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Wasserhaushalt Hamburg

Rasterkarten zum Wasserhaushalt, bzw. zur Grundwasserneubildung, berechnet mit mGROWA (FZ Jülich, 2021). Im Webdienst werden 6 Layer gezeigt: - Grundwasserneubildung des hydrolog. Jahres 2019 [Min] - Grundwasserneubildung des hydrolog. Jahres 2008 [Max] - mittlere jährliche Grundwasserneubildung (1991 - 2019) - mittlere jährliche Grundwasserneubildung (1961 - 1990, Klimareferenzperiode) - Direktabfluss Mittlere Rate (1991-2020) - Tatsächliche Verdunstung Mittlere Rate (1991-2020) Beschreibung: Etwa ein Viertel des Niederschlags gelangt in Hamburg über den Boden ins Grundwasser und bildet damit einen erheblichen Anteil unserer täglichen Wasserversorgung und ist ökologische Grundlage für die Vegetation und den Boden als Wasserspeicher. Der übrige Niederschlag wird im Wesentlichen durch Verdunstung und Abfluss ins Sielnetz und in die Gewässer bestimmt. Aktuell werden pro Jahr bei durchschnittlichen Niederschlägen (etwa 770 mm pro Jahr) 136 Millionen Kubikmeter (m³) Grundwasser auf Hamburger Gebiet neu gebildet. Im Trockenjahr 2019 waren es nur 75 Millionen m³, was sich in stark fallenden Grundwasserständen, fehlender Bodenfeuchte und sich durch teilweises Trockenfallen von Gewässern für Tier und Pflanze als Trockenstress auswirkte. Auf die Beobachtung der Entwicklung der Grundwasserneubildung kommt deshalb in Zeiten des Klimawandels besondere Bedeutung zu. Neben klimatischen Veränderungen ist deshalb ein ausgefeiltes Flächen- und Ressourcenmanagement nötig, um der wachsenden urbanen Versiegelung und dem steigenden Wasserverbrauch mit Strategien und Maßnahmen hin zu einem naturnahen Wasserhaushalt entgegenzuwirken. Datengrundlagen und Methodik: Grundlage für die Berechnung und Darstellung von flächen- und zeitlich differenzierten Rasterkarten der verschiedenen Wasserhaushaltskomponenten ist das rasterzellenbasierte Wasserhaushaltsmodell mGROWA des Forschungszentrums Jülich. In mGROWA wurden zunächst standortbezogen auf Basis der jeweiligen Niederschlagsmengen und klimatischen Einflussgrößen die tatsächliche Verdunstung und der Gesamtabfluss in täglicher Auflösung mit einer Zellengröße von 25 x 25 m berechnet. Die berechneten Tageswerte wurden nachfolgend auf langjährig, jährliche und monatliche Zeiträume aggregiert. Danach wurde der Gesamtabfluss auf Basis der Standorteigenschaften in verschiedene Abflusskomponenten aufgeteilt. In der Datenzusammenstellung sind neben den Rasterkarten der potentiellen und tatsächlichen Verdunstung, des Gesamtabflusses und der Standorteigenschaften die Rasterkarten der Abflusskomponenten urbaner Direktabfluss, Sickerwasserrate, Zwischen- und Dränageabflüsse, sowie letztendlich die Grundwasserneubildung enthalten. Im Folgenden dargestellt werden auszugsweise die Karten zum mittleren langjährigen Mittel 1961-1990 (Klimareferenzperiode) und 1991-2019, das Nassjahr 2008 mit sehr großer und das Trockenjahr 2019 mit sehr geringer Neubildung.

Projektionen der Grundwasserneubildung in Deutschland bis zum Jahr 2100 (Datensatz)

