Der größte Teil unserer Landschaften entwässert direkt in Gewässer erster und zweiter Ordnung. Im Mittelpunkt des Projekts stehen Untersuchungen zum Stoffrückhalt und zu Transformationsprozessen in der Übergangszone zwischen Grundwasser und den Gewässern niederer Ordnung. Dazu wird ein räumlich und zeitlich hoch auflösendes Monitoring von Wasser- und Stoffflüssen mit innovativer online-Sondentechnik, komponenten- und enantiomerspezifischer Isotopenanalytik und molekularbiologischen Werkzeugen kombiniert. Ergänzt werden die Felduntersuchungen durch prozessbasierte reaktive Transportmodelle. Durch diese Kombination modernster Methoden soll ein umfassendes Verständnis der räumlich-zeitlichen Muster von Reaktivität und Umsätzen in Abhängigkeit von Landnutzung und hydraulischen Randbedingungen erreicht werden.
Zur Loesung zunehmender Umweltprobleme, sowie zur Sicherung unserer Trinkwasserreserven kann die Sedimentologie wichtige Beitraege liefern, insbesondere durch die Uebertragung von Methoden und Erfahrungen aus der Erdoelindustrie (Reservoir-Geologie) auf Grundwasserleiter. Im Zuge der staerkeren Orientierung der Grundwasserforschung in Richtung Hydrochemie und Hydraulik zeigt sich immer mehr die Notwendigkeit, auch die Geometrie, Struktur und Genese von Aquiferen besser zu verstehen. Ausgangspunkt fuer eine staerkere Einbeziehung sedimentologischer Daten ist die Erkenntnis, dass weder Oel-Reservoire noch Aquifere, wie vielfach geschehen, als homogene und isotrope Medien betrachtet werden koennen. Vielmehr zeigen Aquifere wie Reservoire ein grosses Spektrum von komplexen Fazies- und diagenetischen Variabilitaeten, welche die hydraulischen Eigenschaften bestimmen. Diese Heterogenitaeten lassen sich systematisch, z.T. prognostizierbar, durch ein hierarchisches System charakterisieren und quantitizieren. Innerhalb einer solchen Hierarchie von Heterogenitaeten sind die einzelnen Untergliederungen sowohl als genetische, sedimentologische und gleichzeitig auch als hydraulische Einheiten anzusehen. In der Reservoir-Sedimentologie werden zur Charakterisierung dieser Heterogenitaeten mit grossem Erfolg Analogstudien an Oberflaechen-Aufschluessen durchgefuehrt, um Subsurface-Flow-Systeme zu verstehen. In aehnlicher Weise werden, innerhalb der Forschungsrichtung Aquifer-Sedimentologie, Analog-Aufschluesse wichtiger Grundwasserleiter mit sedimentologischen, geophysikalischen und hydraulischen insitu Methoden untersucht. Insgesamt bietet die Aquifer-Sedimentologie ein neues Anwendungs- und Arbeitsfeld innerhalb der Umweltgeologie, z.B. bei der Ausweisung von Wasserschutzgebieten, Beurteilung und Sanierung von Altlasten und anderen Kontaminationen, Fragen der Bioremediation, Standortauswahl und Risikoabschaetzung fuer Deponien, sowie als Datenlieferant fuer quantitative Grundwassermodellierungen.
Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.
Im Rahmen des Projekts soll ein neues Verfahren entwickelt werden, welches als Grundlage für die Klassifizierung von Wanderwegen für den Fischabstieg dient. Basis des Verfahrens ist zunächst die Annahme, dass einzelne Stauanlagenkomponenten wie Kraftwerk, Wehr, Schleuse, Fischauf- oder -abstiegsanlage potenzielle Wanderkorridore darstellen können. Das Verfahren soll die Möglichkeit bieten, hydrologische und hydraulische Aspekte der Stauanlage mit dem Fischverhalten beim Abstieg zu koppeln.
