Der Name der Datenbank Hydrologie OW ist WISKI (Wasserwirtschaftliches Informationssystem der Fa. Kisters). In der Datenbank werden alle Pegelstationen erfasst, für die Daten vorliegen. Erfasst werden Daten, die die Pegelstationen näher beschreiben (Stammdaten), sowie die Messdaten (hier Wasserstände, Durchflüsse, Wassertemperaturen). Mit Hilfe von WISKI sind vielfältige Auswertungen der Messdaten (Aggregierung zu Hauptwerten, Darstellung in Ganglinien, hydrologische Auswertungen) möglich.
Die weltweiten Warentransporte werden zu über 90 Prozent auf dem Seeweg abgewickelt. Die Seehäfen dienen den Warenströmen als Anlaufstelle und haben daher eine besondere Bedeutung für den gesamten Welthandel. Auch die deutsche Volkswirtschaft ist auf eine leistungsfähige Infrastruktur der Seehäfen angewiesen, um das Außenhandelsvolumen von jährlich rund zwei Billionen Euro effizient umsetzen zu können.
Um die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Seehäfen international zu sichern, wurden sie, wie auch ihre Zufahrten, in der Vergangenheit immer wieder an die Anforderungen der modernen Seeschifffahrt angepasst. So wurden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts viele Fahrrinnen verändert, beispielsweise an Ems, Jade, Weser und Elbe. Zusätzlich haben umfangreiche Küstenschutzmaßnahmen, wie etwa Eindeichungen, die ursprünglich natürlichen Tideflusssysteme nachhaltig verändert. Auch heute sind noch weitere Fahrrinnenanpassungen für die Unter- und Außenelbe, die Unter- und Außenweser und die Außenems geplant. Die Pläne werden auf Antrag eines Bundeslandes (überwiegend Niedersachsen, Hamburg, Bremen) von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) des Bundes durchgeführt und der Planfeststellungsbehörde zur Genehmigung vorgelegt. Die BAW ist im Auftrag der WSV als Sonderfachgutachter an den Planungen beteiligt.
Da Seehafenzufahrten wie beim Hamburger Hafen leicht 100 Kilometer lang sein können, ergeben sich großflächige zusammenhängende Eingriffsflächen. Die geplanten Fahrrinnenanpassungen zählen entsprechend zu den größten Infrastrukturprojekten Deutschlands, bei denen zahlreiche Nutzungskonflikte beachtet werden müssen. Dazu gehört, dass die Seeschifffahrt auf den Tideflüssen in einem besonders schützenswerten Ökosystem stattfindet. Darüber hinaus schließen sich meist Schutzgebiete von nationaler und europäischer Bedeutung an. Fahrrinnenanpassungen können daher komplexe Auswirkungen auf die biotischen und abiotischen Systemparameter eines Tideflusses haben. Im Rahmen der für die Planungen nach nationaler und europäischer Gesetzgebung erforderlichen Umweltverträglichkeitsprüfung besteht somit eine hohe Verantwortung der Gutachter bei der Ermittlung und Prognose der ausbaubedingten Auswirkungen auf das Ökosystem. Hieraus ergibt sich die besondere Bedeutung der BAW-Gutachten: Die von der BAW prognostizierten Auswirkungen auf die abiotischen Systemparameter sind Grundlage für die ökologische Bewertung. So werden durch einen Ausbau der Wasserstand (z. B. Tidehochwasser, Tideniedrigwasser, Sturmflutscheitelwasserstände), die Strömungen und der Salzgehalt beeinflusst. Auch müssen die Auswirkungen auf den Sedimenttransport und das Gewässerbett (Morphodynamik) der von Gezeiten geprägten Flüsse ermittelt werden. (Text gekürzt)
Das EarthShape-Programm definiert vier überprüfbare Hypothesen, die darauf ausgerichtet sind, den Einfluss von Biota auf Oberflächenprozesse zu quantifizieren. Dies wird durch einen einzigartigen interdisziplinären Forschungsansatz erzielt, der die traditionellen Bereiche der Geowissenschaften, Biologie, Geomorphologie sowie der Hydrologie umfasst. Dieser Koordinations-Antrag nimmt mehrere Aufgaben administrativer Art in Angriff, die der Überprüfung der wissenschaftlichen Hypothesen und der Entwicklung eines interdisziplinären Umfelds für zukünftige Forschung im Bereich der Oberflächenprozesse in Deutschland dienen. Diese Aufgaben beinhalten: a) Bereitstellen grundlegender Messinstrumente und Datensätze, die für viele EarthShape-Unterprogramme wichtig sind b) Koordination von