Ziel ist dabei unter anderem, eine Datenbasis für die Modellierung des Schadstoffabbaus und der Schadstoffausbreitung zu schaffen, die in ein sechstes Teilprojekt einfließt. Dieses wird von Mitarbeitern der Professoren Knabner und Rüde bearbeitet und befasst sich standortübergreifend mit der mathematischen Modellierung von Transport-, Rückhalte- und Abbauprozessen mittels moderner und effizienter Verfahren. Für die numerische Simulation wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das belastbare Risikoeinschätzungen liefern soll. Aufgrund der anspruchsvollen Struktur der Probleme - Systeme von gekoppelten, nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen - werden auch Techniken der Höchstleistungssimulation eingebracht. An jedem untersuchten Standort soll das Verständnis der im Untergrund ablaufenden Prozesse so vertieft werden, dass nicht nur der momentane Zustand beschrieben werden kann, sondern auch langfristige Prognosen möglich sind. Angesichts von rund 13300 altlastverdächtigen Flächen in Bayern ist es von großer volkswirtschaftlicher Bedeutung, neben der Entwicklung von kostengünstigen und praxisorientierten Technologien zur Altlastensanierung die natürlichen Selbstreinigungskräfte der Umwelt zu nutzen. Um angemessen handeln zu können, brauchen Behörden und andere Entscheidungsträger eine zuverlässige Antwort auf die Frage: Wie groß ist das natürliche Potenzial eines Altlastenstandortes, sich selbst zu reinigen?
Im Rahmen des Teilprojekts Modellierung des Forschungsverbundvorhabens 'Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens' wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das die Ausbreitung und den Abbau von Schadstoffen in der (un-)gesättigten Bodenzone in Form einer numerischen Simulation abbildet. Dazu musste in der ersten Projektphase ein existierendes Simulationswerkzeug (Richy1D) insbesondere um die Beschreibung von natürlichen Abbauvorgängen erweitert werden. Die nötigen Arbeiten auf dem Gebiet der Modellentwicklung resultierten zunächst in Implementierungen von Abbaumechanismen 0. und 1. Ordnung, die bereits lineare, irreversible Reaktionsnetzwerke mit beliebigen Reaktionspartnern abbildbar machen. Derartige Abbauketten sind etwa zur vereinfachten Beschreibung des LHKW-Abbaus weit verbreitet. Die Abhängigkeit der Reaktionsraten von Vorhandensein und Aktivität lebender Organismen, die diese Abbauvorgänge katalysieren, wird vom Monod-Modell widergespiegelt. Dieses wurde formuliert und implementiert für Umsetzungen mit beteiligter Biomasse und zwei Reaktionspartnern, dem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor (sog. 3-Komponentenmodell). Die Berücksichtigung des Konzepts der Redoxzonen, in welchen unterschiedliche Mikrobenspezies agieren und verschieden Abbauwege möglich sind, mündet in der Formulierung eines allgemeinen Monod-Modells mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Biomassenspezies, Abbauwegen, Reaktionspartnern und Hemmstoffen. Um schließlich allgemeinste chemische Reaktionsgleichgewichte oder Kinetiken berücksichtigen zu können, wird derzeit an der Realisation eines allgemeinen Mehrkomponentenmodelles gearbeitet. Die Nutzung komplexer Simulationsmodelle für reale Fallstudien stellt hohe Anforderungen an die Datenlage der Standorte. Ein Hilfsmittel zur Gewinnung von Modellparametern stellt die Identifizierung dieser mittels inverser Simulation geeigneter (Säulen-) Experimente dar. Die am Lehrstuhl entwickelte Software wurde hier entsprechend den Anforderungen eines Teilprojekts einem speziellen Experimentdesign, dem sog. Kreislaufexperiment, angepasst. Desweiteren wurde eine neue Parametrisierungsmöglichkeit für die zu identifizierenden Funktionen geschaffen, welche zu verbesserter numerischer Stabiliät führt. Die Funktionen sind nun durch monotone, stückweise kubische Splines darstellbar. Die Identifizierungssoftware ist auch auf die Parameter des 3-Komponenten-Monod-Modells erweitert. Zur Erstellung einer räumlich dreidimensionalen, instationären Wasserhaushalts- und Stofftransportsimulation Richy3D wurden zunächst zweidimensionale Vorarbeiten auf die aktuellste Version des Programmbaukastens ug portiert, was sowohl die Verfolgung adaptiver Rechenkonzepte (variable Steuerung numerischer Parameter wie Zeitschrittweite und Feinheit des räumlichen Gitters) ermöglicht, als auch einen übergang zu parallelen Datenstrukturen bietet. Dazu wurde in weiten Teilen die Diskretisierung ...
