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Verwendung von Kanalnetzcharakteristiken zur Ableitung von optimierten punkt-basierten Monitoringsystemen - INCIDENT

Das Projekt "Verwendung von Kanalnetzcharakteristiken zur Ableitung von optimierten punkt-basierten Monitoringsystemen - INCIDENT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Monitoring- und Erkundungstechnologien durchgeführt. Der Schutz von Oberflächen- und Grundwasserkörpern gegen potentielle Verunreinigungen (z.B. Xenobiotika) hat an Bedeutung entscheidend zugenommen. Der Einfluss dieser Substanzen auf Umwelt und Mensch können nach wie vor nicht umfassend erfasst werden und liegen daher im Fokus aktueller Forschung. Ein signifikantes Gefährdungspotential geht von Leckagen in Kanalnetzen aus. Aufgrund der hohen Bandbreite an Kanalzuständen (z.B. Alter) und den einhergehenden verschiedenen Schadbildern von Kanalrohren, birgt die zeitlich und räumlich hochvariable Exfiltration von Schadstoffen ein zunehmendes Kontaminationsrisiko. Kanalnetzleckagen und die zeitlich-räumliche Verteilung der Schadstoffe in vadoser und gesättigter Zone hängen sowohl von Untergrundeigenschaften als auch der geometrischen Struktur der Kanalnetze ab. Aufgrund der primär vertikalen Fließprozesse in der ungesättigten Zone, nehmen wir an, dass kanalnetzbürtige Schadstofffahnen von multiplen, kleinskaligen Kanalnetzdefekten die Grundwasseroberfläche als eindimensionale, horizontale Linienquellen erreichen. Aufgrund von sich überlagernden Prozessen und externen Stressoren ist es nicht praktikabel, jeden individuellen Kanaldefekt zu detektieren. Wir gehen davon aus, dass zur Ableitung und Ausweisung von potentiell durch Kanalleckagen gefährdeten Gebieten die Erfassung von Linienquellen und den daraus resultierenden Schadstofffahnen durch Grundwassermonitoring zielführend ist. Oft unterliegen urbane Grundwassermonitoringsysteme finanziellen und örtlichen Einschränkungen. Daher ist es nötig, die Anzahl und räumliche Verteilung der zur hinreichenden Erfassung von kanalbürtigen Schadstoffen benötigten Grundwasserbeobachtungsstellen zu evaluieren. Wir behaupten, dass (neben Untergrundeigenschaften) v.a. die Kanalnetzgeometrie einen signifikanten Einfluss auf die Schadstoffverteilung hat. Folglich sollte es möglich sein, kanalbürtige Schadstofffahnen mit Hilfe der kombinierten Nutzung von Grundwassermonitoring, Kanalnetzwerk- und Gebietseigenschaften zu erfassen und zu lokalisieren. Mittels der Eigenschaften und der räumlichen Verteilung von Linienquellen (hier Kanalnetzwerk) wird es überdies möglich sein, bereits existierende, punkt-basierte Monitoringsysteme (hier im Grundwasser) zu optimieren. Die zentrale Zielstellung dieses Antrags ist die Quantifizierung der Vorhersagefähigkeit, mit welcher ein gegebenes Grundwassermonitoringsystem Kanalnetzabschnitte als Quellen für Untergrundverunreinigungen unter Nutzung von Monte-Carlo- Modellansätzen zu lokalisieren vermag. Konzepte der Mehrzieloptimierung ermöglichen damit die Ableitung optimierter Grundwassermonitoringkonzepte für gegebene Kanalnetzstrukturen mit einer definierten Genauigkeit bzw. tolerierbaren Unsicherheit.

Studie: Veränderungen der Wasseraufnahme und -speicherung landwirtschaftlicher Böden und Auswirkungen auf das Überflutungsrisiko durch zunehmende Stark- und Dauerregenereignisse

