Zur Halbzeit eines BAW-Forschungsprojektes zum 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der Deutschen Bucht' werden erste Ergebnisse sichtbar. Transportprozesse im Wandel der Zeitläufe: Wie werden sich die Watten und Vorländer der deutschen Nordseeküste anpassen, sollte in Folge des Klimawandels der Meeresspiegel steigen? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht nur für die Sicherheit der Seedeiche bedeutsam, sondern auch für die Zufahrten zu den Seehäfen. Einerseits beeinflusst das Flachwasser im Ästuarbereich maßgebend das Tide- und Sedimentregime in den Tideflüssen und hat somit Auswirkungen auf die zukünftige Unterhaltung der Seehafenzufahrten. Zum anderen hat sich gezeigt, dass in einer Betrachtung über Jahrzehnte hinweg die kleinräumigen Transportprozesse in der Deutschen Bucht und in den Außenbereichen der Ästuare auch durch die Transportprozesse, die in der gesamten Nordsee stattfinden, mitgeprägt werden. Die Dimension dieser weiträumigen Transportprozesse in der Nordsee wird in der Satellitenaufnahme der oberflächennahen Ausbreitung der Schwebstofffahnen aus den Ästuarmündungen deutlich (Bild 1). Allerdings entzieht sich dieses Phänomen noch weitgehend der fachwissenschaftlichen Betrachtung, denn über die tatsächlichen Transportprozesse in der Nordsee, zumal in der Deutschen Bucht, ist wenig bekannt: Es fehlen zum Beispiel grundlegende, flächendeckende Informationen über das anstehende Material an der Gewässersohle, über den Bodenaufbau oder über die relevanten Kräfte, die den Transport antreiben, wie Wind und Seegang. Und schließlich fehlen die geeigneten Werkzeuge, um die komplexen Transportprozesse berechnen zu können. BAW hat Federführung bei Forschungsprojekt: Im Rahmen eines im Wettbewerb ausgeschriebenen Forschungsschwerpunktes des Kuratoriums für Forschung im Küsteningenieurwesen (KFKI) konnte sich die BAW mit einem Forschungsantrag zum Thema 'Aufbau von integrierten Modellsystemen zur Analyse der langfristigen Morphodynamik in der deutschen Bucht (AUFMOD)' durchsetzen. An dem Projekt unter Federführung der BAW beteiligen sich weitere neun Kooperationspartner. Gestartet Ende 2009, läuft die Förderung zunächst bis 2012 (siehe: www.kfki.de/prj-aufmod/de).
The proposal addresses the potential of subsoil to contribute to K nutrition of crops. More specifically we will address the processes controlling release of K from interlayer of 2:1 clay minerals as this is expected to be the dominant K fraction in the subsoil. While it has been shown in the past that this so called 'non-exchangeable' K can be released due to root activity, there are controversial results concerning the role of soil solution K concentration in the rhizosphere required to trigger the process. Likewise little information is available about the concentration dynamics of other cations (NH4, Ca) in the rhizosphere and their impact on K release and vermiculitization supposed to be associated with this process. Model studies with substrate from the central field trial will be conducted in compartment systems equipped with micro suction cups. The measurement of dynamic changes of soil solution composition with increasing distance from the root surface will be combined with investigations of changes in mineralogy by XRD, TEM and SEM-EDX. Changes of mineralogy as a result of plant induced K release from interlayer will also be studied on bulk soil and rhizosphere samples collected within the central field and the central microcosm experiment and with mineral bags exposed in the field during a cropping cycle. Finally, X-ray CT will be used to access changes in soil texture, i.e. clay distribution around roots and the temporal spread of roots in biopores which is a prerequisite for K uptake from such structures.
Zentrales Ziel dieses Teilprojektes ist die Anwendung und gebrauchstaugliche Nutzung stratigraphischer Daten für morphodynamische Multi-Modell-Simulationen. Basierend auf den bathymetrischen und oberflächensedimentologischen Modellkomponenten sollen zunächst die verfügbaren Natur- und Basisdaten zum Bodenaufbau zusammengetragen, qualitätsgesichert und homogenisiert werden. Ziel ist der Aufbau eines dreidimensionalen Modells der morphologisch aktiven Bodenschichten (in Abgrenzung zu in der Geotechnik betrachteten, tiefergehenden Baugrundaufschlüssen) als Basisdaten mit den zugehörigen Metadaten, welche mit geeigneten, zu entwickelnden Interpolationsverfahren verknüpft werden. Die Eignung stratigraphischer Modellkomponenten bzw. deren Exportprodukte zur Verbesserung morphodynamischer Simulationsmodelle wird für ausgewählte Modellsysteme (UnTRIM/SediMorph sowie zur Qualitätssicherung mit DELFT3D/MOR) an Prinzipstudien evaluiert. Weiterhin wird die BAW morphodynamische Berechnungen unter Wirkung von Tidedynamik sowie Salz- und Sedimenttransport für ausgewählte Testgebiete durchführen. Der Projektpartner smile consult GmbH wird Vergleichsuntersuchungen mit Marina betreiben. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden ebenfalls zur Bewertung herangezogen.