Wasserspeicherung, -mischung und -freisetzung zählen zu den Kernfunktionen von Einzugsgebieten. Noch immer ist wenig über den Zusammenhang zwischen Wasserspeicher-Dynamik (räumlich, zeitlich) und Einzugsgebiets-Prozessen bekannt. Dazu werden Daten der ungesättigten und gesättigten Zone von 46 Cluster-Standorten im Attert-Einzugsgebiet in Luxemburg ausgewertet. Zusammen mit bodenphysikalischen Daten und Informationen über Makroporen und Fließpfade (Farbtracer), wird versucht Aussagen über Infiltrationsprozesse zu treffen. Diese sollen in Abhängigkeit der Vorfeuchte und der Niederschlagsintensität charakterisiert und diese Ergebnisse mit einer bodenhydrologischen Kartierung verglichen werden. Mit dem Modell RoGeR (runoff generation research model) werden die hydrologischen Charakteristiken und Abflussbildungsprozesse der Standorte untersucht und die Ergebnisse genutzt, um fehlende relevante Prozesse und Parameter des Systems zu erkennen.
Mit dem Verbundprojekt sollen exaktere geohydraulische und biologisch-chemische Kenntnisse für die Optimierung des Betriebsmanagements existierender SAT / MAR - Anlagen und für die Planung neuer Anlagen gewonnen werden. Die Untersuchungen der Projektpartner zielen auf Prozess- und Optimierungserkenntnisse, mit denen die Versickerungsleistung der Anlagen, unter Beibehaltung bzw. Verbesserung der Reinigungsleistung in der ungesättigten Zone (bzgl. organischer Belastungen und Spurenschadstoffe), maximiert werden kann, der Flächenverbrauch reduziert, und Kolmations- und Cloggingeffekte vermieden werden können. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse werden für den hier beschriebenen Projektteil Handlungsempfehlungen für die Standortauswahl und die Planung neuer Anlagen, sowie deren Betrieb abgeleitet werden. AP1: Recherche, Klassifizierung und Einschätzung der Wirkung von geografischen und hydrogeologischen Gegebenheiten auf die Effektivität von SAT-Anlagen und Ableitung von Anforderungen an deren Aufbau AP2: Ableitung von Anforderungen für den Aufbau von SAT-Anlagen aus den Ergebnissen der Labor- und Felduntersuchungen, sowie aus Modellberechnungen für die ungesättigte Zone AP3: Entwicklung und Anwendung eines 'flow-/balance-tools' zur Abschätzung der Aufenthaltszeit des angereicherten Wassers im Aquifer und als Planungswerkzeug für die Entnahmeelemente AP4: Entwicklung und Anwendung eines 'transport/-reaction-tools' zur Abschätzung der Übertragbarkeit der Reaktionsprozesse auf andere Standortbedingungen, sowie Berücksichtigung von Prozessen im Aquifer. AP5: Entwicklung von Empfehlungen/Handlungsanweisung/Richtlinie zur Standortprüfung und für die ingenieurtechnische Planung von SAT -Anlagen in ariden und semiariden Gebieten. AP6: Entwicklung (Standardisierung) von Anlagen-Typen für einzelne, definierte Standorttypen