Geländearbeit, Genehmigungen und internationalen Kollaborationen in entlegenen Gebieten Chiles; c) Förderung der Weiterentwicklung und Mobilität der Teilnehmer als Forscher in einem interdisziplinären Umfeld mit Hilfe von Tagungen zur Ergänzung von Fähigkeiten für junge Wissenschaftler, Gleichstellungsmaßnahmen und Projektseminaren. In diesem Antrag erläutern wir die Hauptziele sowie administrativen und finanziellen Bedürfnisse des EarthShape-Programms innerhalb der nächsten drei Jahre. Im Rahmen dessen legen wir die wichtigsten Komponenten dar, die die Koordinatoren und der Lenkungsausschuss in den vergangenen vier Jahren als essentielle Bestandteile eines erfolgreichen Programms ins Auge gefasst haben. Diese Erwägungen umfassen: a) die Erfordernis, an den vorgeschlagenen Forschungs Clustern zu arbeiten und Zeitskalen zu überbrücken, wie es im ursprünglichen EarthShape-Forschungsantrag dargestellt wurde, b) das Zusammenbringen von Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsrichtungen, um die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu stärken, und c) die Notwendigkeit, dass die Teilnehmer in den ausgewählten Schwerpunktgegenden (oder deren nahem Umfeld) forschen, um den Gegenvergleich und das Zusammenführen der Ergebnisse aus den verschiedenen Projekten zu ermöglichen.
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?
Karst entsteht sich durch die Verwitterung von Karbonatgestein und erzeugt starke oberflächliche und unterirdische Heterogenität von hydrologischen Speicher und Fließprozessen. Ungefähr 7% bis 12% der Erdoberfläche besteht aus Karstgebieten und etwa ein Viertel der Weltbevölkerung ist ganz oder teilweise abhängig von Trinkwasser aus Karstgrundwasserleitern. Für die nächsten Jahrzehnte, Klimamodelle prognostizieren einen starken Temperaturanstieg und eine Abnahme von Niederschlagsmengen in vielen Karstregionen der Welt. Trotz dieser Vorhersagen gibt es nur wenige Studien, die die Auswirkungen des Klimawandels auf die Karstwasserressourcen abschätzen. Die ist hautsächlich auf das Fehlen von Messdaten und die inadäquate Abbildung von Karstprozessen in derzeit angewandten Ansätzen zur großskaligen Modellierung zurückzuführen. Das Ziel der beantragten Nachwuchsgruppe ist, die notwendigen Daten und Ansätze zur erstmaligen Abschätzung der gegenwärtigen und zukünftigem Verfügbarkeit von Wasserressourcen in Karstgebieten zur Verfügung zu stellen. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, sind signifikante Fortschritte (1) zum Verständnis der Heterogenität von Karstregionen und zu deren Einarbeitung in hydrologische Modelle, (2) zum Upscaling von Beobachtungen auf der Einzugsgebietsskale für Anwendungen von Simulationsmodellen im globalen Maßstab, und (3) zum Vergleich der gegenwärtigen und zukünftigen Verfügbarkeit von Wasserressourcen mit gegenwärtigen und zukünftigen Wasserbedarf von Nöten. Im vorgeschlagenen Projekt sollen neuartige Ansätze zur Messung und Analyse hydrologischer Daten an fünf experimentellen Messgebieten, die in 5 verschiedenen Klimaregionen über den Globus verteilt sind (AU, D, ES, MX, UK), eingesetzt werden, um die Einflüsse der Heterogenität von Karstgebieten auf oberflächennahe Fließprozesse zu erkunden. Mittels einer neu entwickelten Karstdatenbank, welche beobachtete Zeitreihen von Karstquellenabflüssen enthält, und Rezessionsanalyse sollen die Heterogenität von Grundwasser und Abflussprozesse in verschiedenen Regionen der Welt charakterisiert werden. Dieselbe Datenbank, erweitert durch zusätzlich Abflussdaten auf Flussgebietsskale des Global Runoff Data Center (GRDC), soll zur Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Einbindung der neu gewonnenen Erkenntnisse in ein großskaliges Simulationsmodell speziell für Karstregionen angewandt werden. Dieses Modell soll letztendlich dazu benutzt werden, um (1) gegenwärtige und, gekoppelt mit Klimaszenarien, zukünftige Verfügbarkeit von Wasserressourcen in Karstgebieten zu erkunden, um diese (2) mit gegenwärtigen und zukünftigen Wasserbedarf zu vergleichen und von Wassermangel bedrohte Regionen zu identifizieren.
