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PM10 - flächenhafte Belastung (2015)

PM10 - flächenhafte Belastung 2015 - Luftschadstoffe Die Daten erlauben eine Übersicht über die Schadstoffbelastung im Dresdener Stadtgebiet sowohl an Hauptstraßen wie auch in der Fläche. Eine Einordnung Bezug Grenzwerte (39. BImSchV) ist möglich. Punktgenaue Aussagen sind auf Grund des verwendeten Rechenmodells und der Eingangsdaten nicht möglich. Belastungsschwerpunkte sind zu erkennen.

ATKIS-DGM1 Sachsen-Anhalt

Ein Digitales Geländemodell (DGM) ist ein digitales, numerisches Modell der Geländehöhen und -formen, welches aus Laserscandaten abgeleitet wird. In Sachsen-Anhalt wird ein hochauflösendes DGM1 mit einer Gitterweite von 1m vorgehalten. Es besitzt eine Höhengenauigkeit von 0,15 m (flaches bis wenig geneigtes Gelände) bis 0,30 m (bewegtes Gelände bzw. bei Bewuchs/Bebauung).

TrilaWatt Use-Case: Wo beginnt Watt im Wattenmeer?

Gezeiten in der Deutschen Bucht führen dazu, dass die Wattgrenzen räumlich und zeitlich variabel sind. Ihr Verlauf verändert sich auf täglichen, monatlichen, jährlichen und dekadischen Zeitskalen und wird zusätzlich von der langfristigen Veränderung von Tide und Bathymetrie überlagert. Aus den Berechnungen des digitalen Zwillings zum Verlauf von jährlich gemittelten Hochwasser- und Niedrigwasser-Linien können zusammen mit jährlichen Bathymetrien die jahresgemittelten Wattgrenzen bestimmt werden. In diesem Use-Case wurden Daten des TrilaWatt-Projekts angewendet, um die jahresgemittelte Ausdehnung des Watts im Jahr 2020 zu bestimmen. Die Intertidalfläche ist somit ein Resultat der Verschneidung von Bathymetrie und jährlichen mittleren Tidehoch- und Tideniedrigwasser-Daten des numerischen Modells. Aus diesen Arbeiten wurden neue Datenprodukte zur topographischen Beschreibung der Gezeitenzone abgeleitet. English: In this use case, data from the TrilaWatt project was used to determine the annual extent of tidal flats in 2020. The intertidal area is thus a result of the intersection of bathymetry and annual mean high and low tide data from the numerical model. Download: A download is located below (in German: "Verweise und Downloads"). Literatur: Lepper, Robert (2024): Wo beginnt Watt im Wattenmeer. https://doi.org/10.18451/trilaw_2024_02

Optimierung von Energiesystemen unter Verwendung bilinearer Nebenbedingungen

Die rechnergestützte Optimierung von Energiesystemen ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende und das Erreichen von Klimaschutzzielen. Dabei werden die realen Systeme in mathematische Modelle übertragen und nach Vorgabe eines Ziels, z.B. der Minimierung von Emissionen oder Kosten, durch Algorithmen im Rechner gelöst. In der Planungspraxis werden fast ausschließlich vereinfachte, lineare Modelle verwendet, was in vielen Fällen auch eine ausreichend genaue Beschreibung der Realität darstellt (meist MILP). Bei einer Reihe von aktuellen Problemstellungen, wie der Optimierung von Prozessen und Systemen mit schwankenden Temperaturniveaus (z.B. Wärmepumpen oder Dampfsysteme in Kraftwerken), trifft das aber nicht mehr zu. Alternativ können nichtlineare Modelle mit angepassten Optimierungsmethoden (MINLP) verwendet werden, dabei steigt aber der Aufwand erheblich und ist eigentlich nur im Forschungskontext leistbar. Bilineare Methoden stellen einen Mittelweg dar. Der Einsatz dieser Methoden in der Energiesystemtechnik wird in diesem Projekt anhand praktischer Anwendungsfälle untersucht. Dazu werden im Teilvorhaben des SWK E² die drei methodischen Ansätze bezüglich Ergebnisqualität, Modellierungs- und Rechenaufwand gegenübergestellt. Eine Herausforderung ist dabei die Überführung der nichtlinearen in bilineare Formulierungen. Diese kann einerseits manuell erfolgen. Hierzu werden im Projekt für verschiedene Problemklassen methodische Vorgehensweisen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Andererseits kann das Aufstellen der Gleichungen durch Algorithmen unterstützt werden. Hier erstellt der Projektpartner GFaI auf Basis der gemeinsamen Ideen einen Softwareprototypen. Dieser Prototyp wird außerdem verbesserte Lösungsalgorithmen für bilinear modellierte Energiesysteme enthalten, die in die Potenzialbewertung durch das SWK E² einfließen werden. Ziel ist es, die Methodik für die breite Anwendung außerhalb des Wissenschaftsbetriebs zugänglich zu machen.