Im Rahmen des Projektes WADKlim wurden mit mGROWA Projektionen auf Basis der Ergebnisse der Klimaprojektionen R26-E12-RCA, R85-CA2-CLM und R85-MI5-CLM für die Zeit von 1971 bis 2100 durchgeführt. Neben vielen anderen Größen liefern diese Projektionen auch Zeitreihen der Grundwasserneubildung (GWNB) in hoher räumlicher Auflösung. Im WADKlim Bericht werden diese Zeitreihen kurz andiskutiert und im Hinblick auf die Ausprägung zukünftiger Minimumdekaden der GWNB untersucht (siehe Kap. 2.3.10). Das Ziel der Auswertung im Projekt war es, flächendeckend für ganz Deutschland die Dekaden zu identifizieren, in denen die mittlere jährliche GWNB in den Projektionen ein Minimum erreicht. Die in den Minimumdekaden erreichte GWNB kann dann in Bezug zur jeweiligen historischen Referenzperiode 1971-2000 gesetzt werden. Es liegen teilweise verkürzte Zeitreihen bis 2095 für das Globalmodell MOHC-HadGEM2-ES vor. Das liegt daran, dass diese Modellrechnung bis zum hydrologischen Jahr 2099 lief und einige Zeitreihen innerhalb der Bias-Korrektur des Niederschlags im Rahmen von ReKliEs-De nochmals auf 2095 gekürzt wurden. Die Daten wurden durch das Forschungszentrum Jülich erstellt und bereitgestellt. Weitere Details werden im Begleitdokument beschrieben.

Antimon-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000 (WMS Dienst)

Die natürliche Grundwasserbeschaffenheit ist maßgeblich durch die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und der durchströmten Gesteinsmatrix geprägt. In Deutschland sind die Grundwässer jedoch durch anthropogene Handlungen wie z.B. Ackerbau, Rodung und Maßnahmen zur Grundwasserentnahme ubiquitär überprägt. Einflüsse einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft können dennoch als natürlich betrachtet werden (Funkel et al. 2004). Zur Erfüllung der Aufgaben aus der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) wurden für die hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens (Elbracht et al., 2016) Hintergrundwerte u.a. für gelöstes Antimon im Grundwasser ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Antimon umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen durch den Kontakt des Grundwassers mit der umgebenden Gesteinsmatrix des Grundwasserleiters sowie in Kontakt mit einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft einstellen. Die Karte zeigt farblich differenziert Klassen der Antimon-Hintergrundwerte der hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens. Der Prüfwert für Antimon im Grundwasser liegt derzeit bei 5 µg/L, der Geringfügigkeitsschwellenwert bei 0,5 µg/L. Durch das Auswählen eines Teilraumes gelangt man zu weiterführenden Informationen (z.B. Probenanzahl, zusammengefasste Teilräume, etc.). Informationen zu den Daten: Die genutzten Grundwasseranalysen stammen aus der Datenbank des Niedersächsischen Bodeninformationssystems (NIBIS). Hintergrundwerte sind definiert als das 90.-Perzentil der Normalpopulation der geogenen Konzentration des analysierten Parameters. Zur Bestimmung der Hintergrundwerte wurde die jeweils aktuellste Analyse einer Grundwassermessstelle verwendet. Bei zu geringer Probenzahl (n < 10) wurden, soweit möglich, lithologisch ähnliche Teilräume zu einem gemeinsamen Hintergrundwert zusammengefasst. Die Ermittlung der Hintergrundwerte folgte dem Verfahren zur statistischen Auswertung der Daten mittels Wahrscheinlichkeitsnetz der Staatlichen Geologischen Dienste (Wagner et al., 2011). Quellen: ELBRACHT, J., MEYER, R. & REUTTER, E. (2016): Hydrogeologische Räume und Teilräume in Niedersachsen. – GeoBerichte 3, LBEG, Hannover. DOI: 10.48476/geober_3_2016. Funkel R., Voigt H.-J., Wendland F., Hannappel S. (2004): Die natürliche ubiquitär überprägte Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland, Forschungszentrum Jülich GmbH (47), ISBN: 3-89336-353-X. WAGNER, B., WALTER, T., HIMMELSBACH, T., CLOS, P., BEER, A., BUDZIAK, D., DREHER, T., FRITSCHE, H.-G., HÜBSCHMANN, M., MARCZINEK, S., PETERS, A., POESER, H., SCHUSTER, H., STEINEL, A., WAGNER, F. & WIRSING, G. (2011): Hydrogeochemische Hintergrundwerte der Grundwässer Deutschlands als Web Map Service. – Grundwasser 16(3): 155-162; Springer, Berlin / Heidelberg.