Mikroplastik (MP, Plastikteile kleiner als 5 mm) werden als neu aufkommende Schadstoffe betrachtet und neuste Studien belegen die potentielle Gefahr von MP für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Die Forschung hat sich bisher mehrheitlich auf die Untersuchung von MP in der marinen Umgebung konzentriert. Allerdings konnte MP auch vermehrt Süßwasser und -sedimenten weltweit nachgewiesen werden. Als Primärpartikel oder Sekundärprodukte aus dem Abbau von Makroplastik kann MP entweder direkt toxisch wirken oder als Überträger von sorbierten Schadstoffen fungieren. Neuste Studien belegen außerdem, dass MP in die menschliche Nahrungskette eindringen kann. Weiterhin können die dem MP beigefügten endokrinen Disruptoren wie Bisphenol A (BPA) and Nonylphenol (NP) während der Transportprozesse an das Süßwasser abgegeben werden. Dabei können Flussbettsedimente potentielle Hotspots für die Akkumulation von MP und deren Additive darstellen.Das Hauptziel dieses Projektes ist, die Akkumulation und den Transport von MP in Süßwasser und -sedimenten näher zu untersuchen. Dabei soll den folgenden beiden grundsätzlichen Fragen nachgegangen werden:(i) Welche Prozesse kontrollieren Transport und Akkumulation von MP verschiedener Größe, Dichte und Zusammensetzung und wie bilden sich sogenannte Mikroplastik-Hotspots in der hyporheischen Zone?(ii) Wie können Transport und Akkumulation von MP sowie die Freisetzung von Additiven wie BPA und NP unter variablen Umweltbedingungen beschrieben und vorhergesagt werden? Zwei Arbeitspakete (WP) sollen helfen, diese Fragen zu beantworten:WP1 befasst sich mit den Auswirkungen der grundlegenden Eigenschaften von MP wie Größe, Form, Zusammensetzung, Dichte, Auftrieb auf deren Transport und untersucht systematisch, wie verschiedene Arten von MP in der hyporheischen Zone (hier Flussbettsedimente) unter diversen hydrodynamischen und morphologischen Bedingungen akkumulieren. Dafür sollen Versuche in künstlichen Abflusskanälen (artificial flumes) durchgeführt werden. In diesen Versuchen werden repräsentative hydrodynamische und morphologische Bedingungen geschaffen, um eine Spannbreite an primären und sekundären MP zu testen, ihr Transportverhalten zu beschrieben und die Freisetzung von Additiven näher zu untersuchen. MP wird mit verschiedensten Methoden charakterisiert, z.B. mit single particle ICP-MS zur Bestimmung der Größe oder FT-IR zur Bestimmung des vorherrschenden Polymers. Während der Flume-Experimente werden die Eigenschaften der Sedimente, des Porenwassers und der Biofilme, sowie die Konzentration an BPA und NP gemessen und später analysiert, um die Reaktivität der Akkumulationshotspots zu bestimmen.WP2 beinhaltet die Entwicklung und Anwendung eines Models, um MP-Transport sowie die Freisetzung von Additiven in der hyporheischen Zone vorherzusagen. Da Modelle, die momentan im Bereich Stofftransport verwendet werden nicht für MP ausgelegt sind, soll die Lattice-Boltzmann Methode als neuer Modellansatz verfolgt werden.