Im Rahmen des Hochwasserschutzkonzeptes Nr. 5 (Verbesserung des Hochwasserschutzniveaus im Müglitztal) beabsichtigt der Betrieb Oberes Elbtal der Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen die Errichtung eines ökologisch durchgängigen Hochwasserrückhaltebeckens (HRB). Im Osterzgebirge, ungefähr 5,0 km südlich der Ortslage Glashütte, wird dazu ein begrünter Steinschüttdamm mit Asphaltkerndichtung geplant, welcher die Biela im Hochwasserfall noch oberhalb der Mündung in die Müglitz stauen soll. Im Modellversuch sollen zwei Anlagenteile auf ihre hydraulische Leistungs- und Funktionsfähigkeit getestet werden, der Gewässerdurchlass sowie die Hochwasserentlastungsanlage (HWE). Zur Durchleitung der Biela dient ein (b x h) 4,0 x 4,5 m, mit natürlichem Sohlsubstrat versehener Durchlass, der im Hochwasserfall verschlossen werden kann. Während eines Hochwasserereignisses wird stattdessen das Wasser über eine Bypassleitung mit integrierter Gegenstromtoskammer in Dammmitte abgeführt und über ein Wehr wieder in den Gewässerdurchlass eingeleitet. Der Abfluss der Bypassleitung wird über zwei parallel angeordnete Betriebsschützen geregelt. Im Modellversuch (Teilmodell 1) wird die im Damminneren angeordnete Gegenstromtoskammer im Maßstab 1:12 nachgebildet, untersucht und optimiert. Das Teilmodell 2 ist eine im Maßstab 1:20 verkleinerte Nachbildung der geplanten HWE, einer einseitig angeströmten Hangseitenentlastung, bestehend aus dem Einlaufbauwerk, der Sammel-, Übergangs- und Schussrinne, dem räumlichen Tosbecken sowie dem Unterwasserbereich.
Weltweit werden Böden zunehmend mit Plastikmüll belastet. Der kontinuierliche Eintrag von Mikroplastik beeinflusst Lebensbedingungen von Pflanzen und Bodenorganismen. Bislang verstehen wir nur unzureichend, wie sich die Anwesenheit von Mikroplastik auf Struktur und Funktionsweise des Bodens auswirkt. Es ist unklar, wie stark die Rhizosphäre dadurch beeinflusst wird und welche Risiken sich daraus für die Pflanzen ergeben. Inzwischen gibt es verschiedene Analyseverfahren, um unterschiedliche Aspekte der Mikroplastikverschmutzung des Bodens zu untersuchen. Allerdings beinhalten diese Verfahren üblicherweise Prozessschritte, bei denen die Integrität der Probe zerstört wird, wodurch sich der Zusammenhang zwischen der Verteilung von Mikroplastik in der Probe und der Mikrostruktur und Hydraulik des Bodens nicht mehr erschließen lässt. Vor kurzem haben wir jedoch einen nicht-invasiven Ansatz entwickelt, mit dem Mikroplastik in sandigen Böden nachgewiesen werden kann. Mittels komplementärer Neutronen- und Röntgentomographie lassen sich Mikroplastikpartikeln im trockenen Boden detektieren und gleichzeitig die dreidimensionale Struktur der Bodenmatrix analysieren. In diesem Projekt wird die Methode getestet, optimiert und dann angewandt, um besser zu verstehen, wie Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form die Mikrostruktur und Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Außerdem wird untersucht, ob in die Rhizosphäre eingelagertes Mikroplastik die Bedingungen für das Wurzelwachstum und die Wasseraufnahme verändert und welchen Einfluss Mikroplastik unterschiedlicher Größe und Form auf die Infiltration und Wasserbewegung im Boden hat. Zunächst wird die Auflösung der Methode optimiert, um auch sehr feine Strukturen, wie Mikroplastikfasern und Folienfragmente, detektieren zu können. Die Segmentierung der 3D Bilddaten wird durch die Berücksichtigung von Form-Deskriptoren sowie durch Maschinelles Lernen unterstützt, um Mikroplastikpartikeln von organischen Bodenbestandteilen zu unterscheiden. In einem Aggregationsexperiment mit wird für einen natürlichen Sandboden der Einfluss von Mikroplastikfasern auf die Bildung und Stabilität von Bodenaggregaten mittels hochauflösender Dual-mode Tomographie analysiert. Im nächsten Schritt wird die Rhizosphäre junger Mais- und Lupinenpflanzen untersucht, um potentielle Einflüsse verschieden geformter Mikroplastikpartikel auf lokale Strukturen der Bodenmatrix, Wurzeln und Wasserpfade zu ermitteln. Schließlich werden wir High-Speed Neutronentomographie einsetzen, um dynamischen 3D-Infiltrationsmuster in Bodensäulen mit und ohne Wurzelsysteme zu erfassen. Die Form und Geschwindigkeit der Wasserfront wird zeigen, ob und wie die Bodenbenetzbarkeit durch eingelagerte Mikroplastikpartikel beeinflusst wird. Das vorgeschlagene Projekt wird einzigartige neue Einblicke in die durch Mikroplastik modifizierte Struktur der Bodenmatrix geben, die für das mechanistische Verständnis der resultierenden Bodeneigenschaften gebraucht werden.