Zentrales Ziel dieses (Teil-)Projektes ist der Aufbau eines datenbasierten Modells der morphologisch aktiven bzw. aktivierbaren Schichten des Meeresbodens der Deutschen Bucht mit besonderer Fokussierung auf die sandigen Küsten der vorgelagerten Inseln, Watten sowie Ästuarmündungen. Hierbei werden Informationen über die vertikale heterogene Sedimentzusammensetzung (Sedimentsummenkurven), Bodenaufbau (Stratigraphie) und Sedimentmächtigkeit des Gewässerbodens zusammengetragen, geprüft und in anforderungsgerechten Datenformaten ausgegeben. Das aufzubauende datenbasierte Meeresbodenmodell wird in das bathymetrische und sedimentologische Hindcast-Simulationsmodell, das sogenannte Funktionale Bodenmodell (FBM), integriert. Auf Basis dieser Daten werden morphodynamische Prinzipstudien mit dem morphodynamischen Simulationsmodell Marina aufgebaut, betrieben und deren Simulationsergebnisse bewertet. Abschließend werden sowohl das datenbasierte geomorphologische Hindcast-Simulationsmodell als auch das prozessbasierte Simulationsmodell Marina zur Analyse geomorphologischer Fragestellungen des Küsteningenieurwesens in ausgewählten Fokusgebieten eingesetzt.
Die Hauptzielsetzung des vorliegenden Projektantrags ist die Optimierung der energetischen Nutzung von Straßenbegleitgehölzen (SBG) durch die Validierung eines mobilen Sensorsystems zur nicht-invasiven Erfassung des Biomasse-/Holzertrages bzw. Abschätzung von Ertragspotentialen und dem daraus resultierenden Brennwert/thermischen Energiewert von SBG. Diese Daten sind die essentielle Grundlage zur Ableitung einer Entscheidungsunterstützung zur systematischen Planung der optimalen Gestaltung von Pflegemaßnahmen und der idealen Festlegung von Umtriebszeiten, welche sowohl eine Erhöhung der ökonomischen als auch der ökologischen Wertigkeit von SBG zur Folge haben. Wesentliche zu betrachtende Eingangsgrößen zur Entscheidungsunterstützung zum Management, Pflege und Berentung von SBG sind hierbei: - Status Quo und Entwicklung Boden und Bodenaufbau; - Natürliche und anthropogene Einflussfaktoren auf die Holzmassebildung; - Masse- und volumenbasierte sowie optische Ermittlung und Bewertung des aktuellen Holzertrages; - Ertragsbasierte Abschätzung von Rindenanteil, Brennwert und Aschegehalt; - Ökologische Wertigkeit.
Abflusslose Hohlformen (Sölle) sind charakteristische und weitverbreitete Landschaftselemente im Jungmoränengebiet NE-Deutschlands sowie Nordeuropas und Nordamerikas. Sie sind hydrologisch und stofflich von vertikalen und lateralen Wasser- und Stoffflüssen aus dem jeweiligen (Klein-)Einzugsgebiet abhängig - und damit von deren Charakteristika wie Einzugsgebietsgröße, Relief, Substrat- und Bodenaufbau sowie den klimatischen Bedingungen (Niederschläge). Oberflächennahe Lateralprozesse induzieren nicht nur mikrobielle Prozesse von potenziell globaler Relevanz (Methanogenese), sondern beeinflussen ebenso die biotische Qualität der Sölle als Feuchtgebiete. Eine steuernde Funktion übt die Art der Landnutzung (Acker, Grünland, Wald) bzw. Bewirtschaftung aus (Mulchsaat, Bodenbearbeitung, Hackfruchtanteil etc.). Zum oberflächigen Wasser- und Stofftransport in Sölle existieren phänomenologische Erkenntnisse, regionale Betrachtungen zu den steuernden Faktoren fehlen allerdings. Einzelne Fallstudien zum lateralen Wassertransport in Böden liegen ebenfalls vor, jedoch fehlt es an einer integrativen, quantitativen Prozessanalyse, inkl. einer Modellierung. Weitgehend unbekannt sind auch die Versickerungsraten durch die / unterhalb der Sohle von Söllen sowie mögliche Interaktionen mit dem regionalen Grundwasserkörper. Es fehlt an quantitativem Verständnis wichtiger bodenhydraulischer Regulationsmechanismen und Parameter. Ungeklärt bleibt damit der quantitative Beitrag von Söllen zum Landschaftswasser- und -stoffhaushalt, insbesondere in Regionen mit einer Dominanz bedeckter Grundwasserleiter. Schließlich stellen die meist abflusslosen Hohlformen wenig untersuchte, aber hervorragende Archive der klima- und nutzungsabhängigen Bodenlandschaftsentwicklung dar, weil sich in ihren (datierbaren) Sedimenten die Prozesse des Einzugsgebietes dokumentieren. Mit dem Projekt 1.3 wird das Ziel verfolgt, zur Verbesserung des Prozessverständnis zum Wasserfluss und Stofftransport in und aus Söllen sowie zum Stoffhaushalt in Söllen mit unterschiedlicher Landnutzung beizutragen. Dabei wird die Hypothese geprüft, dass die Landnutzung die Transportpfade (auf / in / unter Böden) und damit die (Wasser-, Stoff-) Dynamik in Söllen determiniert. Innerhalb einer Landnutzungsform sind die Transportprozesse - unter vergleichbaren Klimabedingungen - jedoch an die 3-D Struktur hydraulischer Eigenschaften gebunden, die pedogen (z.B. fAh, Bt) oder geogen sein können (z.B. dichtlagernde periglaziäre oder limnische Sedimente).
