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Nachsimulation des Deichbruchs Fischbeck mittels Floodarea

In langfristigen Projekten mit dem Landkreis Stendal wurden insgesamt zehn Deichbrüche mit Hilfe der Software FloodArea simuliert. Beim Juni-Hochwasser 2013 kam es zum Worstcase-Szenario. Der rechtselbische Deich bei Fischbeck brach auf einer Länge von ca. 90 m. Aus eigenem Interesse heraus wurde der Deichbruch nachsimuliert. Der Schwerpunkt dabei lag auf der Ankalibrierung an die tatsächlich überschwemmten Flächen im Elbe-Hinterland.

Hydraulische Messungen während des Elbe-Hochwassers im Sommer 2013

Erste Auswertungen der Messkampagnen von Bundes- und Landesbehörden bestätigen bisherige Modellrechnungen und verbessern das Verständnis von Hochwasserabläufen. Im Mai und Juni des Jahres 2013 traten in den deutschen Flussgebieten außerordentliche Hochwasser auf. Die Elbe wies in einigen Abschnitten neue Höchstwasserstände auf. Insbesondere aus der Saale strömten große Wassermassen in den Fluss ein, sodass das Hochwasser unterhalb der Saalemündung deutlich höher auflief als beim Sommerhochwasser 2002; bei Magdeburg-Buckau lag der Scheitel 75 cm über dem bisherigen Höchststand. Um die Elbe zu entlasten, aktivierte man den Elbe-Umflutkanal bei Magdeburg, sperrte Nebenflüsse ab und setzte die Havelniederung kontrolliert unter Wasser. Auch durch einige Deichbrüche wurden teilweise erhebliche Volumina aus der Elbe abgeführt. Das führte zu einem Absunk der Wasserspiegel im Bereich mehrerer Dezimeter. Trotzdem wurde in Magdeburg nach Angaben der Bundesanstalt für Gewässerkunde mit ca. 5.100 m3?s ein Hochwasser mit einem Wiederkehrintervall von 200 bis 500 Jahren erreicht. Mehrere Institutionen der Elbe-Anrainerländer und des Bundes führten Messungen während des Hochwassers durch. Die BAW benötigt insbesondere Messwerte von Oberflächen- und Grundwasser, um mit ihnen Modelle zu überprüfen. Hauptziel einer Messkampagne vom 7. bis 13. Juni 2013 war deshalb, zwischen Riesa bei Elbe (El)-km 106 und dem Wehr Geesthacht (El-km 586 ) nah am Hochwasserscheitel den Wasserspiegel etwa in der Flussachse zu messen. Begleitend wurden Durchflussmessungen durchgeführt, die dazu dienten, sowohl den Abfluss als auch Durchflussanteile und Fließgeschwindigkeiten zu ermitteln. Am 14. Juni 2013 wurden im Bereich der Deichrückverlegung Lenzen (bei El-km 480) zusätzlich Fließgeschwindigkeiten in den Deichschlitzen gemessen. Diese wurden durch punktuelle Grund- und Oberflächenwasser-Messungen ergänzt. Die Auswertung der Messungen wird noch geraume Zeit in Anspruch nehmen. Schon jetzt ist aber klar, dass die Ergebnisse von großem Nutzen sein werden, um die Prozesse in der Natur besser verstehen und beschreiben zu können. Auch tragen sie dazu bei, die Strömungsmodelle der (acronym = 'Bundesanstalt für Wasserbau') BAW zu validieren. Zwei erste Auswertungen machen dies deutlich.

Gletscher, Seen, und Ausbruchsfluten: Wie verändern sich Naturgefahren im Pacific Northwest im Zuge der atmosphärischen Erwärmung?