Flussauen mit ihrem typischen Muster von unterschiedlichen Lebensräumen sind in Mitteleuropa stark gefährdet. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) hat daher das Integrierte Flussauenmodell INFORM (Integrated Floodplain Response Model) für den Einsatz an Bundeswasserstraßen erstellt, mit dem ökologische Modellierungen durchgeführt werden können. Das modular aufgebaute Modellsystem INFORM verknüpft hydrologische, hydraulische, morphologische und bodenkundliche Modelltechniken mit ökologischen Modellen. Dabei werden vor allem sogenannte Lebensraumeignungsmodelle (Habitatmodelle) angewendet. Solche Modelle beschreiben die potentielle Eignung eines Standortes als Lebensraum für bestimmte Arten und / oder Artengruppen anhand der Ausprägung mehrerer abiotischer Standortparameter. Die Bearbeitung folgt prinzipiell dem Wirkungspfad Abfluss - Flusswasser - Grundwasser - Boden - Biotik unter Berücksichtigung morphologischer Einflüsse, des direkten Einflusses der Überflutung und der (landwirtschaftlichen) Nutzung. Die Bewertung der prognostizierten Veränderungen erfolgt an Hand von Gesetzen und Verordnungen und beinhaltet auch die Auswirkungen des menschlichen Handelns.
Kohäsive Feinpartikel sind potentielle Träger von anorganischen und organischen Schadstoffen und spielen eine entscheidende Rolle beim Stoffaustausch zwischen Wasserkörper, Schwebstoff und Sediment. Daher ist die Kenntnis der Depositionsdynamik dieser Feinpartikel ein wichtiger Baustein für ein effizientes Sedimentmanagement und eine physikalisch basierte Modellierung des Schadstofftransfers in Fließgewässern. Es überrascht jedoch, dass sich Untersuchungen zum Transport- und Sedimentationsverhalten kohäsiver Partikel bisher häufig auf definierte stationäre Randbedingungen im Labormaßstab und Trockenwetterbedingungen im Gelände konzentrieren. Weitgehend ungeklärt ist hingegen das Verhalten von Feinpartikeln und deren Speicherung im Gerinnebett während der dynamischen Phase von Hochwasserereignissen. Um die im Gerinne ablaufenden Prozesse weitgehend unabhängig von den Einzugsgebietsprozessen zu untersuchen hat sich in unserer Arbeitsgruppe seit nunmehr über 10 Jahren ein Ansatz mit künstlich generierten Hochwasserwellen bewährt. Es ist ein genereller Vorteil von solchen Geländeexperimenten, dass einzelne steuernde Größen ausgeschlossen oder gezielt kontrolliert werden können. Außerdem ist ein solcher Ansatz eine Voraussetzung, um die Aussagekraft experimentell gewonnener Laborergebnisse zur potentiell hohen Feinpartikel-Retention in Sand- und Kiessedimenten in einem natürlichen System zu validieren. Das übergeordnete Ziel des hier beantragten Projekts ist es, die Gerinnespeicherung kohäsiver Feinpartikel in einem natürlichen System bei variierenden hydrologisch-hydraulischen Randbedingungen zu quantifizieren. Zu diesem Zweck werden standardisierte Feinpartikeltracer (Kaolinit, d50 = 2ìm, ñ = 2,6 g/cm3) sowohl im Verlauf von künstlich generierten Hochwasserwellen als auch während stationärer Trockenwetterbedingungen in einen Mittelgebirgsbach induziert. Die Retention und Sedimentation der eingegebenen Feinpartikel wird gezielt in kleinräumig variierenden Flussbettstrukturen (Hyporheische Zone, Stillwasserzonen, Gerinnerandbereiche, Riffle-Pool-Sequenzen) und für einzelne Gerinneabschnitte erfasst. Die Quantifizierung der Speicherung erfolgt mit bereits erprobten Resuspensionstechniken und Sedimentfallen sowie einer in Pilotprojekten erfolgreich getesteten Tracerfrachtberechnung mittels FTIR-DRIFT Spektroskopie an mehreren Basismessstationen im Längsprofil. In einem interdisziplinären Forscherverbund mit Kollegen des 'Hydraulics Laboratory' und des 'Dept. of Civil Engineering' der Universität Gent, der 'Ecosystem Management Research Group, Dept. of Biology' der Universität Antwerpen und des 'Dept. of Hydrology and Hydraulic Engineering' der Freien Universität Brüssel in Belgien wird darüber hinaus die Transport- und Speicherdynamik der Feinpartikel mit der neuen, FORTRAN basierten Modellierungssoftware 'FEMME' ('Flexible Environment for Mathematically Modelling the Environment') abgebildet.
