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Modellhafte Sanierung von Flachgewaessern durch den erstmaligen Einsatz eines neuartigen Fuellmittels zur Phosphorelimination in Kombination mit biologischer Sedimentreduzierung

Gewässerstruktur Seen - Struktur der Flachwasserzone 2016

Struktur der Flachwasserzone

Untersuchung des Wirkbereiches von Schiffswellen im Flachwasser

Berechnung und Messung von Schiffswellen in seitlich begrenztem Fahrwasser Wie weit reichen die schiffserzeugten Wellen und Strömungen des Primärwellensystems eines Schiffes? Neben der Beantwortung dieser Frage soll zusätzlich der validierte Bereich vom Nahfeld des Schiffs in Richtung Ufer vergrößert werden. Dazu werden bestehende Messverfahren zur Vermessung der Wasseroberfläche eingesetzt. Aufgabenstellung und Ziel An den Seehafenzufahrten liegen seitlich der Fahrrinne häufig sehr weitläufige und flache Gewässerbereiche oder angrenzende Strukturen wie Hafenbecken und Seitenarme. In diesen Bereichen beruht die Prognose von Ausbreitung und Wirkbereich schiffserzeugter Primärwellen derzeit auf vereinfachten Annahmen und theoretischen Überlegungen oder muss sehr aufwändig im gegenständlichen Modell mit einem hohen Personal- und Sachmitteleinsatz untersucht werden. Die Relevanz dieser Gewässerbereiche nimmt aufgrund ökologischer Aspekte oder verstärkter Betroffenheiten zu, sodass die Prognosesicherheit der schiffserzeugten Belastungen hier verbessert werden muss. Das bereits zur Berechnung von Schiffsdynamik und schiffserzeugten Belastungen eingesetzte CFD-Verfahren (numerische Strömungssimulation) wird für die projektpraktische Anwendung im Böschungs- und Uferbereich eingerichtet und anhand von Messdaten aus dem Labor und aus der Natur validiert. Anhand von systematischen CFD-Untersuchungen wird ermittelt: (i) unter welchen Bedingungen weit von der Fahrrinne entfernt liegende Böschungs- und Uferbereiche durch schiffsinduzierte Wellen und Strömungen belastet werden, (ii) unter welchen Bedingungen eine Belastung von Böschungen und Ufern entsteht, die sich nicht durch eine lineare Übertragung der Belastungen am Böschungsfuß der Fahrrinne herleiten lässt und (iii) wie sich die Primärwelle in angeschlossenen Gewässerbereichen, bspw. Hafenbecken und Seitenarmen, ausbreitet und quantitativ auswirkt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Um Fragestellungen in der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße effizient bearbeiten zu können, wurde die Methode der numerischen Strömungssimulation eingeführt. Die Verfügbarkeit eines numerischen Strömungsmodells zur Vorhersage fahrdynamischer Größen und Strömungsbedingungen im Flachwasser ist bei vielen Aufgaben der WSV erforderlich. Zusätzlich zu dem Fokus auf die Schiffsdynamik ist eine Aussage zu der schiffserzeugten Belastung notwendig. In diesem FuE-Projekt soll die Prognosefähigkeit des CFD-Verfahrens insbesondere in Ufer- und Seitenbereichen deutlich erhöht werden. Neben der Verfügbarkeit einer prognosefähigeren Methode werden außerdem anhand der Untersuchungen allgemeingültige Zusammenhänge ermittelt. Damit ist zukünftig für einfache Sachverhalte eine Ableitung der Ausbreitung und Wirkung von Schiffsprimärwellen in Seeschifffahrtsstraßen ohne aufwändige CFD-Simulation möglich. Untersuchungsmethoden Um die oben aufgeführten Ziele zu erreichen, wird das kommerziell verfügbare, bereits seit vielen Jahren in der BAW eingesetzte und für die unterschiedlichen Fragestellungen validierte CFD-Softwarepaket STARCCM+® genutzt (Bechthold und Kastens 2020, Kochanowski und Kastens 2022, Delefortrie et al. 2023). Im Bereich Naturmessungen soll durch Einsatz neuer Vermessungsmethoden, die in der BAW bereits vorhanden sind, eine Verbesserung von Wellen- und Strömungsdaten angestrebt werden, um flächenhafte Daten zum Schiffswellensystem zu erheben. Mit diesen neuen flächenhaften Daten und bereits vorhandenen punktuellen Daten aus dem physikalischen Modellversuch soll das CFD-Verfahren jenseits des Nahbereichs um das Schiff weiter validiert werden. Das validierte Verfahren wird dann für systematische Untersuchungen flacher, weitläufiger Bereiche und angeschlossener Gewässerteile genutzt.