Mehrere tausend Gletscherseen sind durch die beschleunigte Gletscherschmelze in den Hochgebirge der Erde entstanden, von denen einige rasch an Volumen zunehmen. Vereinzelt kommt es immer wieder zu unvorhergesehenen Dammbrüchen mit teils katastrophalen Folgen für die talabwärts siedelnde Bevölkerung. Die Abflussspitzen solcher Gletscherseeausbrüche oder GLOFs (glacier lake outburst floods) können meteorologische Fluten lokal um ein Vielfaches übersteigen, und eventuell durch anhaltendes Wachstum von Gletscherseen in Zukunft noch höher werden. Die Gefährdung, oder Eintretenswahrscheinlichkeit, eines GLOFs ist jedoch weitestgehend unbekannt, weil bisher möglicherweise nur die größeren, schadensreichen Fluten dokumentiert wurden. Dieser Forschungslücke wollen wir begegnen, indem wir die räumliche und zeitliche Verteilung von Gletscherseen und deren Ausbrüche systematisch untersuchen. Unser Ziel ist es, durch die Erstellung von Inventaren von Gletscherseen und GLOFs zu quantifizieren, wie sich die GLOF-Gefahr zwischen 1985 und 2020 verändert hat. Unsere Untersuchungsregion sind die Gebirge des Pacific Northwest (NW-Amerika). Die dortigen Gletscher hatten in den vergangenen beiden Jahrzehnten eine der höchsten Schmelzraten weltweit. Jedoch blieb das Wachstum und Ausbrüche der zumeist eis- und moränen-gedämmten Seen regional nahezu unerforscht. Wir werden automatisch Gletscherseen aus Landsat-Satellitenbildern in mehreren Zeitschritten ab Mitte der 1980er Jahre kartieren. Aus diesen Seeninventaren und klimatischen, glaziologischen und morphologischen Variablen werden wir Bayes‘sche Modelle lernen, um die Entstehung von Gletscherseen vorhersagen zu können. Plötzlich auftretende Sedimentverfrachtungen unterhalb von Seen können auf bisher unerkannte GLOFs hinweisen, welche wir aus Landsat-Bildern automatisch detektieren werden. Diese Ereignisse werden wir mit verfügbaren Abflusszeitreihen und Feldarbeit an zwei ausgewählten Gletscherseen validieren werden. Somit erhalten wir ein regional konsistentes Inventar von GLOFs, aus dem wir ableiten können, wie stark sich deren Raten und Magnituden in den letzten 35 Jahren verändert haben. Schließlich werden wir Zeitreihen aus gemessenen und simulierten GLOF-Abflüssen zusammenführen, sodass wir die Jährlichkeit eines GLOFs abschätzen können. Mit Hilfe eines nicht-stationären Extremwertmodells werden wir zeigen, wie sich die Gefährdung durch GLOFs in den letzten Jahrzehnten verändert hat und wie sie sich bei anhaltender Gletscherschmelze verändern könnte. Wir sind zuversichtlich, dass unsere computer-gestützte Arbeit die Veränderungen der GLOF-Gefährdung vom Einzugsgebiet bis zur lokalen Ebene zuverlässig aufzeigen wird. Wir werden unsere Modelle frei zugänglich machen, was für Entscheidungsträger und Regionalplaner angesichts einer wachsenden Bevölkerung und Ressourcengewinnung im Pacific Northwest von Bedeutung sein wird.

Forschergruppe (FOR) 2416: Space-Time Dynamics of Extreme Floods (SPATE), Teilprojekt: Von kleinen zu extremen Hochwassern