Optimierung von Energiesystemen unter Verwendung bilinearer Nebenbedingungen, Teilvorhaben: Analyse des Potenzials bilinearer Approximationen in Energiesystemen mit nichtlinearen Eigenschaften

Die rechnergestützte Optimierung von Energiesystemen ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende und das Erreichen von Klimaschutzzielen. Dabei werden die realen Systeme in mathematische Modelle übertragen und nach Vorgabe eines Ziels, z.B. der Minimierung von Emissionen oder Kosten, durch Algorithmen im Rechner gelöst. In der Planungspraxis werden fast ausschließlich vereinfachte, lineare Modelle verwendet, was in vielen Fällen auch eine ausreichend genaue Beschreibung der Realität darstellt (meist MILP). Bei einer Reihe von aktuellen Problemstellungen, wie der Optimierung von Prozessen und Systemen mit schwankenden Temperaturniveaus (z.B. Wärmepumpen oder Dampfsysteme in Kraftwerken), trifft das aber nicht mehr zu. Alternativ können nichtlineare Modelle mit angepassten Optimierungsmethoden (MINLP) verwendet werden, dabei steigt aber der Aufwand erheblich und ist eigentlich nur im Forschungskontext leistbar. Bilineare Methoden stellen einen Mittelweg dar. Der Einsatz dieser Methoden in der Energiesystemtechnik wird in diesem Projekt anhand praktischer Anwendungsfälle untersucht. Dazu werden im Teilvorhaben des SWK E² die drei methodischen Ansätze bezüglich Ergebnisqualität, Modellierungs- und Rechenaufwand gegenübergestellt. Eine Herausforderung ist dabei die Überführung der nichtlinearen in bilineare Formulierungen. Diese kann einerseits manuell erfolgen. Hierzu werden im Projekt für verschiedene Problemklassen methodische Vorgehensweisen im Sinne eines Leitfadens erarbeitet. Andererseits kann das Aufstellen der Gleichungen durch Algorithmen unterstützt werden. Hier erstellt der Projektpartner GFaI auf Basis der gemeinsamen Ideen einen Softwareprototypen. Dieser Prototyp wird außerdem verbesserte Lösungsalgorithmen für bilinear modellierte Energiesysteme enthalten, die in die Potenzialbewertung durch das SWK E² einfließen werden. Ziel ist es, die Methodik für die breite Anwendung außerhalb des Wissenschaftsbetriebs zugänglich zu machen.

Modellierung der Luftschadstoffbelastung, Stadt Leipzig

Die Anwendung zeigt für das Leipziger Stadtgebiet die mittels Rechenmodell prognostizierte Luftbelastung mit Feinstaub (PM10) und Stickstoffdioxid im Jahr 2025 in der Fläche und an Straßen. Da die Stadt Leipzig nicht Urheberin der flächenbezogenen Daten ist, werden diese nicht als Open Data angeboten. Des Weiteren wird über Maßnahmen des Luftreinhalteplans 2018 informiert sowie über deren Umsetzungsstand.