Hydrogeologische Karte von Niedersachsen 1 : 50 000 – Mittlere jährliche Grundwasserneubildung für den 30-jährigen Zeitraum 2071-2100, Kein-Klimaschutz-Szenario (RCP8.5) (WMS Dienst)

Die Karte zeigt die modellierte mittlere jährliche Grundwasserneubildung für den 30-jährigen Zeitraum 2071-2100 in mm/a berechnet mit dem „Kein-Klimaschutz“-Szenario (RCP8.5). Grundwasser ist ein Rohstoff, der sich regenerieren und erneuern kann. Hauptlieferant für den Grundwasservorrat ist in Niedersachsen versickerndes Niederschlagswasser. Es sorgt dafür, dass die Grundwasservorkommen der Speichergesteine im Untergrund aufgefüllt werden. Besonders hoch ist die Grundwasserneubildung im Winter, da zu dieser Zeit ein großer Teil der Niederschläge im Boden versickert. In den wärmeren Jahreszeiten verdunstet dagegen ein großer Teil des Niederschlags bereits an der Oberfläche oder wird von Pflanzen aufgenommen. Die Grundwasserneubildung ist räumlich stark unterschiedlich verteilt. Sie hängt ab von der Niederschlags- und Verdunstungsverteilung, den Eigenschaften des Bodens, der Landnutzung (Bewuchs, Versiegelungsgrad), dem Relief der Landoberfläche, der künstlichen Entwässerung durch Drainage, dem Grundwasserflurabstand sowie den Eigenschaften der oberflächennahen Gesteine. Da sich diese Parameter in Niedersachsen zum Teil auf kleinstem Raum deutlich unterscheiden, unterliegt auch die Grundwasserneubildung großen lateralen Schwankungen. Um die Grundwasserneubildung zu ermitteln, gibt es verschiedene Verfahren. Die vorliegenden Karten zeigen die flächendifferenzierte Ausweisung der mittleren Grundwasserneubildung, die mit dem Verfahren mGROWA (kurz für „monatlicher Großräumiger Wasserhaushalt“) berechnet wurde. Das Model mGROWA wurde für die großräumige Simulation des Wasserhaushalts am Forschungszentrum Jülich in Zusammenarbeit mit dem LBEG entwickelt (Herrmann et al. 2013) und seit 2016 für Niedersachsen methodisch aktualisiert. Zusätzlich wurde eine Reihe neuer Eingangsdaten verwendet, um ein aktuelle Datengrundlagen für wasserwirtschaftliche Planungsarbeiten und wasserrechtliche Genehmigungsverfahren zu liefern. Als klimatische Inputdaten wurden tägliche und monatliche Klimaprojektionsdaten genutzt. Die Klimaprojektionsdaten stellen die Ergebnisse eines Ensembles aus verschiedenen Klimamodellen dar (das Niedersächsische Klimaensemble AR5-NI v2.1 siehe Hajati et al. (2022)). Die Daten wurden vom Deutschen Wetterdienst bereitgestellt. Datengrundlage dessen ist das EURO-CORDEX Ensemble (Jacob et al., 2014). Im Rahmen des BMVI-Expertennetzwerks fand durch den DWD eine Herunterskalierung von einem 12,5 km auf ein 5 km Raster statt. Die Klimamodelle sind mit dem „Kein-Klimaschutz“-Szenario (RCP8.5) angetrieben. Dabei handelt es sich um ein Szenario des IPCC (Weltklimarat), welches einen kontinuierlichen Anstieg der globalen Treibhausgasemissionen beschreibt, der bis zum Ende des 21. Jahrhunderts einen zusätzlichen Strahlungsantrieb von 8,5 Watt pro m² gegenüber dem vorindustriellen Niveau bewirkt. Die Ergebnisse aller Klimamodelle sind gleich wahrscheinlich. Daher kann neben dem Mittelwert, der eine Tendenz aufzeigt, auch der obere (Maximum) und untere (Minimum) Rand der Ergebnisbandbreite über den MapTip abgerufen werden. Für eine bessere Regionalisierung wurden die klimatischen Eingangsparameter Niederschlag und potentielle Verdunstung mit bilinearer Interpolation auf ein 500 x 500 m Raster für mGROWA22 herunterskaliert.

Hydraulische Nachweise zweier Brückenbauwerke am Iktebach und Mühlenteich

Im Rahmen einer Erschließungsmaßnahme der Stadt Jülich wurden die Entwässerungsgräben 'Mühlenteich' und 'Iktebach' im Bereich der Kreuzungen mit der geplanten Erschließungsstraße hydraulisch nachgewiesen. Hierzu wurden mit dem Programmsystem HEC-Ras eindimensionale numerische Modelle erstellt.