Ziel unseres Projekts ist es zu verstehen wie sich extreme Hochwasser von kleinen Hochwassern unterscheiden und wie ausgehend von kleinen Hochwassern extrapoliert werden kann. Wir untersuchen Mechanismen und Prozessinteraktionen die 'heavy tail' Hochwasserwahrscheinlichkeitsverteilungen generieren. Außerdem untersuchen wir Schwellwertprozesse und andere Mechanismen die zu Nichtlinearitäten führen wenn sich die Größenordnung des Hochwassers ändert. Insbesondere werden auch die Vorbedingungen und Konsequenzen von Hochwasserwellenänderungen, z.B. Überlagerungen untersucht. Die Analysen beinhalten die gesamte Hochwasserprozesskaskade. Wir werden die Charakteristika der größten Hochwasser denen der restlichen, kleineren Hochwasser gegenüberstellen um zu verstehen, ob große Hochwasser durch spezifische Prozesse ausgelöst und beeinflusst werden oder durch große Varianten derselben Prozesse. Die folgenden Forschungsfragen sollen beantwortet werden: Auf welche Weise steht das 'upper tail' Verhalten von Hochwasserwahrscheinlichkeitsverteilungen in Beziehung zu Einzugsgebiets- und Ereignischarakteristika? Welche Mechanismen und Prozessinteraktionen führen zu 'heavy tails' (endlastigen Hochwasserwahrscheinlichkeitsverteilungen)? Wie führen hochwasserauslösende Bedingungen (raum-zeitliche Niederschlagsmuster, Topographie, Hochwassertypen) und Interaktionen zwischen Flusslauf und Überschwemmungsflächen (Abflussverhalten, Rückhaltung, Deichbrüche) zu unterschiedlichen Hochwasserwellencharakteristika hinsichtlich Spitzenabfluss, Volumen, Wellenablaufzeiten, und zu verschiedensten Wellenveränderungen? Wie entwickeln sich oder verflüchtigen sich solche Muster von kleinen zu großen Hochwassern? Entstehen große Hochwasser durch andere Mechanismen als kleine Hochwasser? Wie verändern sich das Ausmaß und die Ursachen von Nichtlinearitäten der Prozesse mit steigender Hochwasserstärke? Was ist die spezifische Rolle von Schwellwertprozessen für die Entwicklung von extremen Hochwassern?

VSDS - Entwicklung eines Vorhersagesystems für Deichbrüche auf Basis experimenteller und mathematischer Modelle unter Berücksichtigung von Niederschlag und Vegetation bei sich ändernden Klimabedingungen sowie von umweltgerechten bautechnischen Lösungen

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Vorhersagesystems für Deich- bzw. Dammbrüche auf Basis experimenteller und mathematischer Modelle unter Berücksichtigung von Niederschlag und Vegetation bei sich ändernden Klimabedingungen sowie von umweltgerechten bautechnischen Lösungen zur Ertüchtigung vorhandener wasserwirtschaftlicher Erdbaustauwerke. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Bauwerk nur zeitlich befristet mit Wasser (Deich) oder dauerhaft (Damm) eingestaut ist.

Bergbau-Rückhaltebecken im Donau-Einzugsgebiet werden sicherer

<p>Im Donau-Flusseinzugsgebiet ereigneten sich in den letzten 20 Jahren zwei große Katastrophen durch Dammbrüche bei Rückhaltebecken, die zu großen ökologischen Schäden führten. Im Rahmen des Beratungshilfeprogramms hat das UBA die Donau-Anrainerländer Rumänien, Slowakei, Tschechien, Ukraine und Ungarn deshalb unterstützt, die Sicherheit der Bergbau- und Industrierückstände-Absetzbecken zu erhöhen.</p><p>Das Beratungshilfeprojekt zur Erhöhung der Sicherheit der Bergbau- und Industrierückstände-Absetzbecken (auf Englisch Tailings Management Facilities, kurz TMF) im Donauraum wurde durch das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ in Kooperation mit der Internationalen Kommission zum Schutz der Donau (IKSD) durchgeführt.</p><p>Zielsetzung war, das Sicherheitsniveau von bergbaulichen Rückhaltebecken im Donau-Flusseinzugsgebiet zu erhöhen. Hierfür erarbeiteten die Projektbeteiligten praktische Instrumente, insbesondere</p><p>Darüber hinaus analysierte das Beratungshilfeprojekt TMF-Unfälle weltweit aus den letzten 100 Jahren und stellte eine Datenbank bereit, aus der die Schwere und räumliche Dimension dokumentierter historischer Unfälle hervorgeht.</p><p>Durch das Projekt wird sichergestellt, dass mittelfristig ein gemeinsames Verständnis von Mindeststandards und Sicherheitsanforderungen für TMFs im Donauraum eingehalten wird, so dass TMFs sicherer und die Bevölkerung und die Umwelt besser geschützt werden.</p><p>Die Projektergebnisse wurden im Dezember 2020 auch auf der 11. Vertragsstaatenkonferenz der „Industrieunfall“-Konvention der Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UNECE#alphabar">UNECE</a>⁠) und zur Vollversammlung der IKSD vorgestellt und positiv gewürdigt.</p>