Julihochwasser 2017 in Rhüden an der Nette NLWKN-Pegelportal NINA KATWARN Meine Pegel Arbeit in der HWVZ Die Hochwasservorhersagezentrale hat am 01. Oktober 2009 beim NLWKN in Hildesheim ihre Arbeit aufgenommen und ist mit Spezialisten in Hydrologie, Hydraulik und Modelltechnik sowie im Bereich Datenmanagement besetzt. Die HWVZ befindet sich nach einer Aufbauphase (hydrologisches Vorhersagemodell, zentrales Datenbanksystem etc.) seit Januar 2011 für die Flusseinzugsgebiete der Leine, Oker und Aller im operationellen Echtzeitbetrieb. In den darauffolgenden Jahren kamen die Flussgebiete der Hase, Hunte und Wümme hinzu. Im Jahr 2016 wurden die Vorhersagemodelle für die Vechte im westlichen Niedersachsen und für die Ilmenau im nordöstlichen Niedersachsen ergänzt. Seit 2017 werden zudem für die Große Aue Vorhersagen berechnet. Neben den hydrologischen Vorhersagemodellen kommt für das Flussgebiet der Ober- und Mittelweser ein hydrodynamisches Hochwasservorhersagemodell zum Einsatz. Gebiete mit Hochwasservorhersage www.pegelonline.nlwkn.niedersachsen.de Regionalen Hochwasserinfodienst RHID Niederschlagsmessnetzes Für die Hochwasservorhersage ist eine vielfältige Datengrundlage die Grundvoraussetzung. Zum einen werden aktuelle hydrologische und hydrometeorologische Messdaten benötigt, die die HWVZ vorrangig aus dem Messnetz des NLWKN, aber auch von Drittanbietern bezieht (Deutscher Wetterdienst DWD, Harzwasserwerke GmbH, Wasser- und Schifffahrtsverwaltung WSV). Insbesondere handelt es sich hierbei um gemessene Wasserstände an den Binnenpegeln, Speicherbauwerksdaten, Niederschläge und weitere hydrometeorologische Daten wie Temperatur oder Luftfeuchte. Die Vielzahl der benötigten Daten erfordert ein effektives, leistungsstarkes Datenbankmanagement, um alle erforderlichen Daten ohne zeitliche Verzögerung für die Abbildung des gegenwärtigen Zustandes des Einzugsgebietes im hydrologischen Modell und der darauf aufbauenden Abflussvorhersage bereitzustellen. Für die Berechnung der Hochwasservorhersage kommen hochaufgelöste Wasserhaushaltsmodelle und hydrodynamische Modellsysteme zum Einsatz. Dafür sind Wettervorhersagedaten erforderlich, die von der HWVZ in erster Linie vom Deutschen Wetterdienst bezogen werden. Wie gut die Vorhersage von Wasserstand und Abfluss letztlich ist, hängt von vielen Faktoren ab. Mehr dazu entnehmen Sie dem Hinweisdokument . Hinweisdokument Mit der bloßen Verwendung und Verarbeitung von Daten ist es jedoch nicht getan: Die Zusammenarbeit und die enge Abstimmung mit allen Beteiligten ist unabdingbar. Zu nennen sind hierbei unter anderem die Hochwassermeldedienste, der Gewässerkundliche Landesdienst, Betreiber von Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken, andere Bundesländer, die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung und der Deutsche Wetterdienst. In dem folgenden PDF-Dokument „Liste der Hochwasser-Vorhersagepegel Niedersachsen“ sind die Pegel aufgeführt, für die die HWVZ im Hochwasserfall auf dem Portal www.pegelonline.nlwkn.niedersachsen.de Vorhersagen veröffentlicht. Bei der Pegelliste handelt es sich um Hochwassermeldepegel. Vorhersagen werden veröffentlicht, wenn es zur Überschreitung der Meldestufe 1 (Vorwarnstufe) kommt und die Wasserstände voraussichtlich weiter steigen werden. Die HWVZ behält sich vor, die berechneten Vorhersagen erst nach fachlicher Einschätzung zu veröffentlichen. Beachten Sie bitte, dass sich die Aktualisierung und Verfügbarkeit der hydrologischen Vorhersagen, vor allem im Hochwasserfall, ohne Ankündigung ändern kann! Aus der Veröffentlichung und Verarbeitung der pegelbezogenen hydrologischen Vorhersagen sind keine Rechte ableitbar. Eine Haftung für deren Richtigkeit und Vollständigkeit wird nicht übernommen! www.pegelonline.nlwkn.niedersachsen.de/Hinweis und im Hinweis-Dokument www.pegelonline.nlwkn.niedersachsen.de/Hinweis Hinweis-Dokument
