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s/waterquality/water quality/gi

KI-gestützte Erfassung und Prognose der Biodiversität und Wasserqualität in Trinkwasser-Reservoiren, Biodiversitäts- und Wasserqualitätsprognose

PRIMA - Kooperationsprojekt PureCircles: Optimierung der Effizienz der Ressourcennutzung im Rahmen des Nexus Wasser-Nährstoff-Energie für eine nachhaltige Landwirtschaft in marginalen Gebieten

Continuous thermosalinograph oceanography along RV ALKOR cruise track AL630

Underway temperature and salinity data was collected along the cruise track with a thermosalinograph (TSG) together with a SBE38 Thermometer. Both systems worked throughout the cruise. While temperature is taken at the water inlet in about 4 m depth, salinity is estimated within the interior TSG from conductivity and interior temperature. No temperature calibration was performed. Salinity was calibrated with independent water samples taken at the water inlet. For details to all processing steps see Data Processing Report.

Three-dimensional hydrochemical data of Lake Runstedt (Germany) for three campaigns in 2023

Lake Runstedt, around 30 km west of Leipzig, is a post-mining lake created by the flooding of the former Großkayna open-cast mine. After the end of the lignite mining, the pit was partially filled with industrial waste and fly ash for several decades. With high concentrations of ammonium in the sediment, oxygen consumption due to nitrification of ammonium released into the lake is a major challenge to the lake’s water quality. To ensure the oxygen supply in the hypolimnion (i.e. the bottom lake layer that is not affected by wind mixing) in summer, three aerators are operated in the lake by the Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft (LMBV). In 2023, the Freiberg University of Mining and Technology was commissioned by the BGR to carry out three measurement campaigns (end of July/beginning of August, mid-September, mid-October) on the lake using an autonomous surface vehicle (here: a catamaran-shaped robotic device) to assess the spatial effects of the aeration on lake water quality. The data set provided contains the collected three-dimensional data of water temperature, oxygen content, pH, electrical conductivity, turbidity and chlorophyll. In addition, laboratory analyses of water samples obtained with a Ruttner sampler are included. The data reflect the conditions before and after operation of the aerators. Detailed explanations can be found in the publication “Spatial heterogeneity of dissolved oxygen and sediment fluxes revealed by autonomous robotic lakewater profiling” (2025) by Röder et al. in the journal Limnology and Oceanography (http://doi.org/10.1002/lno.70174).

Continuous thermosalinograph oceanography along RV ALKOR cruise track AL628

Underway temperature and salinity data was collected along the cruise track with a thermosalinograph (TSG) together with a SBE38 Thermometer. Both systems worked throughout the cruise. While temperature is taken at the water inlet in about 4 m depth, salinity is estimated within the interior TSG from conductivity and interior temperature. No temperature calibration was performed. Salinity was calibrated with independent water samples taken at the water inlet. For details to all processing steps see Data Processing Report.

Continuous thermosalinograph oceanography along RV ALKOR cruise track AL627

Underway temperature and salinity data was collected along the cruise track with a thermosalinograph (TSG) together with a SBE38 Thermometer. Both systems worked throughout the cruise. While temperature is taken at the water inlet in about 4 m depth, salinity is estimated within the interior TSG from conductivity and interior temperature. No temperature calibration was performed. Salinity was calibrated with independent water samples taken at the water inlet. For details to all processing steps see Data Processing Report.

Implementierung und Auswirkungsanalyse einer Unsicherheitsbetrachtung entlang der Durchflussmess- und Modellierungskette