Analysen zur Optimierung der Hochwasserretention an der Unteren Havel zwischen Berlin und Rathenow mittels hydrodynamischnumerischer 1D/2D-Modellierung

Veranlassung Während des Hochwassers 2013 wurde zur Entlastung der Unteren Havel und der Havelpolder der Flussschlauch oberhalb von Rathenow einschließlich der angrenzenden Auengebiete sowie Teile der Spree durch Anhebung der Stauziele als zusätzlicher Rückhalteraum genutzt. Im Rahmen des Projekts sollen Möglichkeiten zur zukünftigen Optimierung des Wasserrückhalts erarbeitet werden. Ziele - Aufbau eines zweidimensionalen hydrodynamischen Modells des Gewässersystems zwischen Berlin und Rathenow - Untersuchungen zur Optimierung der Steuerung der Havelstauhaltungen im Hochwasserfall, um die jeweiligen Betriebsregime der Stauhaltungen an der Havel und Spree dahingehend zu optimieren, dass, bei gleichzeitigem Schutz der Anlieger, der Hochwasserrückhalt von Eigenwasser in den Gewässern verbessert wird und die Havelpolder unterhalb von Rathenow bei künftigen Hochwasserereignissen entlastet werden können - Abbildung der Überflutungsflächen für statistisch häufige, mittlere und seltene Hochwasserereignisse - Analyse weiterer Szenarien (Deichbrüche, Windstau, etc.) Ein zuverlässiges Werkzeug zur Analyse von Auswirkungen von Maßnahmen an einem Gewässer, wie bspw. die Anpassung der Stauziele an einem Wehr, ist die hydrodynamisch-numerische Modellierung. Mit der Anwendung des 2D-Strömungsmodells der Havel (Berlin-Rathenow) im Rahmen des Projekts zur ‘Optimierung des Havelstauregimes’ konnten Wasserstand-Volumen-Beziehungen für die Stauhaltungen an der Havel erstellt werden. Sie bilden die Grundlagen, um Rückschlüsse zur Effektivität des in der Vergangenheit durchgeführten Wasserrückhalts an der Havel zu ziehen. Mithilfe numerischer 2D-Modellierung werden Optionen zur verbesserten Nutzung der Stauhaltungen an der Havel zwischen Berlin und Rathenow im Hinblick auf den dortigen Hochwasserrückhalt erarbeitet. Das Projekt, das als Maßnahme im Rahmen des Nationalen Hochwasserschutzprogramms (NHWSP) gemeldet ist, liefert somit einen wichtigen Beitrag zur Optimierung der Flutung der Havelpolder unterhalb von Rathenow bei außergewöhnlichen Elbehochwassern.

Dammbruch an einer Eisenerzmine in Brasilien mit mindestens 186 Toten - 112 Hektar Urwald zerstört

Nach dem Dammbruch an einer Eisenerzmine in Brasilien mit mindestens 186 Toten ist die Konzentration von Schwermetallen im Fluss Paraopeba so hoch, dass Leben von Pflanzen und Tieren nicht mehr möglich ist. 112 Hektar Urwald wurden zerstört. In seinem Wasser befinden sich auf einer Länge von gut 300 Kilometern unter anderem Schwermetalle wie Kupfer in einer Menge, die weit über dem gesetzlich erlaubten Wert liegt. Der Damm an der Mine Córrego do Feijão des Konzerns Vale war am 25. Januar geborsten, rund zwölf Millionen Kubikmeter rötlichen Schlamms ergossen sich über die Stadt Brumadinho (Bundesstaat Minas Gerais) und Teile angrenzender Siedlungen. Viele Menschen werden immer noch vermisst. Der Zivilschutz von Minas Gerais setzte am Donnerstag die Zahl der offiziell bestätigten Toten auf 186 hoch, weitere 122 Menschen gelten mehr als einen Monat nach der Tragödie noch als vermisst. Die brasilianische Justiz ermittelt. (Stand 01.03.2019)