Technisch-biologischer Uferverbau

Zweck und Ziel: Anhand von Versuchsstrecken an den verschiedenen Bundeswasserstrassen soll untersucht werden, ob es moeglich ist, in der Kombination mit dem fuer die Ufer benoetigten Deckwerk in der Wasserwechselzone Pflanzen anzusiedeln. Im Vordergrund steht dabei die Verbesserung der Oekologie des Fliessgewaessers, die Erhaltung seines Charakters, der erosionssichernde Uferverbau und die Beguenstigung der Fauna. Ziel dieser Untersuchung ist, eine wirtschaftliche und sinnvolle Kombination aus Vegetation und Deckwerk zu erarbeiten, die an den Bundeswasserstrassen dazu beitragen soll, einen umweltgerechten naturbezogenen und erosionssichernden Ausbau eines Fliessgewaessers zu ermoeglichen. Ausfuehrung: Z.Z. werden folgende Versuchsstrecken unterhalten und beobachtet: 1. Bei Puenderlich, Mosel-km 94 - Ufersicherung und -begruenung mit Hilfe von Nylonstrukturmatten; 2. Bei Zeltingen, Mosel-km 122,3 - Ufersicherung und -begruenung mit Hilfe von Nylonstrukturmatten; 3. Am Mittellandkanal, km 150,000-159,050 - Bepflanzung in einem mit Colgrete-Beton verklammerten Schuettsteindeckwerk; 4. Am Mittellandkanal, km 180,020-182,670 - Ufersicherung und Roehrichtbepflanzung hinter teilweise abgesenkten Spundwaenden; 5. Am Mittellandkanal, km 189,0-189,4 - wie 4; 6. Am Neckar, km 44,3-44,5 - Ufersicherung und -begruenung bei verschiedenen Deckwerksarten und einer Flachwasserzone. Die Beobachtungen sind langfristig. Bei Vorliegen aussagefaehiger Ergebnisse werden Berichte verfasst oder Empfehlungen fuer Aus- und Neubaumassnahmen abgegeben. Ergebnisse: Zu 2.: An den im Jahr 1987 reparierten sowie auch bei den uebrigen Flaechen der Versuchsstrecke, sind im Berichtsjahr

Biologisches Kuestenmonitoring Mecklenburg-Vorpommern - Monitoring Makrozoobenthos

Im Rahmen der Gewaessergueteueberwachung des Landes Mecklenburg-Vorpommern erfolgt seit 1994 eine jaehrliche Beprobung des Makrozoobenthos im Flachwasserbereich der Aussenkueste. Erhoben werden die primaeren oekologischen Daten: Arten, Artenzahl, Abundanz und Biomasse sowie die sekundaeren oekologischen Daten: Dominanz, Praesenz, Diversitaet und Aequitaet.

Methanproduktion durch Mikrophytobenthos und dessen Beitrag am benthischen Methanfluss in der Küstenzone der Ostsee

Der Anstieg natürlicher Emissionen des Treibhausgases Methan haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde. Als Methanquelle nehmen küstennahe Gewässer eine besondere Stellung ein, da die Methankonzentration im Wasser hier wesentlich höher ist als im offenen Ozean. Trotz der Bedeutung der Küstengebiete ist bisher nur wenig bekannt über die hier zu findenden Methanemittenten und ihr jeweiliger Beitrag am atmosphärischen Methanfluss. Zudem zeigen eine Reihe aktueller Untersuchungen, dass Methan nicht nur unter anoxischen Bedingungen mikrobiell gebildet werden kann, sondern dass dies auch in einer oxischen Umgebung möglich ist. Eine solche Methanproduktion nahe der Meeresoberfläche würde den Weg zwischen Methanquelle und Atmosphäre wesentlich verkürzen und damit den Methanfluss in die Atmosphäre verstärken. Aufgrund einiger Untersuchungen, die eine Verknüpfung zwischen Primär- und Methanproduktion aufzeigen, stellen wir die Hypothese auf, dass Mikrophytobenthos (MPB)-Gemeinschaften eine wichtige, aber bisher nicht bearbeitete Stellung in der Flachwasser-Methandynamik zukommen. MPB-Gemeinschaften nehmen eine herausragende Rolle in der Primärproduktion von Küstensedimenten ein. Um die Bedeutung der MPB-assoziierten Methanproduktion besser einordnen zu können, werden wir das Potential dieser Methanquelle in Inkubationsexperimenten detailliert untersuchen. Zur Bestimmung der hierbei wichtigen Effektoren und Mikrophytobenthosarten werden wir an verschiedenen axenischen und xenischen klonalen Kulturen benthischer Diatomeen-Spezies die Primär- und Methanproduktion unter kontrollierten Temperatur- und Lichtbedingungen bestimmen. Mit Hilfe einer neuen Cavity-Ring-Down-Spektroskopie basierten Methode planen wir an geschlossenen Inkubationen die Methankonzentrationsentwicklung in hoher zeitlicher Auflösung über Tag/Nacht Zyklen zu erfassen. Zusätzliche Inkubationen mit 13C-markierten Substraten werden es uns erlauben, den Weg der Methanproduktion in den Diatomeen einzugrenzen. Bisher wurde der Prozess der oxischen Methanproduktion nur in Kulturexperimenten untersucht. Ob die hier ermittelten Raten auch in die natürliche Umgebung übertragbar sind, wurde hingegen nicht geprüft. Um diese Wissenslücke zu schließen, planen wir neben den Experimenten an klonalen Kulturen auch Studien an natürlichen MPB-Gemeinschaften durchzuführen. Diese Gemeinschaften werden wir im Flachwasser vor der Insel Askö (schwedische Ostseeküste) und dem inneren Küstengewässer vor Zingst (Darßer-Zingst-Bodden, deutsche Ostseeküste) beproben, um ein möglichst breites Spektrum an Sedimenten, hydrodynamischen Bedingungen und MPB-Gemeinschaften abzudecken. Um die in unseren Experimenten ermittelten Methanproduktionsraten in die benthischen und atmosphärischen Methanflüsse besser einordnen zu können, werden wir in beiden Untersuchungsgebieten die Methanflüsse zwischen Sediment, dem Wasser und der Atmosphäre bestimmen.