Veranlassung Dass alle Messdaten mit statistischen und systematischen Unsicherheiten behaftet sind, ist eine Trivialität. Gleiches gilt auch für die Unsicherheitsfortpflanzung bei der Verschneidung von verschiedenen Datensätzen. Seit frühen Messungen ist in der Gewässerkunde bekannt, dass diesen Unsicherheiten auch eine kritische Bedeutung beim Systemverständnis und bei der Bewertung von Systemzuständen zukommt. Für viele gewässerkundliche Parameter ist eine Berechnungsart für Unsicherheiten bekannt, bzw. es liegt sogar eine Auswahl an Möglichkeiten zu ihrer Bestimmung vor. Auch maßgebende gewässerkundliche Regelwerke (DIN-Normen, Handbuch der LAWA) betonen die Notwendigkeit der Unsicherheitsbeschreibung, allerdings ohne konkrete, praxisnahe Umsetzungsschritte aufzuzeigen. Für dieses Portfolio an wissenschaftlich begründeten Notwendigkeiten, Lösungsansätzen und praxisnahen Handlungsempfehlungen findet sich in der operationellen Umsetzung bislang - mit Ausnahme der modellbasierten Vorhersage- und Projektionsprodukte - keine Entsprechung. So werden die gewässerkundlichen Mess- und Modelldaten wie Durchfluss, Wasserstand, Transportzeiten, Schwebstoffkonzentrationen und -frachten oder Wassergütedaten wie die IKSR-Zahlentafeln ohne Angabe der Unsicherheiten veröffentlicht. Mehr noch - diese werden größtenteils auch intern nicht berechnet. Nachfolgende Analysen, Berechnungen und Modellierungen beachten die datenimmanenten Unsicherheiten häufig ebenfalls nicht. Dadurch können Optimierungsalgorithmen und Analysen basierend auf Absolutwerten fehlgeleitet sein. Die Diskrepanz zwischen wissenschaftlicher Notwendigkeit und theoretisch-fachlichem Mehrwert von Unsicherheiten auf der einen und fehlender operationeller Umsetzung auf der anderen Seite ist kein rein nationales, WSV- oder BfG-internes Defizit, sondern zeigt sich auch international. Verschiedene Studien weisen auf den inhaltlichen und ökonomischen Mehrwert davon hin, zum Beispiel Abflusswertunsicherheiten zu nutzen, und empfehlen ausdrücklich, diese auch mit pragmatischen Lösungen zu adressieren. Der Grund dafür, Unsicherheiten in der Praxis nicht zu betrachten oder zu kommunizieren, liegt selten in der wissenschaftlichen Herausforderung bei ihrer Bestimmung. Vielmehr ist diese Unterlassung im Aufwand der operationellen Erfassung und Analyse der Unsicherheiten sowie in dem scheinbar geringen Ertrag, d. h. der mangelnden Akzeptanz ihres Anwendungsnutzens, begründet. So werden Unsicherheiten in der Anwendung selten als Erkenntniszugewinn betrachtet, sondern vielmehr als Ungenauigkeit und Makel fehlinterpretiert. Die Nichtbeachtung von Unsicherheiten wider besseres Wissen hat sich in der Praxis verfestigt. Mit dieser „Tradition“ schrittweise zu brechen, ist ein Ziel von IMANUEL. Dazu zeigt das Projekt die Auswirkung einer Unsicherheitsintegration exemplarisch auf, verifiziert oder falsifiziert die fachliche Notwendigkeit und Anwendungsrelevanz und entwickelt mögliche Kommunikationswege, um den Kontrast zwischen Wissenschaft und Anwendung zu überwinden. Ziele 1. Quantifizierung der Unsicherheiten für exemplarische Einzel- und Gesamtunsicherheiten entlang der Abflussmess- und -Modellierungskette. 2. Quantifizierung der Auswirkung dieser Unsicherheiten auf die verschiedenen, teils aufeinander aufbauenden Datenprodukte. 3. Entwicklung eines Konzepts, das beschreibt, wie Unsicherheiten als Mehrwert kommuniziert werden können.

Reinigung von gasförmigem Chlorwasserstoff

Die international operierende Wacker Chemie AG mit ihren vier Geschäftsbereichen Polysilicon, Silicones, Polymers und Biosolutions unterhält 27 Produktionsstätten in elf Ländern und beschäftigt rund 15.700 Mitarbeiter*innen. Der Geschäftsbereich Wacker Silicones betreibt am Standort Burghausen eine Methanolyseanlage zur Herstellung von Siloxanen. Die hergestellten Siloxane dienen als Ausgangspolymere für die Herstellung von Siliconen. Durch Umsetzung des innovativen Konzepts soll in Burghausen eine HCl (Chlorwasserstoff)-Wäsche entstehen und in die bestehende Anlage integriert werden. Bei der Herstellung von Siloxanen fallen wasserlösliche und schwer abbaubare, siliziumorganische Verbindungen als Nebenprodukte an und gelangen in die zentrale Abwasserreinigungsanlage des Werks. In einem patentierten, zweistufigen Verfahren der HCl-Wäsche wird der Chlorwasserstoff von den umweltbelastenden Verbindungen gereinigt und in einem Kreislauf dem Prozess wieder zugeführt. Damit werden künftig 90 Prozent der siliziumorganischen Verbindungen bereits in der Produktionsanlage entfernt, bevor sie ins Abwasser gelangen. Durch den Einsatz der HCl-Wäsche können jährlich rund 135 Tonnen siliziumorganische Verbindungen zurückgehalten werden und gelangen somit nicht ins Abwasser. Die TOC-Emissionen (Summe des gesamten organischen Kohlenstoffs in einer Probe) der betriebseigenen Kläranlage verringern sich um rund 20 Prozent. Die HCl-Wäscheanlage bildet den zentralen Bestandteil des Vorhabens und dient damit der Verbesserung der Wasserqualität.