Berücksichtigung der Wurzeln im Nachweis der lokalen Standsicherheit für Uferböschungen an Binnenwasserstraßen

Wurzeln zur Ufersicherung an Binnenwasserstraßen Berücksichtigung im Nachweis der lokalen Standsicherheit Pflanzen können mit ihren Wurzeln Uferböschungen befestigen. Diese stabilisierende Wirkung wird quantitativ untersucht, sodass sie beim lokalen Standsicherheitsnachweis berücksichtigt werden kann. Hierdurch soll der Anwendungsbereich technisch-biologischer Ufersicherungen an Binnenwassertraßen erweitert werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei technisch-biologischen Ufersicherungen übernehmen Pflanzen bzw. eine Kombination aus Pflanzen und technischen Maßnahmen den Uferschutz. Dabei stabilisieren die Wurzeln der Pflanzen den Boden. Sie erhöhen die Scherfestigkeit und übernehmen Filterfunktionen. Diese positiven Effekte wurden bisher nicht soweit quantifiziert, dass sie in Bemessungsverfahren berücksichtigt werden konnten. Stattdessen wird aufgrund der bisherigen Erkenntnisse, u. a. aus dem BAW-Forschungsprojekt B3952.04.04.10151, ein Bemessungsverfahren empfohlen, das auf der sicheren Seite liegt. Bei diesem werden Wurzeln nicht zum Ansatz gebracht (Fleischer et al. 2021). Die stabilisierende Wirkung der Wurzeln auf Böschungen an Wasserstraßen soll quantitativ untersucht und anschließend in geeignete Berechnungsmodelle integriert werden. Ziel ist es, die Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung technisch-biologischer Ufersicherungen zu berücksichtigen. Dadurch sollen deren Anwendungsbereiche erweitert werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei all ihren Tätigkeiten muss die WSV die Bedürfnisse der Wasserwirtschaft wahren. Hierzu zählt seit Einführung der europäischen Wasserrahmenrichtlinie im Jahr 2000, dass bei Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen deren ökologischer Zustand verbessert werden soll, um das ökologische Potenzial der Binnenwasserstraßen auszuschöpfen. Der Ersatz eines herkömmlichen Uferdeckwerks durch eine technisch-biologische Ufersicherung bietet die Möglichkeit, die ökologischen Verhältnisse auch dort zu verbessern, wo auf einen Uferschutz nicht verzichtet werden kann. Aus diesem Grund sollen zukünftig vermehrt Pflanzen in Ufersicherungen eingesetzt werden, wenn dies die hydraulischen Belastungen erlauben. Kann die stabilisierende Wirkung der Wurzeln bei der Bemessung berücksichtigt werden, erweitert sich die Einsetzbarkeit technisch-biologischer Ufersicherungen, die kein signifikantes Flächengewicht aufweisen, wie z. B. Weidenspreitlagen oder Pflanzmatten. Hierdurch lässt sich das ökologische Potenzial an den Binnenwasserstraßen erhöhen. Untersuchungsmethoden Um Wurzeln in den Standsicherheitsnachweisen zu berücksichtigen, müssen deren Einflüsse quantifiziert werden. Hierfür sind verschiedene Labor-, Modell- und Naturversuche vorgesehen: - Aufzucht typischer, für technisch-biologische Ufersicherungen geeigneter Pflanzen, wie z. B. Weiden, Gräser oder Stauden unter definierten Bedingungen - Ermittlung der Wurzelparameter durch Wurzelaufgrabungen, Zug- und Scherfestigkeitsversuche - Ermittlung von Wurzelparametern in-situ in Uferböschungen für einen Vergleich mit den im Labor ermittelten Werten aus Pflanzversuchen, Modellergebnissen und Literaturangaben - Zusammenstellung der relevanten Wurzelparameter typischer Uferpflanzenarten für deren Integrierung in geeignete Berechnungsmodelle