Die Ziele dieses Teilprojektes sind das bessere Verständnis der Ursachen extremere Hochwasserereignisse, die Einschätzung möglicher zukünftiger Hochwasserextremereignisse und die Untersuchung der Vorhersagbarkeit dieser Ereignisse. Dies soll aus der Perspektive der Vielzahl beteiligter atmosphärischer Prozesse und ihrer Skalenvielfalt durchgeführt werden. Daher wird dieses Teilprojekt wichtige Beiträge in der Forschergruppe SPATE liefern. Unter diesen generellen Zielen wollen wir folgende Forschungsfragen adressieren: 1. Was sind die großskaligen atmosphärischen Vorbedingungen für extreme Hochwasserereignisse? 2. Welche Prozesse verstärken den Niederschlag und die Niederschlagswirkung regional/lokal und verursachen dadurch extreme Hochwasserereignisse? 3. Was sind die raumzeitliche Variabilität und die Klimazukunft dieser atmosphärischen Faktoren und was sind ihre Antriebsfaktoren im Klimasystem? Die beiden ersten Fragen sollen in der ersten Phase (PH1, Monate 1 bis 36) der Forschergruppe SPATE bearbeitet werden. Die dritte Frage soll in Phase 2 bearbeitet werden. Zusätzlich sollen atmosphärische Felder, wie beispielsweise Niederschlag, und abgeleitete Indikatorzeitserien für andere Teilprojekte auf Basis einer über 100jährigen Reanalyse, meteorologischer Beobachtungen und Klimasimulation bereitgestellt werden. Der Forschungsplan der ersten Phase besteht aus drei Arbeitspaketen. Bevor die meteorologischen Ursachen extremer Hochwasserereignisse systematisch untersucht werden können, ist die Erstellung einer langzeitlichen (hier über 100-jährigen) vier-dimensionalen meteorologischen Referenz notwendig (Arbeitspaket 0). Die Referenz basiert auf aufbereiteten Niederschlagsdaten, raumzeitlich (mit dem Modell COSMO-CLM) verfeinerten (auf 12 km Gitterdistanz) Reanalysen (ERA-20C ab 1901, NOAA/NCEP 20 CR für den Zeitraum 1851 bis 1900). Diese Referenz erlaubt eine robuste Statistik der Hochwasser-Wetterlagen-Beziehungen und des Verfolgens der Feuchte im atmosphärischen System (Arbeitspaket 1). Regionale und lokale den Niederschlag verstärkende Faktoren (wie Bodenfeuchte-Niederschlagswechselwirkung, frontale/orographische Hebung mit/ohne konvektive Aktivität) werden in Arbeitspaket 2 mit konvektionserlaubenden Simulationen (Gitterdistanzen kleiner als 2 km) mit COSMO-CLM untersucht. In der zweiten Projektphase planen wir zwei Arbeitspakete. Ein Paket wird die klimatologischen Antriebsfaktoren und die multi-skalige Vorhersagbarkeit bearbeiten. In einem weiteren Arbeitspaket wird die Entwicklung von Hochwasserereignissen aus meteorologischer Perspektive bis in das Jahr 2100 betrachtet. Dieses Teilprojekt wird extreme Hochwasserereignisse und deren Eigenschaften den multiskaligen atmosphärischen Prozessen zuordnen und wird außerdem die Zuordnung hydrologischer Prozesse in der Forschergruppe SPATE unterstützen.
Es gibt immer mehr Beweise für das Zusammenspiel von Ökologie und Evolution auf der gleichen Zeitskala, die die Reaktionen der Gemeinschaft prägt. Es ist jedoch noch wenig darüber bekannt, wie Stressoren (wie zum Beispiel Chemikalien) ökologisch-evolutionäre Dynamik beeinflussen und Artengemeinschaft verändert. Es ist jedoch wichtig den Einfluss von Stressoren auf ökologisch-evolutionären Dynamik zu verstehen um Vorhersagen zu können, wie sich Artengemeinschaften an Umweltveränderungen anpassen. In diesem Projekt plane ich die Rolle von chemischen Stressoren auf ökologisch-evolutionäre Dynamiken in gestörten Artengemeinschaften und die Veränderungen auf struktureller und funktionaler (Rettung, Maske, Divergenz) Ebene zu untersuchen. Dafür plane ich Chemostat-Experimente und experimentelle Assays zu kombinieren, um die chemische Belastung zu manipulieren und das Auftreten ökoevolutionärer Dynamiken in einer mikrobiellen Gemeinschaft zu untersuchen. Darüber hinaus plane ich, Veränderungen in der Gemeinschaftsstruktur und -funktion unter wiederholter chemischer Belastung zu bewerten und den zugrunde liegenden Mechanismus im Detail zu untersuchen, indem ich das Potenzial für Ökologie und Evolution manipuliere. Für die Experimente werde ich eine mikrobielle Gemeinschaft verwenden, die aus einem Protisten als Wirt, seinem Virus, einem Virophage und einem Beutebakterium für den Protist besteht. Die Beobachtung der Gemeinschaftsdynamik in gestörten und ungestörten Umgebungen und die Beobachtung ökologischer (Populationsdynamik, Gemeinschaftsstruktur und -funktion) und evolutionärer Veränderungen (Wirtsresistenz, Virusinfektion und Bakterienabwehr) im Laufe der Zeit wird es mir ermöglichen, das Zusammenspiel von Ökologie und Evolution und die Rolle des chemischen Stressors für die gesamte Gemeinschaftsdynamik, -struktur und -funktion zu bewerten. Die Ergebnisse dieses Projekts werden zum Verständnis der Fähigkeit von Gemeinschaft beitragen, Umweltveränderungen abzufedern, und die unterschiedlichen Rollen von Ökologie und Evolution in diesen Reaktionen.