Methane Emissions from Impounded Rivers: A process-based study at the River Saar

Methane emissions from inland water bodies are of growing global concern since surveys revealed high emissions from tropical reservoirs and recent studies showed the potential of temperate water bodies. First preliminary studies at the River Saar measured fluxes that exceed estimates used in global budgets by one order of magnitude. In this project we will investigate the fluxes and pathways of methane from the sediment to the surface water and atmosphere at the River Saar. In a process-based approach we will indentify and quantify the relevant environmental conditions controlling the potential accumulation of dissolved methane in the water body and its release to the atmosphere. Field measurements, complemented by laboratory experiments and numerical simulations, will be conducted on spatial scales ranging from the river-basin to individual bubbles. We will further quantify the impact of dissolved methane and bubble fluxes on water quality in terms of dissolved oxygen. Special emphasize will be put on the process of bubble-turbation, i.e. bubble-mediated sediment-water fluxes. The project aims at serving as a reference study for assessing methane emissions from anthropogenically altered river systems.

Klimawandel- und landnutzungsinduzierte Veränderungen der Sedimenteinträge in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Beobachtungen und Klimaprojektionen zeigen, dass sich die Regenintensität und damit auch die Bodenerosion im Klimawandel erhöht. Dabei ist besonders eine Zunahme von Starkregenereignissen von Bedeutung, da diese Ereignisse nicht nur extreme Abflüsse, sondern auch den Transport großer Mengen an Feststoffen bewirken. Für das Flussgebietsmanagement und für die Einschätzung der zukünftigen Wasserqualität ist es wichtig, die erwartete Zunahme der Bodenerosion und des Feststoffeintrags in Gewässer zu quantifizieren und räumlich zu verorten. Dazu wurde exemplarisch für das Einzugsgebiet der Elbe ein Bodenerosionsmodell aufgesetzt. Dieses berechnet zunächst die mittlere jährliche Erosion aus Landnutzungsdaten, Bodendaten, einem digitalen Höhenmodell und Daten der Regenerosivität. In einem zweiten Schritt wird die Transportkapazität bestimmt. Diese bestimmt, ob und wie viel des erodierten Bodenmaterials hangabwärts transportiert wird und welcher Anteil im Gelände zurückgehalten wird (Deposition). Ziele - Quantifizierung der Bodenerosion in der Vergangenheit (Referenzzeitraum 1971 - 2000), räumlich aufgelöst im Flusseinzugsgebiet der Elbe - Quantifizierung der Sedimenteinträge in das Gewässernetz und Vergleich der simulierten Einträge mit Messwerten - Ermittlung der zukünftigen Regenerosivität aus Klimaprojektionen des Referenzensembles des DWD - Berechnung der zukünftigen Erosion und zukünftiger Sedimenteinträge für die nahe Zukunft (2031 - 2060) und die ferne Zukunft (2071 - 2100) sowie unterschiedliche Klimaszenarien - Abschätzung der Unsicherheiten des Modellierungsansatzes Bodenerosion und Sedimenttransport sind natürliche Prozesse, die bewirken, dass feine Bodenpartikel abgelöst, durch Wind oder Wasser transportiert und im Gelände zurückgehalten oder in Gewässer eingetragen werden. Sie unterliegen jedoch einem starken menschlichen Einfluss und lösen vielerorts ökologische, ökonomische und gesellschaftliche Probleme aus. Dazu zählen der Verlust von fruchtbarem Boden, die Sedimentierung von Stauseen, der Transport von partikelgebundenen Nähr- und Schadstoffen sowie die Verlandung von Stillwasserbereichen. Bodenerosion und Sedimenteinträge haben einen wichtigen Einfluss auf den Feststoffhaushalt und die Wasserqualität von Gewässern. Der Klimawandel bewirkt eine Intensivierung dieser Prozesse.

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