Modellanpassung von generischen Rotorblättern für Laufzeitverlängerungsgutachten mittels optischer 3D-Messtechnik und experimenteller Modalanalyse, Teilvorhaben: Modellvalidierung und -anwendung

Das Ziel des Forschungsvorhabens BLADAPTION ist die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens für die zuverlässige Erstellung von Laufzeitverlängerungsgutachten für den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen nach ihrer Auslegungslebensdauer. Die zuverlässigen Laufzeitverlängerungsgutachten basieren auf einer präzisen Abbildung der realen Windenergieanlage, in dem unbekannte Aerodynamik- und Strukturdetails über ein entwickeltes Verfahren bestimmt werden. Dieses Verfahren basiert auf Vermessungsdaten aus dem Feld, welche über eine Optimierungsarchitektur dazu verwendet werden, diskrete Strukturdetails zu bestimmen und hierüber die Angleichung eines zugrunde gelegten Berechnungsmodells an die Realität ermöglichen. Die strukturelle Analyse der Gesamtanlage kann entsprechend zuverlässiger durchgeführt werden, da die Modellunsicherheiten der Komponente Rotorblatt stark reduziert werden. Ein Ziel der Messmethodenentwicklung ist die Minimierung des Anlagenstillstands und somit der Kosten, was die Akzeptanz des Verfahrens bei den Anlagenbetreibern signifikant erhöht. Das Teilvorhaben der P. E. Concepts GmbH umfasst die Modellvalidierung und -anwendung. Zunächst wird das WEA-Modell zur aeroelastischen Simulation auf Basis zur Verfügung stehender Daten aufgebaut. Die Unsicherheit in der Modellierung der Modellparameter, die das Rotorblatt betreffen, wird in diesem Zuge mit einer Sensitivitätsanalyse bewertet. In einem zweiten Schritt werden die standortspezifischen Windbedingungen aus den Windmessungen so verarbeitet, dass die für die aeroelastische Simulation Verwendung finden können. Im Nachgang erfolgt die Anpassung des generischen Modells auf Basis der Ergebnisse. Es werden dann die Restnutzungsdauern der WEA-Komponenten sowohl mit dem generischen als auch mit dem angepassten Modell berechnet. Die Ergebnisse werden in einem beispielhaften Bericht, wie er in der Praxis Anwendung finden würde, dokumentiert.