Klimaatlas NRW - Wasser: Wasserhaushaltsmodell mGROWA - Nettogesamtabfluss

Dienst bestehend aus den Rasterlayern zurn Wasserhaushaltsgröße Netto-Gesamtabfluss in mm, jeweils für das ganze Jahr. Die hier dargestellten Rasterlayer zum Wasserhaushalt wurden vom Forschungszentrum Jülich mit Hilfe des Modells "mGROWA" im Rahmen einer Kooperation mit dem LANUV NRW berechnet und für den Klimaatlas NRW aufbereitet. Die jeweiligen Raster-Layer wurden jeweils für die 30-jährigen Mittelwerte der Klimanormalperioden 1961-1990, 1971-2000, 1981-2010 und 1991-2020 für die beobachtete Vergangenheit berechnet. Ergänzend werden die Änderungen der Klimanormalperiode 1991-2020 bezogen auf 1961-1990 dargestellt. Zusätzlich liegen Klimaprojektionen für die Zukunftszeiträume 2031-2060 und 2071-2100 vor, die jeweils nach den Klimaprojektionen RCP2.6, RCP4.5 und RCP8.5 gegliedert sind. Die Stärke des möglichen Klimasignals je Szenario wird unterteilt nach dem 15., 50. und dem 85. Perzentil. Es werden sowohl absolute Mittelwerte als auch sogenannte Delta-Change Raster dargestellt, die die Änderung des Klimasignals gegenüber der Referenzperiode 1971-2000 zeigen. Datenquelle: Forschungszentrum Jülich (Frank Herrmann); Quellen für Klimaprojektionsdaten: Brienen et al. (2020), Krähenmann (2019).

Aerosolbelastung in der zukünftigen Atmosphäre (ALFA) - Verbesserung der Vorhersagefähigkeit atmosphärischer Aerosolbelastung durch molekulares Verständnis der Transformation von Emissionen in der Gegenwart und unter zukünftigen Szenarien

Atmosphärische Aerosole wirken auf die menschliche Gesundheit und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Die Quellen, Bildungsmechanismen und Senken sekundärer Aerosole, welche aus der Transformation von organischen und anorganischen Vorläufergasen entstehen, sind nicht ausreichend verstanden, so dass eine genaue Vorhersagbarkeit der Aerosolbelastung unter gegenwärtigen Emissionen und zukünftigen Szenarien nicht möglich ist.Um ein genaueres Prozessverständnis zu erlangen, werden wir neue analytische Methoden entwickeln, die die Messung einzelner aerosolgetragener Moleküle in Echtzeit, sowie die Erstellung molekularer Fingerabdrücke von Aerosolfilterproben, ermöglichen. Hierfür werden wir ein ultra-hochauflösendes (OrbitrapTM) Massenspektrometer (MS) für die Echtzeit-Aerosolmessung adaptieren, um im Rahmen von Messkampagnen an der Simulationskammer SAPHIR am Forschungszentrum Jülich, die Chemie der Aerosole unter zukünftigen Emissionsszenarien zu untersuchen. An der SAPHIR Kammer werden wir VOC-Emissionen von Pflanzen unter Stress und deren Wechselwirkung mit SO2, NOX und NH3 studieren. Die zentrale Fragestellung dieser Experimente ist, inwiefern überschüssiges Ammoniak mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Atmosphäre reagiert, und ob es im Aerosol zu einer verstärkten Bildung von absorbierenden organischen Stickstoff-Heterozyklen kommt. Die Relevanz heterogener photochemisch-induzierter Prozesse soll an der SAPHIR Kammer bei atmosphärischen Konzentrationen untersucht werden. Diese Untersuchungen sind nötig um Voraussagen darüber treffen zu können, inwieweit sich verändernde, zukünftige anorganische Emissionen und VOC-Emissionen gestresster Pflanzen einen Effekt auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Aerosolen in der zukünftigen Atmosphäre haben werden.Neben den Kammermessungen in Jülich sollen Feldmessungen an solchen Orten unternommen werden, an denen eine besonders starke Wechselwirkung zwischen organischen und anorganischen Komponenten zu erwarten ist, und somit die Kammerexperimente im Hinblick auf deren atmosphärische Relevanz validiert werden können.Während der Echtzeit-Messungen mit dem online Aerosol-Orbitrap-MS werden wir Aerosolfilterproben sammeln und molekulare Fingerabdrücke der Aerosolzusammensetzung mit Hochleistungs-Flüssigchromatografie / Massenspektrometrie erstellen. Basierend auf Laborstudien zur Oxidation einzelner VOCs werden wir die molekularen Fingerabdrücke der Realproben mit den Laborexperimenten vergleichen. Eine open-access-"Aerosolomics"-Datenbank soll erschaffen werden, die die gemessenen Merkmale einzelner Oxidationsprodukte archiviert und online verfügbar macht. Dies wird eine „top-down“ Klassifizierung von Aerosolproben ermöglichen, mit deren Hilfe man Aussagen darüber treffen kann welche VOCs und welche Prozesse für die sekundäre Bildung von atmosphärischem Aerosol an den untersuchten Orten verantwortlich sind.

