen schweiz. Gefahrenkataster fuer Starkniederschlaege zu erarbeiten.

Klima und Wasserhaushalt im Hochgebirge

Heute, da zunehmend die Moeglichkeit anthropogen bedingter Klimaaenderungen diskutiert wird, gewinnen auch Prognosen ueber die Auswirkungen solcher Klimaaenderungen an Bedeutung. Die Resultate der hier skizzierten Untersuchung duerften wesentliche Grundlagen liefern, mit denen man abschaetzen kann, wie sich die Komponenten des Wasserhaushaltes bei bestimmten Klimaszenarien veraendern. Aus den Glarneralpen liegt ein Datenmaterial zur Untersuchung des Wasserhaushaltes im Hochalpenraum vor, welches weltweit einmalig ist. Einerseits liegt fuer den Claridenfirn eine bereinigte Messreihe von 75 Jahren Laenge vor, andererseits wird ihr Wert durch die ebenfalls langjaehrigen Messungen aus dem benachbarten Linth-Limmern-Gebiet noch wesentlich erhoeht. Diese Untersuchungen dienen nicht nur dem Verstaendnis grundlegender klimatologisch-hydrologischer Prozesse, sondern koennen auch umgesetzt werden fuer Abflussvorhersagen im Zeitbereich Tage bis Monate fuer eine optimale Nutzung der Wasserkraft in der Energiegewinnung. Dieses Umsetzen der erarbeiteten Resultate in die Praxis wird gewaehrleistet durch eine gleichzeitige Forschungskooperation unseres Institutes mit der Nordostschweizerischen Kraftwerke AG (NOK).

Analyse und Auswirkungen unsicherer Annahmen auf die Groesse des Bemessungshochwassers

Groesse, Kosten, Wirksamkeit und Auswirkungen auf die Umwelt von Hochwasserschutzmechanismen werden wesentlich von der Groesse des Bemessungshochwassers bestimmt. Nur wenn die Wirkung der gerinnenahen Retention bei groesseren Hochwassern beruecksichtigt wird, kann diese sinnvoll festgelegt werden. Dies geschieht mit detaillierten Abflussmodellen auf der Basis von topographischen Aufnahmen. Ebenfalls untersucht wird die Moeglichkeit, die Groesse des abflusswirksamen Anteils des Niederschlags anhand von Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu ermitteln.

Verbesserung wasserwirtschaftl. Vorhersagen in alpinen und subalpinen Einzugsgebieten durch Bestimmung der Schneeflaechenbedeckung mittels Satellitenbild-Aufnahmen

Die raum-zeitliche Veraenderungen der Schneedecke in alpinen Einzugsgebieten stellen eine entscheidende Groesse fuer eine Abflussprognose dar. Eine moeglichst genaue Kartierung der Schneedecke mit multitemporalen Satellitendaten (LANDSAT, NOAA) bedingt aufwendige Vorverarbeitungsschritte (geom. Korrekturen, Resampling, Maskierung bewoelkter Gebiete etc.) sowie die Kombination mit Zusatzinformation (digitales Gelaendemodell etc.). Diese Arbeiten wurden in allen geeigneten LANDSAT-Fluegen der Periode Maerz-August 1982 fuer 2 Einzugsgebiete des Vorderrheins ausgefuehrt. Gleichzeitig wurde ein Programmpaket zur Klassifikation multivariater Fernerkundungsdaten und geeignete Interpretationsverfahren fuer die hochaufloeslichen Thematic Mapper Aufnahmen basierend auf der sogenannten strukturellen Analyse entwickelt. Dieser neuartigen Methoden der 'Artificial Intelligence' wird bei weiteren Arbeiten eine immer zentralere Bedeutung zukommen. Die in unserem Projekten gewonnenen Erfahrungen fanden im Nat. Forschungsprogramm MAB-Davos eine direkte Anwendung und zwar bei der Herstellung einer Ausaperungskarte und beim Aufbau des Geographischen Informationssystems.

Gewaesserschutz im Einzugsgebiet des Vierwaldstaettersees

Computer-Abflussmodell des ganzen Einzugsgebietes des Vierwaldstaettersees zur Ermittlung von Abflussranglinien fuer beliebige Einzugsgebiete als Grundlage fuer die Planung von Gewaesserschutzmassnahmen.

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