Dieses Forschungsvorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Abteilung Meeresforschung des Forschungsinstitutes Senckenberg, mit Hilfe methodisch neuer sedimenthydraulischer Messungen einen Beitrag zum Grundlagenverständnis des Stoffhaushaltes im System Wattenmeer leisten und physikalische Eingangsparameter und Grenzwerte für den Beginn von Erosion und Sedimenttransport für die Modellierung dieser Küstenzone liefern. In der beabsichtigten Kombination von Labor- und Feldmessungen sollen jene hydraulischen Grenzzustände erfasst werden, in deren Bereich das Watt den weitgehend stabilen Zustand verlässt. Weiterführende und hierauf aufbauende Modelluntersuchungen werden dem geplanten Sonderforschungsbereich 1739 an der Universität Oldenburg vorbehalten. Der Einsatz der Turbulenzsonde (ADV, Acoustic Doppler Velocimeter, Fa. SONTEC) bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, sohlnahe turbulente Strömungen im Labor und im Gelände quantitativ und standardisiert zu erfassen. Im Marburger Strömungs- und Wellenkanal sollen zunächst an natürlichen, aber sterilisierten Wattsedimenten die Wechselwirkungen zwischen dem Turbulenzmuster in der bodennahen Strömung unter einfachen monochromatischen Wellen und dem Sediment untersucht werden. Zugleich soll damit das Messverfahren kalibriert und standardisiert werden. In einem zweiten Schritt soll vergleichend über unterschiedlichen, auch kohäsiven und biogenen fixierten natürlichen Sedimenten der kritische Strömungszustand beim Bewegungsbeginn erfasst werden. In sechs aus dem Rückseitenwatt der Nordsee-Insel Spiekeroog ausgewählten und bereits eingemessenen Meßfeldern mit für den Ablagerungsraum typischen faziellen Mustern wird unter verschiedenen Strömungs- und Wellenbedingungen (Ebb- und Flutstrom, verschiedene Wassertiefen, Seegang, Wellenklima) die ADV-Sonde für dreidimensionale Strömungsmessungen eingesetzt. Parallel zu den bodennahen turbulenten Strömungsverhältnissen soll das Einsetzen von Erosion und Suspensionsentwicklung aufgezeichnet werden. Der Einfluss von Mikroorganismen auf Textur und Stabilität der Sedimentoberfläche soll parallel zu den Messungen verfolgt werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1055 |
| Europa | 1 |
| Kommune | 20 |
| Land | 114 |
| Schutzgebiete | 1 |
| Weitere | 6 |
| Wirtschaft | 15 |
| Wissenschaft | 512 |
| Zivilgesellschaft | 44 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1048 |
| Text | 44 |
| Umweltprüfung | 1 |
| unbekannt | 8 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 48 |
| Offen | 1053 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1052 |
| Englisch | 172 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 10 |
| Dokument | 32 |
| Keine | 617 |
| Multimedia | 1 |
| Webseite | 450 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 789 |
| Lebewesen und Lebensräume | 828 |
| Luft | 553 |
| Mensch und Umwelt | 1101 |
| Wasser | 735 |
| Weitere | 1093 |