Im Dürre-geplagten östlichen Mittelmeerraum ist es besonders wichtig, die vergangene hydroklimatische Variabilität besser zu verstehen, um unsere Möglichkeiten zu erhöhen, zukünftige Änderungen der Wasserbilanz in dieser Klima-sensitiven Region abschätzen zu können. Krypto-Tephrochronologie, d.h. die Identifizierung vulkanischer Asche (Tephra) vergangener Vulkanausbrüche in lakustrinen und marinen Sedimenten, sowie die Nutzung dieser Tephren als Zeit-parallele Marker, ist eine ideale Methode um diese Klimaarchive zweifelsfrei miteinander zu synchronisieren. Hauptziel des TEPH-ME Projektes ist es, Paläoumwelt-Records aus dem östlichen Mittelmeerraum an Hand von Tephra-Zeitmarkern zu verlinken um regional unterschiedliche hydroklimatische Rückkopplungen als Antwort auf vergangene Klimaänderungen zu bestimmen. Dafür sollen weitverbreitete und gut-datierte Kryptotephren aus dem Mittelmeerraum erstmals in den tiefen ICDP-Sedimentkernen des Toten Meeres identifiziert werden, und damit in einem der wichtigsten Paläoklima-Archive der südöstlichen Mittelmeer-Levante Region. Die Identifizierung solcher Tephren aus Vulkanprovinzen des zentralen und östlichen Mittelmeeres in den Sedimentkernen des Toten Meeres wird es erlauben, den tephrostratigraphischen Rahmen weiter in das östliche Mittelmeer auszuweiten. Des Weiteren wird damit die bisher nur unzureichende Chronologie des ICDP Paläoklima Records des Toten Meeres wesentlich verbessert werden. Die Synchronisation der Paläoklimadaten des Toten Meeres mit anderen langen und hochaufgelösten Klimaarchiven des östlichen Mittelmeerraumes wird es ermöglichen, natürliche hydroklimatische Schwankungen der Vergangenheit, sowie regional unterschiedliche Antwortmechanismen auf vergangene Klimawandel in der gesamten Region zu entziffern.Besonderer Fokus soll auf das letzte Interglazial (Marines Isotopenstadium - MIS 5e) gelegt werden, eingenommen der Übergänge von der vorletzten Eiszeit (MIS 6), und zum frühen letzten Glazial (MIS 5d-a). Dieses Zeitfenster ist von besonderem Interesse in der Paläoklimawissenschaft, da es oft als mögliches Analogon zu den projizierten zukünftigen Klimaänderungen angesehen wird. Des Weiteren kann dieser Zeitabschnitt Auskunft geben über vergangene hydrologische Veränderungen in der südlichen Levante, und die Rolle dieser Region als Migrationskorridor für den frühen modernen Menschen, der während des letzten Glazial-Interglazial-Zyklus aus Afrika migriert ist.
The thesis proposal deals with mapping weather-affected changes in soil moisture over time. This is to visualize where and when soils would be subject to severe rutting and compaction under forest operations. The approach taken is modular by connecting temporal hydrothermal processes dealing with soil wetting, drying, freezing, and thawing to spatially anticipated locations of dry versus wet soil drainage conditions. The temporal variations within specific textured soils can be modeled at daily resolution based on air temperature, and precipitation (rain, snow) data. This is done with the Forest Hydrology Model (ForHyM). The spatial variations can be derived from LiDAR-generated bare-ground elevation surfaces at 1 m resolution by way of the newly developed metric depth-to-water index (DTW), for which DTW less than 10 , 10-25, 25-50, 50-100, greater than 100 cm indicates very poor, poor, imperfect, moderately well and well drainage conditions, respectively. The results of doing so will be illustrated for forested areas in Northern and Central New Brunswick in reference to actual forest harvesting and wood forwarding tracks. The attempt is to generalize the methodology for weather-dependent and geospatially base forecasting of soil conditions to better enable forest operation planning as seasons change from dry to wet and from wet to dry within seasons and from year to year.