Die 2. Bundesweite Bodenzustandserfassung (BZE)g im Wald hat gezeigt, dass die Stickstoffvorräte im Boden in den vergangenen ca.1 5 Jahren seit der ersten Erhebung im Landesmittel um ca. 68 kg N/ha*a (Humusauflage und Mineralboden bis 30cm) abgenommen haben. Die Ursachen für diesen starken Rückgang, der weit über dem bundesweiten Durchschnitt liegt, können auf der Datengrundlage der BZE nicht hinreichend geklärt werden. Es ist zu vermuten, dass Temperaturanstieg und Waldumbau zu einer erhöhten Mineralisierung organischer N-Verbindungen geführt haben. Die stark rückläufigen N-Vorräte können im Wesentlichen auf die folgenden N-Senken zurückgeführt werden: (1) Fixierung in der (Holz)Biomasse, (2) Austrag mit dem Bodensickerwasser, (3) Austrag gasförmiger N-Verbindungen. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussionen um eine Novellierung der Critical Loads für Stickstoff ist es wichtig zu verstehen, inwieweit (N-gesättigte) Böden über den Sickerwasseraustrag zur N-Bilanz von Grund- und Oberflächenwasser beitragen. Auf den Intensivmonitoringflächen der Abteilung Boden und Umwelt liegen umfangreiche Messdaten vor, auf deren Basis die Ursachen für den N-Vorratsabbau untersucht werden können. Hier sollen langjährigen Messreihen der Bodenwasserkonzentrationen, der Bodenluftzusammensetzung und des Baumwachstums verwendet werden, um mittels gekoppelter Modellierung von Wasser- und N-Kreislauf die Transportbilanzen für Stickstoff Richtung Biomassefixierung, Entgasung und Sickerwasseraustrag zu quantifizieren.
Im Grundwasser gelöste (Edel)gase sind bewährte Tracer zur Datierung sowie zur Rekonstruktion von Klimabedingungen in der Vergangenheit. Edelgasstudien der letzten Jahre haben gezeigt, dass ein besseres Verständnis der die Gasgehalte bestimmenden Prozesse bei der Grundwasserneubildung notwendig ist - insbesondere in Hinblick auf die Nutzung von Edelgasen im Grundwasser in der Paläoklimaforschung. In dieser Studie soll daher unter verschiedenen hydrogeologischen und klimatischen Bedingungen die Bedeutung reaktiver Gasprozesse im Untergrund empirisch sowie mit Hilfe von Modellanalysen untersucht werden. Zur Ableitung möglichst allgemeingültiger Rückschlüsse umfasst das Projekt die Einrichtung und anschließende Beprobung von insgesamt 4 verschiedenen Messstellen. Ein detailliertes Verständnis der Wechselwirkung zwischen ungesättigter und gesättigter Bodenzone erfordert die Erhebung eines breiten Spektrums physikalischer und chemischer Parameter. Zwei der Messstellen sollen der Langzeituntersuchung der Gaszusammensetzung von Bodenluft und Grundwasser dienen. Eine weitere Messstelle soll vor allem die Erforschung des bislang noch kaum systematisch untersuchten Phänomens der Grundwasserentgasung ermöglichen. Die vierte Messstelle soll schließlich in einer tropischen Klimaregion eingerichtet werden, um den Einfluss erhöhter Niederschlagsmengen und biologischer Aktivität im Boden zu untersuchen. Die systematisch gesammelten Daten sollen in erster Linie eine Bewertung der Anwendbarkeit sowie gegebenenfalls eine Erweiterung der derzeit diskutierten Modelle für Edelgasgehalte im Grundwasser ermöglichen. Diese Modelle sind von grundlegender Bedeutung für die Methode der Edelgasthermometrie, aber auch wichtig für die Anwendung von Gastracern zur Grundwasserdatierung. Über dieses Anwendungsgebiet hinaus sind die Ergebnisse dieser Studie von Bedeutung für ein besseres Verständnis der für Gase relevanten biogeochemischen und physikalischen Prozesse im Untergrund. Hiermit spricht die Studie ein breites Forschungsgebiet mit praktischer Relevanz an, insbesondere im Hinblick auf Gasreaktionen und -transport an kontaminierten Standorten und bei Sanierungsmaßnahmen.