Die initiale Verteilung von Sedimenten im Wassereinzugsgebiet bildet den Ausgangszustand für die Ökosystementwicklung. Analysen öko-hydrologischer Selbstorganisation erfordern quantitative Beschreibungen der Strukturen und der räumlichen Heterogenitäten im Sediment sowie im Boden. Während der initialen Entwicklungsphase werden die ursprünglichen Sedimentstrukturen vor allem von Umlagerungsprozessen verändert, wodurch das initiale System in strukturelle Kompartimente zerteilt wird. Unklar ist, in wie weit die zukünftige Entwicklung des Ökosystems und Wassereinzugsgebiets von der initialen räumlichen Konfiguration und den neuen Strukturen und Kompartimenten abhängen. Zur Modellierung der initialen 3D-Verteilungen der Sedimente wurde zunächst ein prozess-basierter Strukturgenerator entwickelt. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines geo-pedologischen Modellierungsansatzes zur Generierung der räumlich-strukturellen Heterogenität in Wassereinzugsgebieten unter Berücksichtigung von Entstehungsprozessen und 3D Massenbilanzen der Festphase. Dazu soll das bisherige Strukturmodell des initialen Zustands als integratives Werkzeug weiterentwickelt werden, um (i) die zeit-räumliche Entwicklungsdynamik in Abhängigkeit der Anfangsstrukturen zu analysieren; und (ii) die modellierte strukturelle Entwicklung mit den (beobachteten) Wasserflüssen in Beziehung zu setzen. Aufgrund der umfassenden Monitoringdaten soll das künstliche Wassereinzugsgebiet Hühnerwasser (Niederlausitz, Brandenburg) exemplarisch zur Modellentwicklung dienen. Zur Darstellung der initialen Entwicklung sollen bereits etablierte strukturerzeugende Modelle für die Simulation von Erosions- und Depositionsstrukturen, Krusten, und Vegetationssukzession verwendet werden. Der Parameteraustausch zwischen diesen Modellen wird während der Programmlaufzeit über eine spezielle Software-Schnittstelle (OpenMI) erfolgen. Dieser genetische Ansatz sollte eine mechanistische, prozess-basierte Generierung von wahrscheinlichen Sedimentverteilungen und Festphasenstrukturen in mehreren Szenarien erlauben. Aus den generierten Verteilungen der Sedimente werden über adaptierte hydrologische Pedotransferfunktionen die 3D-Verteilungen hydraulischer Parameter geschätzt. Der Einfluss der strukturellen Entwicklung auf den Wasserhaushalt des Einzugsgebiets wird durch Vergleich von gemessenen mit modellierten Abflüssen bestimmt. Durch den Vergleich von Szenarien unterschiedlich generierter 3D-Sedimentverteilungen sollen Auswirkungen von sich ändernden räumlichen Strukturen auf das Abflussverhalten analysiert werden. Damit soll ein generelles Werkzeug zur Generierung und Überprüfung von Untergrundstrukturen in einem 3D Einzugsgebietsmodell entstehen. Anhand der Modelldaten können verallgemeinerbare öko-hydrologische Kompartimente (Prozess-Domänen) bestimmt werden, die eine Übertragbarkeit der Ergebnisse auf ähnliche Umgebungen ermöglichen (z.B. Tagebaulandschaften und postglaziale Landschaften).
Die Leistungsfähigkeit von vegetationsfähigen Versickerungseinrichtungen wird maßgebend von der Wasserleitfähigkeit des Bodenaufbaues bestimmt. Die Beschaffenheit des Baugrundes genügt dabei oft nicht den Anforderungen nach ATV A 138 hinsichtlich Wasserdurchlässigkeit (Kf 5 x 10-6 m/s). Unterschiedliche Aufbauvarianten für die Muldenversickerung sollen bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit bei gering durchlässigem Baugrund erprobt werden. Zur Erhöhung der Infiltrationsrate werden die Deckschichtmaterialien optimiert, wasserführende Zwischenschichten eingebaut und eine Schlitz- bzw. Lochdränung des Bodenaufbaues am Versickerungsstandort durchgeführt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 38 |
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| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 34 |
| Text | 1 |
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| License | Count |
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| Boden | 36 |
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