ACTRIS-D National Facilities, Phase 1, Teilprojekt 7 (UoC-NF): Implementierung der UoC (University of Cologne) National Facility JOYCE-NF (Jülich Observatory for Cloud Evolution) innerhalb der EU Forschungsinfrastruktur ACTRIS

STARK Gestaltung des teilregionalen Strukturwandels in Form einer interkommunal abgestimmten, integrierten und mittel- bis langfristig angelegten Raumentwicklungsstrategie sowie Projektentwicklung, -qualifizierung und -umsetzung im Tagebauumfeld Inden - kurz: Strukturwandelmanagement indeland

Bismut-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000

Die natürliche Grundwasserbeschaffenheit ist maßgeblich durch die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und der durchströmten Gesteinsmatrix geprägt. In Deutschland sind die Grundwässer jedoch durch anthropogene Handlungen wie z.B. Ackerbau, Rodung und Maßnahmen zur Grundwasserentnahme ubiquitär überprägt. Einflüsse einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft können dennoch als natürlich betrachtet werden (Funkel et al. 2004). Zur Erfüllung der Aufgaben aus der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) wurden für die hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens (Elbracht et al., 2016) Hintergrundwerte u.a. für gelöstes Bismut im Grundwasser ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Bismut umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen durch den Kontakt des Grundwassers mit der umgebenden Gesteinsmatrix des Grundwasserleiters sowie in Kontakt mit einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft einstellen. Die Karte zeigt farblich differenziert Klassen der Bismut-Hintergrundwerte der hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens. Bismut ist ein Schwermetall, welches nur in geringen Konzentrationen in der Umwelt vorkommt. Für Bismut im Grundwasser gibt es aufgrund seiner vergleichsweisen niedrigen Toxizität aktuell keine Grenz-, Prüf- oder Richtwerte. Durch das Auswählen eines Teilraumes gelangt man zu weiterführenden Informationen (z.B. Probenanzahl, zusammengefasste Teilräume, etc.). Informationen zu den Daten: Die genutzten Grundwasseranalysen stammen aus der Datenbank des Niedersächsischen Bodeninformationssystems (NIBIS). Hintergrundwerte sind definiert als das 90.-Perzentil der Normalpopulation der geogenen Konzentration des analysierten Parameters. Zur Bestimmung der Hintergrundwerte wurde die jeweils aktuellste Analyse einer Grundwassermessstelle verwendet. Bei zu geringer Probenzahl (n < 10) wurden, soweit möglich, lithologisch ähnliche Teilräume zu einem gemeinsamen Hintergrundwert zusammengefasst. Die Ermittlung der Hintergrundwerte folgte dem Verfahren zur statistischen Auswertung der Daten mittels Wahrscheinlichkeitsnetz der Staatlichen Geologischen Dienste (Wagner et al., 2011). Quellen: ELBRACHT, J., MEYER, R. & REUTTER, E. (2016): Hydrogeologische Räume und Teilräume in Niedersachsen. – GeoBerichte 3, LBEG, Hannover. DOI: 10.48476/geober_3_2016. Funkel R., Voigt H.-J., Wendland F., Hannappel S. (2004): Die natürliche ubiquitär überprägte Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland, Forschungszentrum Jülich GmbH (47), ISBN: 3-89336-353-X. WAGNER, B., WALTER, T., HIMMELSBACH, T., CLOS, P., BEER, A., BUDZIAK, D., DREHER, T., FRITSCHE, H.-G., HÜBSCHMANN, M., MARCZINEK, S., PETERS, A., POESER, H., SCHUSTER, H., STEINEL, A., WAGNER, F. & WIRSING, G. (2011): Hydrogeochemische Hintergrundwerte der Grundwässer Deutschlands als Web Map Service. – Grundwasser 16(3): 155-162; Springer, Berlin / Heidelberg.

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