Das Projekt "Studie: Veränderungen der Wasseraufnahme und -speicherung landwirtschaftlicher Böden und Auswirkungen auf das Überflutungsrisiko durch zunehmende Stark- und Dauerregenereignisse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ramboll Deutschland GmbH durchgeführt. Halten von Niederschlagwasser in der Fläche - dort, wo es anfällt - ist eine der wichtigsten vorbeugenden Hochwassermaßnahmen. Landwirtschaftliche Böden mit einem guten Wasseraufnahme- und - speichervermögen (Infiltration und Feldkapazität) halten Niederschlagwasser besser zurück. Sie können mehr Wasser nach unten ableiten und verlangsamen dadurch den Abfluss an der Oberfläche. Dies reduziert u. a. das Risiko von Hochwasserspitzen. Grund für eine reduzierte 'Schwammwirkung' eines Bodens sind Strukturveränderungen, vor allem Verdichtungen. Neben dem Befahren mit, gemessen an der Tragfähigkeit des Bodens, zu schwerem, landwirtschaftlichen Gerät, sind biologische Ursachen maßgeblich. Folgen der Veränderung können besonders bei Wetterextremen gravierend sein. Bereits eine um wenige mm Niederschlag verminderte Infiltrationsleistung erhöht den Oberflächenabfluss in größeren Einzugsgebieten um Millionen Kubikmeter Wasser. Neben Überflutungsschäden entstehen weitere Belastungen und Schäden durch Erosion infolge des Wasserabflusses oder Auswaschungen von Nährstoffen. Kosten, die in der Regel von der Allgemeinheit zu tragen sind. Die 'Lebendverbauung' ist für die Stabilität des Bodens und damit die Wasseraufnahme entscheidend. Artenspektrum als auch die Häufigkeit bestimmter Bodenakteure ist für den Boden-Wasser-Komplex wichtig. Rahmenbedingungen: Der aktuell vorliegende Bericht zur 'Vulnerabilität Deutschlands gegenüber Klimawandel' schätzt im Handlungsfeld Boden die Auswirkungen des Klimawandels auf den Bodenwassergehalt und das Sickerwasser für die nahe Zukunft (2021-2050) als sehr bedeutsam ein, die sektorale Anpassungskapazität wird jedoch als mittel eingestuft. Ziele: 1. Aufarbeitung der aktuellen Daten und des vorliegenden Wissens- und Kenntnisstandes zum geänderten Wasserspeichervermögen der Böden und darauf aufbauende Ableitung von Empfehlungen für eine standortangepasste Bodenbewirtschaftung. 2. Fachtagungen/ Symposium in 2018.

Biomanipulation als effektives Verfahren zur Wiederherstellung der Habitatfunktion des hyporheischen Interstitials (BIOEFFEKT)

Das Projekt "Biomanipulation als effektives Verfahren zur Wiederherstellung der Habitatfunktion des hyporheischen Interstitials (BIOEFFEKT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ARGE Nister , Oberes Wied e.V. durchgeführt. Das hier beantragte Projekt bezieht sich auf Punkt 2.2.1 der Förderrichtlinie (innovative Maßnahmen zur Verbesserung von Agrar-Ökosystemen oder Ökosystemleistungen) und dient dem Schutz und der Wiederherstellung wichtiger Ökosystemdienstleistungen in eutrophierten Fließgewässern. Einträge von Pflanzennährstoffen aus der Landwirtschaft und kommunalen Kläranlagen führen zur Eutrophierung von Gewässern, was in Deutschland ein flächendeckendes und drängendes Problem darstellt. Daher soll in einem Modellvorhaben in einem 1:1 Experiment gezeigt werden, dass Nahrungsnetzsteuerung die ökologische Funktion von Fließgewässern nachhaltig sichern bzw. wiederherstellen kann. Außerdem wird die Rolle des Kormorans für das Auftreten verstärkter Eutrophierungserscheinungen in Mittelgebirgsgewässern untersucht. Das Experiment zur Nahrungsnetzsteuerung soll aus vor Ort unterstützt sowie durch eine intensive Öffentlichkeitsarbeit begleitet werden. Dazu gehören Mitarbeit bei der Feldarbeit im Zusammenhang mit der fischereilichen Steuerung sowie die Vergrämung der Kormorane (bes. Strecke mit hohem Fischbesatz). Im zweiten Jahr des Projektes soll mit der Darstellung der Maßnahme und möglicher Erfolge begonnen werden. Dazu werden Publikationen in überregionalen, deutschsprachigen Fachzeitschriften, Vorträge auf Tagungen, eine Ergebnisdarstellung auf der ARGE Nister-Homepage und Exkursionen beitragen.