Transplantation von Steinkorallenfragmenten auf elektrochemisch erzeugte Riffstrukturen

Korallenriffe werden zunehmend mechanisch gestoert; die Bedeckung mit lebenden kalkabscheidenden Steinkorallen ist vielerorts unter die kritische Rate fuer das Riffwachstum gesunken. Zur Rehabilitation geschaedigter Korallenriffe wird in situ geeignetes Besiedlungssubstrat via Elektrolyses aus dem Meerwasser abgeschieden. Neben der Schaffung optimaler Ansiedlungsbedingungen fuer Korallenlarven sorgt eine zusaetzliche 'Aufforstung' mit lebenden Korallenfragmenten fuer die rasche Etablierung von Geruestbildnern. So koennen in veroedeten Arealen Trittsteinbiotope fuer die weitere Besiedlung und grossflaechige Bestandserholung geschaffen werden. Die Methode wurde im Kubikmetermassstab bei Aqaba im Roten Meer erfolgreich erprobt. Spezielle Anlagen fuer die Marikultur von Schwaemmen, Korallen und anderen wirtschaftlich interessanten Arten sowie der Einsatz bei der Schaffung spezieller Erlebnis- und Uebungsraeume fuer Tauchtouristen sind geplant.

Sedimentchemismus und Stoffhaushalt des Federsees, eines durch Abwaesser stark belasteten Flachsees

Sedimentbewegungen in der Deutschen Bucht

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).

GRK 2000: Die deutsche Ostseeküste als terrestrisch-marine Schnittstelle für Wasser- und Stoffflüsse - Baltic Transcoast

Baltic TRANSCOAST erforscht die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse am Übergang zwischen Land und Meer. Der landseitige Küstenzonenbereich ist global der am stärksten von Menschen gestaltete und genutzte Raum. Ein fundamentales Verständnis tief gelegener Küstenbereiche, welche vielfältigen Einflüssen des angrenzenden Meeres unterliegen, ist essentiell für zukünftige Nutzungs- und Management-Strategien. Im terrestrisch-marinen Übergangsbereich werden neben der Strömungsdynamik insbesondere Stoffflüsse und Organismen wechselseitig beeinflusst und gesteuert. Von besonderem Forschungsinteresse sind Küstenmoore, deren Oberfläche auf Höhe des Meeresspiegels liegt. Diese stellen in degradiertem Zustand eine Quelle für gelöste und gasförmige Stoffe dar. Baltic TRANSCOAST untersucht in interdisziplinären Forschungsthemen die Wasser- und Stoffflüsse im strandnahen Küstenmoor und im angrenzenden Flachwasser der Ostsee sowie deren Auswirkungen auf die Biota. Rostock ist für das Graduiertenkolleg prädestiniert denn hier können Biologen und Biologinnen, Chemiker und Chemikerinnen, Physiker und Physikerinnen und Umweltforscher und Umweltforscherinnen aus drei Fakultäten der Universität Rostock (UR) und dem Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) ihre Stärken bündeln und interdisziplinär die Küstenregion bearbeiten. Das Department Maritime' Systeme' (MTS) der Interdisziplinären Fakultät (INF) der UR, unter dessen Dach alle beteiligten Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen seit sechs Jahren zusammenarbeiten, trägt das Graduiertenkolleg. Die Konzentration auf ein gemeinsames Untersuchungsgebiet, das Hütelmoor bei Rostock, ermöglicht eine echte interdisziplinäre Zusammenarbeit. Der am Standort Rostock neu etablierte Leibniz-Wissenschaftscampus Phosphor ist ebenfalls ein Garant für interdisziplinäre Forschungsarbeiten. Baltic TRANSCOAST bildet mit einem umfassenden innovativen Qualifizierungskonzept Nachwuchswissenschaftler und Nachwuchswissenschaftlerinnen mit breiter und interdisziplinärer Expertise in der Küstenforschung aus. Die Gewinnung von hochqualifizierten Kandidaten und Kandidatinnen, erfolgt im Rahmen von Workshops. Das Studienprogramm ist in sechs Blöcke gegliedert, mit einem sukzessiv steigenden Engagement der Promovierenden. Zwei der Studienblöcke finden bei baltischen Partnern in Stockholm und Oulu statt. Zusätzlich ist eine Session auf einer internationalen Tagung als Ausbildungselement vorgesehen.

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