Folgen des Klimawandels auf den Bergbau

<p>Durch den Klimawandel und seine Folgen, wie Extremwetterereignisse, steigt das Umweltrisiko durch den globalen Bergbau. Das zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, die das UBA auf der 15. Jahreshauptversammlung des Intergovernmental Forum on Mining, Minerals, Metals and Sustainable Development (IGF) vorstellt. Betroffene Unternehmen und Behörden müssen sich besser auf die Veränderungen einstellen.</p><p>Im Auftrag des ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ untersuchten adelphi, das Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) und das Sustainable Minerals Institute (SMI) der University of Queensland in einem der ersten Forschungsprojekte zum Thema ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ und Bergbau (KlimRess) , wie sich der Klimawandel auf den Bergbau, verbundene Umweltwirkungen und die Rohstoffversorgung auswirken könnte.</p><p>Die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/dokument/addressing-climate-change-impacts-on-mining-working">Forschungsergebnisse</a> zeigen auf, dass sowohl Extremwettereignisse als auch langsam fortschreitende Klimaveränderungen die Umweltgefahren des Bergbaus verstärken können. Die Produktions- und Transportinfrastruktur kann infolge von Extremwettereignissen geschädigt werden, was sich auch auf die Rohstoffversorgungssituation auswirken kann.</p><p>Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden fünf regionale Fallstudien zu insgesamt 9 Bergwerksstandorten in verschiedenen Klimaregionen weltweit erstellt. Mögliche Klimawirkungen auf den Bergbau, die Umwelt und lokale Gemeinden wurden anhand verschiedener Analyseraster untersucht und vergleichend ausgewertet.</p><p>Extremwetterereignisse stellen das Hauptrisiko über verschiedene Rohstoffe, Abbaustätten und Klimazonen hinweg dar. So können etwa Überflutungen dazu führen, dass Schadstoffe aus abgelagerten Bergbauabfällen ausgewaschen und in Gewässer eingetragen werden. Hangrutsche in Folge von Regenfällen können Gleise und Straßen für den Transport der gewonnenen Rohstoffe zerstören und so die Rohstoffversorgung beeinträchtigen. Besondere Aufmerksamkeit erfordert in diesem Zusammenhang die Sicherheit von Absetzbecken, sogenannten Tailing-Management-Facilities, denn viele der oftmals katastrophalen Dammbrüche sind in der Vergangenheit in Folge von sintflutartigen Regenfällen aufgetreten (s. Grafik).&nbsp; Aber auch Dürren können zu Einschränkungen der Bergwerksproduktion führen und bestehende Nutzungskonkurrenzen mit lokalen Gemeinden, der Landwirtschaft oder Ökosystemen verstärken.</p><p>Neben den Extremwetterereignissen wirken auch langsam fortschreitende Klimaveränderungen auf den Bergbau, vor allem auf die Nachsorge: So können sich etwa eine steigende Durchschnittstemperatur oder ein abnehmender mittlerer Niederschlag hemmend auf das Pflanzenwachstum auswirken. Von der Öffnung bis zur Schließung eines Bergwerks vergehen bis zu hundert Jahre, daher sollte der Klimawandel bei der Planung von Renaturierungsmaßnahmen von Anfang an mitgedacht werden.</p><p>Der Klimawandel kann als Risikoverstärker wirken, der bestehende Stressfaktoren&nbsp; für lokale Gemeinden in den Bergbaugebieten&nbsp; verstärkt und das Risiko von Spannungen und Konflikten erhöht. Der Aufbau und die Pflege guter Beziehungen zwischen Bergbauunternehmen und lokalen Gemeinden werden auch durch den Klimawandel weiter an Bedeutung gewinnen.</p><p>Allerdings sind weitere Studien erforderlich, um die komplexen und regional diversen Wirkungen des Klimawandels auf den Bergbau und seine Umweltgefahren zu verstehen. Jan Kosmol, der die Forschungsergebnisse für das UBA auf dem IGF-Forum vorstellt, empfiehlt daher den Teilnehmern des Forums, die methodischen Ansätze aus dem Forschungsvorhaben in weiteren regionalen Klimawirkungs- und Vulnerabilitätsanalysen anzuwenden, anzupassen und weiterzuentwickeln. Unabhängig von den verbleibenden Forschungslücken und Unsicherheiten sollten Bergbauunternehmen sowie nationale und regionale Bergbehörden jetzt die ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/a?tag=Anpassung_an_den_Klimawandel#alphabar">Anpassung an den Klimawandel</a>⁠ verstärkt in ihre Politik, ihre Strategien und Leitlinien einbeziehen. Die Leitfäden des UBA zu Klimawirkungs- und Vulnerabilitätsanalysen sowie ein neuer internationaler ISO Standard zur Klimaanpassung (ISO 14090) können dabei unterstützen.</p><p>Die Veranstaltung findet vom 7. bis 11. Oktober 2019 im Palais des Nations in Genf statt und thematisiert den Bergbau in Zeiten des Klimawandels. Es nehmen Regierungsvertreter aus den über 70 Mitgliedsstaaten des IGF und Vertreter aus Industrie, Zivilgesellschaft, internationalen Organisationen und Wissenschaft teil.</p>