Biomanipulation als effektives Verfahren zur Wiederherstellung der Habitatfunktion des hyporheischen Interstitials (BIOEFFEKT)

Das Projekt "Biomanipulation als effektives Verfahren zur Wiederherstellung der Habitatfunktion des hyporheischen Interstitials (BIOEFFEKT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Koblenz, Institut für Integrierte Naturwissenschaften, Abteilung Biologie durchgeführt. Das hier beantragte Projekt bezieht sich auf Punkt 2.2.1 der Förderrichtlinie (innovative Maßnahmen zur Verbesserung von Agrar-Ökosystemen oder Ökosystemleistungen) und dient dem Schutz und der Wiederherstellung wichtiger Ökosystemdienstleistungen in eutrophierten Fließgewässern. Einträge von Pflanzennährstoffen aus der Landwirtschaft und kommunalen Kläranlagen führen zur Eutrophierung von Gewässern, was in Deutschland ein flächendeckendes und drängendes Problem darstellt. Daher soll in einem Modellvorhaben in einem 1:1 Experiment gezeigt werden, dass Nahrungsnetzsteuerung die ökologische Funktion von Fließgewässern nachhaltig sichern bzw. wiederherstellen kann. Außerdem wird die Rolle des Kormorans für das Auftreten verstärkter Eutrophierungserscheinungen in Mittelgebirgsgewässern untersucht. Im Rahmen eines Experimentes zur Nahrungsnetzsteuerung soll die Auswirkungen des benthische Grazing auf die Qualität des hyporheischen Interstitials analysiert werden. Dazu werden im die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des hyporheischen Interstitials zwischen Strecken mit unterschiedlichem Fischbestand verglichen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Analyse des Wasseraustauschs zwischen Interstitial und fließender Welle. Zusätzlich wird der Einfluss des Kormoran-Fraßdruckes auf den Fischbestand und damit die Qualität des hyporheischen Interstitials erfasst und bewertet.

SASSCAL: Southern African Science Service Centre for Climate Change and Adaptive Land Management; Topic: Water-related vulnerabilities and risks in southern Africa (water use)

Das Projekt "SASSCAL: Southern African Science Service Centre for Climate Change and Adaptive Land Management; Topic: Water-related vulnerabilities and risks in southern Africa (water use)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) GmbH durchgeführt. The current processes of global change are an enormous challenge for societies worldwide. The SASSCAL is a joint initiative of Angola, Botswana, Namibia, South Africa, Zambia, and Germany, responding to the challenges of global change. Aim and Scope: SASSCAL will improve the capacities to provide sound science-based solutions for current problems and future risks in the region, in particular regarding climate change and the associated demands concerning land management practices of local players. To this end, the centre will contribute to strengthening existing and developing new capacities for application-oriented scientific research and science-policy consultations on climate change, adapted land-use and sustainable development in the region. SASSCAL will support national, regional and local institutions and service providers to develop relevant advisory and implementation skills. It will have a regional scope and the work of the Centre will be defined in partnership with the respective scientific communities, the users of science products, policy-makers, and decision-makers. Research: SASSCAL intends to cover a variety of research issues in state-of-the-art climate change and land management research, responding to the regional definition of needs and demands. The task of the ISOE project team is to analyse to what extent water-related vulnerabilities and risks for the population and ecosystems are developing within the context of global change and how these might conceivably be reduced. Research approach: Many natural and social processes mutually influence water resources in the southern part of Africa. Climate change and changes in land use, as well as population and economic growth act as localised forms of global change on the current and future state of the resource and as such influence peoples living conditions. The project team is developing a vulnerability and risk analysis for the catchment area of the Cuvelai-Basin in northern Namibia and southern Angola. First the 'status quo and expected trends in patterns of water demand are being studied, differentiated according to spatial and social characteristics and with the help of social-empirical surveys, consultations with experts and mapping. Using this as a starting point, researchers calculate water demand and availability in order to discover the water supplys vulnerabilities and risks for the population and ecosystems. The aim is to identify areas of relevance for decision-makers which are particularly threatened by supply gaps and their consequences (hot spot areas). Next the researchers will be developing supportive measures for an adapted and integrated management of water resources. usw.

Anforderungen an die ressourceneffiziente Bewirtschaftung von Abwasser - Evaluierung der fachtechnischen Umsetzung der Abwasserbeseitigung nach Paragraph 55 (1) WHG