*Vorhabensziel: Das Projekt wurde im Rahmen des Förderschwerpunktes 'Sanierung und ökologische Gestaltung der Landschaften des Braunkohlenbergbaus in den neuen Bundesländern' durchgeführt. Das Projekt leistete mit der bisher durchgeführten Entwicklung einer Sanierungstechnologie zur Dekontamination von sauren Grubenwässern bereits in den Grundwasserleitern einen Beitrag zur Sicherung der regionalen Nachhaltigkeit bei der Wiederherstellung des Grund- und Oberflächenwasserhaushaltes. Das Vorhaben wurde als BMBF- Verbundprojekt mit den F&E- Partnern GFI GmbH Dresden und BTU Cottbus interdisziplinär bearbeitet. Wissenschaftlich-technisches Ergebnis: Derzeit erfolgt die Behandlung versauernd wirkender Kippengrundwässer des Braunkohle-Tagebaus ausschließlich durch Kalkeinbringung in den Kippenkörper, was jedoch bei bereits bestehenden Kippenkörpern nur schwer möglich ist. Ansonsten erfolgt die Behandlung in den abstromigen Oberflächengewässern durch Neutralisation und Eisenfällung. Eine Sulfatfrachtminderung ist jeweils nicht möglich. Ein internationaler Forschungsschwerpunkt zu Beginn der Projektlaufzeit stellte daher die Induktion der reduktiven Eisensulfidfällung im Untergrund durch das Einbringen fester organischer Substanzen in den Abstrom anoxischer versauerter Kippengrundwässer dar. Im Unterschied zu dieser Herangehensweise sollte im hier durchgeführten F&E- Projekt die reduktive Sulfidfällung durch die Injektion flüssiger organischer Elektronendonatoren im Untergrund erreicht und in einem Feldversuch erprobt werden. Ausschlaggebend für diesen Ansatz war die oft überschätzte Reaktivität der festen organischen Substanz, deren nicht ausreichende Verfügbarkeit und ihre oft nachteiligen Auswirkungen auf die hydraulische Durchlässigkeit der passiven reaktiven Corg-Wände. Die großen Teufen und die großen Stoffströme in den Tagebaugebieten erforderten eine kontinuierliche Substratzugabe über Infiltrationseinrichtungen. Diese Maßnahme wurde durch eine Beschaffenheitsprognose des zukünftigen im Einsatzgebiet zu erwartenden Grundwasserstromes und dessen Qualität begleitet. Diese basierte auf Feld- und Sedimentuntersuchungen, laborativen Parameterermittlungen und dem Aufbau eines gekoppelten hydraulischen und geochemischen Transport- und Reaktionsmodells. Über einen Förder- und einen Infiltrationsbrunnen wurde Grundwasser ohne Kontakt mit der Atmosphäre über eine Mischstrecke diskontinuierlich mit Methanol angereichert. Der so geschaffene angereicherte Grundwasserkörper driftete mit dem natürlichen Gradienten im Grundwasserleiter und wurde nach einer bestimmten Fließstrecke über eine Multilevel- Messstelle beprobt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Aziditätsminderung im Grundwasser über Eisensulfidfällung in den Aquifersedimenten unter natürlichen Bedingungen erreicht werden kann. Jedoch ist eine Weiterentwicklung der Technologie notwendig, um die Steuerung des Fällungsprozesses im Untergrund zu verbessern. usw.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 43 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 1 |
| Land | 4 |
| Wissenschaft | 22 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 43 |
| Text | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 43 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 43 |
| Englisch | 12 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 25 |
| Webseite | 19 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 44 |
| Lebewesen und Lebensräume | 43 |
| Luft | 37 |
| Mensch und Umwelt | 44 |
| Wasser | 43 |
| Weitere | 44 |