Geologische Karte von Niedersachsen 1: 50 000 - Frühgeschichtliche Hochwasserereignisse

Die "Geologische Karte von Niedersachsen 1: 50 000 - Frühgeschichtliche Hochwasserereignisse" ist eine aus dem digitalen Datensatz der Geologischen Karte von Niedersachsen 1: 50.000 abgeleitete Auswertungskarte. Unter Berücksichtigung von Alter, Beschaffenheit und Entstehungsart geologischer Schichten werden in dieser Karte Flächen ausgewiesen, die in jüngerer geologischer Vergangenheit, d.h. in den hier als frühgeschichtlich zusammengefassten letzten 11.500 Jahren vor heute, von Überflutungen betroffen waren. Diese Gebiete sind aus geologischer Sicht auch in Zukunft potenziell überflutungsgefährdet, da sich der natürlichen Wasserhaushalt (z. B. Niederschlag, oberirdischer Abfluss) nicht wesentlich geändert hat. Da die frühgeschichtlichen Hochwasserereignisse ganz überwiegend in Zeiten vor menschlichen Eingriffen in die Landschaft (z. B. wasserbauliche Schutzmaßnahmen wie Deiche und Dämme, Prozesse der Landgewinnung) stattfanden, werden derartige heute existierende Schutzmaßnahmen im Kartenwerk nicht berücksichtigt. Die frühgeschichtlichen Hochwasserablagerungen vermitteln daher einen Eindruck, wie tief auch heute Überflutungsereignisse beim Versagen von Schutzmaßnahmen (z.B. Deichbruch) in das Hinterland eindringen können. In der Karte wird zwischen "flächendeckend verbreitete Ablagerungen frühgeschichtlicher Hochwasserereignisse“ (Gefährdungsstufe 1)" und "in Teilbereichen, z. B. in tieferliegenden Bereichen verbreitete Ablagerungen frühgeschichtlicher Hochwasserereignisse“ (Gefährdungsstufe 2)" unterschieden. In Gebieten mit Gefährdungsstufe 1 sind flächendeckende Ablagerungen verbreitet, die bei frühgeschichtlichen Hochwasserereignissen abgesetzt wurden (z. B. Aueablagerungen in Flusstälern oder Meeres- und Brackwasserablagerungen im Küstenraum). Versagen eventuell vorhandene Schutzmaßnahmen in diesen Gebieten, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit mit Überflutungen zu rechnen. Die Gebiete der Gefährdungsstufe 2 liegen in der Regel höher als jene der Gefährdungsstufe 1. In Teilbereichen finden sich aber auch hier, zum Teil kleinflächig, frühgeschichtliche Hochwasserablagerungen. Eine Überflutungsgefährdung kann daher auch für die Zukunft nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden. Im Einzelfall ist die lokale geologische Situation zu bewerten.

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