Das Projekt "Anforderungen an die ressourceneffiziente Bewirtschaftung von Abwasser - Evaluierung der fachtechnischen Umsetzung der Abwasserbeseitigung nach Paragraph 55 (1) WHG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro Dr. Köppke GmbH durchgeführt. Zur Umsetzung des Paragraph 55 (1) in Verbindung mit der Anlage 1 zu Paragraph 3 WHG in einer Abwasserbeseitigungsverordnung sind im Vergleich zur geltenden Abwasserverordnung eine Reihe von neuen Anforderungen für den wesentlich erweiterten Regelungsbereich zu entwickeln. Mit konkreten Anforderungen sind die Fachbetriebs- und Fachplanerpflicht für den Bau und Betrieb von Abwasseranlagen, das Gebot der Eignung und Dichtheit von Abwasseranlagen, das Ressourcen- und Energieeffizienzgebot, die Regelung der Indirekteinleitungen, der Umgang mit Betriebsstörungen, die Reduzierung des Fremdwasseranteils, die Reduzierung der Schadstoffverlagerungen in Luft und Abfall (Klärschlamm) sowie die Umsetzung der IED zu hinterlegen. Diese Aufgabe bedarf der Begleitung durch ein Forschungsprojekt, um den notwendigen engem Bezug zur Entsorgungs- und Genehmigungspraxis bei der Erarbeitung von Anforderungs- und Regelungsvorschlägen sicherzustellen.

FLUKZ - Durchflussmessung im Bereich gestörter Strömungsprofile im Kanalnetz

Das Projekt "FLUKZ - Durchflussmessung im Bereich gestörter Strömungsprofile im Kanalnetz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. In der Siedlungswasserwirtschaft stellen Durchfluss-Daten aus Kanalnetzen wesentliche Grundlagen für Planung und Betrieb dar und dienen dem Gewässer- sowie dem Hochwasserschutz. Planerisch und wirtschaftlich von besonderer Bedeutung sind Daten zum Schmutzwasser-, Fremdwasser- und Niederschlagsabfluss. Von diesen Planungsgrundlagen sind Investitionen in Milliardenhöhe in den Infrastrukturbereichen Kanalisation und Kläranlagen abhängig. Messtechnik für die Durchflussmessung ist zwar technisch hoch entwickelt. Ihre Anwendung setzt jedoch störungsfreie Mess-Stationen mit voll entwickelten Strömungsprofilen voraus, um aus den gemessenen lokalen Fließgeschwindigkeiten und Wassertiefen einen Gesamtdurchfluss zu berechnen. Diese idealen Verhältnisse liegen in der Praxis nur sehr selten vor. Bedingt durch die vielfältigen Zwangspunkte, Zuleitungen und Einbauten sind die Strömungsprofile in Kanalisationsanlagen oftmals erheblich gestört. In diesem Vorhaben sollen Störungseinflüsse identifiziert, eingegrenzt und hinsichtlich der Genauigkeit der Durchflussmessung beurteilt werden. Ziel des Vorhabens ist die Formulierung von Anwendungsregeln und Korrekturverfahren für Messungen an Querschnitten in der Kanalisation mit ausgewählten Störeinflüssen. Weiterhin sollen die Ergebnisse der sehr aufwändigen Strömungssimulationen den Projektpartnern in einer Datenbank mit Visualisierungstool für eigenständige Weiterentwicklungen zur Verfügung gestellt werden. Durch Anwendung der Projektergebnisse kann eine zeitnahe Verbesserung des Standes der Technik bei der Durchflussmessung und deren Genauigkeit erwartet werden.

Kopplung der Pflanzen-Bodenwasserdynamik - Einfluss der Pflanzenarten und Umweltbedingungen

Das Projekt "Kopplung der Pflanzen-Bodenwasserdynamik - Einfluss der Pflanzenarten und Umweltbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Die vorhergesagten Klima- und Landnutzungsänderung könnten dramatische Auswirkungen auf die Wasserbilanz von Pflanzen und Böden haben, besonders bei Dürreereignissen. Jedoch ist unser Wissen noch unzureichend um die zeitliche und räumliche Dynamik des Bodenwassers und der Wasseraufnahme der Pflanzen durch die Wurzeln und die Transpiration bei den vorhergesagten Änderungen zu erklären. Das Zentrale Ziel dieses Projekts ist es die Interaktion zwischen der Wasseraufnahme der Pflanzen, welche durch die Durchwurzelung und physiologischen Eigenschaften der Pflanzen beschrieben ist, und der hydrologischen Wasserbilanz von Ökosystemen quantitativ zu beschreiben. Der Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Auswirkungen von Dürre und Wiederbefeuchtung und deren Interaktion. Dabei konzentriert sich das Projekt auf die morphologischen und physiologischen Parameter und der funktionalen Adaptation der Pflanzen um die Wasseraufnahme zu optimieren. Der zweite zentrale Punkt ist die Auswirkung von präferentiellen Fliesswegen, Umverteilung von Wasser im Boden und Infiltrationseigenschaften auf die Interaktion zwischen Pflanzen und Bodenwasser. Bis jetzt wurden dynamische zeitliche und räumliche Effekte nie mit einer hohen Auflösung beobachtet. Jedoch ist dies eine Notwendigkeit, um die Prozesse zu verstehen und die Eigenschaften zu beschreiben. Deshalb liegt ein methodischer Schwerpunkt auf der Entwicklung und Anwendung von neuen Messmethoden, um kontinuierlich die stabilen Isotopensignatur von Bodenwasser und der Transpiration messen zu können.

Teilprojekt 2: Isotopenuntersuchungen im Stickstoffkreislauf zur Bestimmung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Das Projekt "Teilprojekt 2: Isotopenuntersuchungen im Stickstoffkreislauf zur Bestimmung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hydroisotop GmbH, Laboratorium zur Bestimmung von Isotopen in Umwelt und Hydrologie durchgeführt. Das Projekt dient zur Untersuchung, Beschreibung und Optimierung der Prozesse, die während der intermittierenden Infiltration an AGR und SAT-Standorten innerhalb der ungesättigten Zone (AGR- artificial groundwater recharge, SAT - soil aquifer treatment) an der israelischen SAT-Anlage und in Bodensäulen ablaufen. Eine Optimierung und Steuerung setzt die genaue Kenntnis von ablaufenden Prozessen voraus, die gut mit Isotopenuntersuchungen nachgewiesen werden können. Deshalb ist es Gegenstand des Teilprojektes die Isotopengehaltsbestimmungen an N-haltigen Verbindungen wie an Nitrat und Ammonium durchzuführen. Mit Hilfe der Isotopengehaltsbestimmungen sollen die Prozesse des N-Kreislaufes in der vadosen Zone bei dem gegenwärtigen Betriebsmodus der israelischen Anlage tiefenspezifisch beschrieben werden. Über Veränderungen des Anlagenbetriebs z.B. der Wasserfracht, des Flutungsrhythmus soll der Abbauprozess optimiert und die Redoxverhältnisse kontrolliert werden. Die Proben für die Stickstoffisotopenbestimmungen werden vom israelischen Partner zur Verfügung gestellt. Begleitet wird die Studie von Säulenversuchen im Labor der TU Dresden. Auch hier soll der N-Kreislauf mit Isotopenuntersuchungen beschrieben werden. Zur zeitlichen Verfolgung des Durchsickerungsprozesses und als Grundlage für die Modellierung ist ein Tracerversuch mit Tritium geplant. Dies baut auf vorangegangene hydraulische Untersuchungen der Anlage durch die israelischen Projektpartner auf.

Teilprojekt 1: Untersuchung und Simulierung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltration gereinigter Abwässer (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Das Projekt "Teilprojekt 1: Untersuchung und Simulierung von Transport- und Abbauprozessen in der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltration gereinigter Abwässer (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten, Lehrstuhl für Grundwasser- und Bodensanierung durchgeführt. Das Projekt dient zur Untersuchung und Beschreibung der Prozesse, die während der intermittierenden Infiltration an AGR und SAT-Standorten innerhalb der ungesättigten Zone ablaufen. (AGR- artificial groundwater recharge, SAT - soil aquifer treatment). Orientierend an den Bedingungen der israelischen SAT-Anlage Shafdan sollen die Transport- und Umwandlungsmechanismen organischer Wasserinhaltsstoffe und einzelner Stickstoffverbindungen im Zusammenhang mit den periodischen Schwankungen der Wassergehalte und des Redoxmilieus untersucht werden. a) Untersuchung der Wassergehalte und Saugspannungen und deren Schwankungsbreiten in verschiedenen Tiefen der ungesättigten Zone während der periodischen Infiltrationen b) Untersuchung der Schwankungen der Redoxpotentiale und der Sauerstoffgehalte im Bodenwasser c) Weitergehende Beschaffenheitsuntersuchungen und Analysen des Bodenwassers innerhalb unterschiedlicher Zustände der Wassersättigung d) Aufklärung der wesentlichen Abbaumechanismen der organischen Wasserinhaltsstoffe und der Randbedingungen und Limitationen während der verschiedenen Phasen der intermittierenden Infiltration e) Aufspüren von Optimierungsmöglichkeiten für verbesserten DOC-Abbau, Verhinderung der Manganmobilisierung in tieferen Schichten, Erhalt und Verbesserung der Infiltrationsleistung.

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