Passierbarkeit von Schlitzpässen unterschiedlicher Geometrie und Hydraulik

Veranlassung Die Schlitzpassbauweise ist potenziell an vielen der über 200 geplanten FAA an den Bundeswasserstraßen einsetzbar. Allerdings braucht es klare Bemessungsvorgaben, um die ökologische Funktionalität zu gewährleisten. Doch es gibt Unsicherheiten zur Passierbarkeit bei unterschiedlichen hydraulischen und geometrischen Bedingungen. Wie wirken sich unterschiedliche Strömungsmuster auf die Passierbarkeit aus? Wie beeinflussen Wendebecken den Fischaufstieg? Wie werden Strömungsschwankungen verursacht und beeinflussen sie die Fische? Diese Fragen werden von der BfG anhand markierter Fische (HDX-Telemetrie) und Beobachtungen (Imaging-Sonar) an Pilotanlagen sowie an der ethohydraulischen Rinne untersucht. Die BAW nutzt gegenständliche und numerische Modelle, um die Schlitzpass-Hydraulik besser zu verstehen und liefert damit zentrale Grundlagen für die Bemessung und fischökologische Bewertung. An der Pilotanlage Eddersheim wird eine ‘Doppelstranganlage’ geplant, in der mit Fischversuchen parallel verschiedene Schlitzpass-Varianten gegeneinander getestet werden (siehe ‘FuE-Rahmenkonzept: Ökologische Durchgängigkeit’, Kapitel 4.1.2). Ziele - Hydraulik verschiedener Schlitzpass-Ausprägungen analysieren (BAW) - Fischpassierbarkeit verschiedener Schlitzpass-Geometrien ermitteln - Passierbarkeit von Wendebecken analysieren - Auswirkung der FAA-Länge und wechselnder Unterwasserstände untersuchen Die Ergebnisse gehen als BfG/BAW-Fachempfehlung des WSV-Handbuchs ‘Ökologische Durchgängigkeit’ direkt in die konkrete WSV-Planung ein. Fischaufstiegsanlagen in Schlitzpass-Bauweise lassen sich planerisch gut bemessen und platzsparend bauen. Sie werden aus diesem Grund häufig errichtet, und es liegen viele wissenschaftliche Erkenntnisse zu diesem Bautyp vor. Trotzdem gibt es komplexe hydraulische Phänomene, deren Ursache und Auswirkung auf die Passierbarkeit unbekannt sind. Wie effizient passieren Fische unterschiedlicher Arten und Größen diese unterschiedlichen hydraulische Bedingungen? Welche fischökologischen Anforderungen müssen an die hydraulische Bemessung gestellt werden, um ökologisch ausreichend funktional zu sein? Schlitzpässe sind die am häufigsten gebauten Fischaufstiegsanlagen (FAA). Trotz Planungsvorgaben gibt es aber noch Fragen zur Passierbarkeit unter verschiedenen hydraulischen und geometrischen Bedingungen.

Passierbarkeit verschiedener Bautypen von Fischaufstiegsanlagen

Veranlassung Angesichts der zahlreichen FAA, die an den Bundeswasserstraßen neu gebaut werden, wären standardisierte Bautypen ökonomisch. Dem entgegen stehen standortspezifische räumliche, ökologische und nutzungstechnische Randbedingungen, die unterschiedliche Bautypen erfordern können. Für die Fachberatung der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) muss untersucht werden, wie effizient die Bautypen für den Fischaufstieg sind. Hydraulisch-technische Bemessungsvorgaben müssen konkretisiert und abgesichert werden. Teilweise lässt sich dies basierend auf aktueller Literatur beurteilen, doch fehlen vergleichende Studien zur Effizienz der Bautypen. An der Pilotanlage Eddersheim sollen in der ‘Doppelstranganlage’ parallel verschiedene Bautypen verglichen werden (siehe ‘FuE-Rahmenkonzept: Ökologische Durchgängigkeit’, Kapitel 4.1.2). Auf dieser Basis werden verifizierte Empfehlungen zur Anwendung der einzelnen Bautypen durch die WSV abgeleitet. Mit gegenständlichen und numerischen Modellen werden Fragen zur Hydraulik bearbeitet (BAW) und Angaben zur hydraulisch-technische Bemessung der Anlagen konkretisiert. Ziele - Raugerinne: fischökologisch bewertete Bemessungsvorgaben entwickeln, Habitatwert charakterisieren - Passierbarkeit von Schlitzpass-Alternativen vergleichend untersuchen (z.B. Rundbeckenpässe, kombinierte Bauweisen) - Fischschleuse, Fischlift: ökologisch-technische Anforderungen identifizieren, bestehende Beispiele hinsichtlich ökologischer und wirtschaftlicher Effizienz auswerten, Empfehlungen ableiten - langjährige Schwankungen bei der Fischpassage überwachen und analysieren Die Ergebnisse gehen als BfG/BAW-Fachempfehlung des WSV-Handbuchs ‘Ökologische Durchgängigkeit’ direkt in die konkrete WSV-Planung ein. Die Passierbarkeit ist neben der Auffindbarkeit der zweite entscheidende Aspekt einer funktionierenden FAA. Sobald die Fische die FAA gefunden haben, stellt sich die Frage, wie sie verzögerungsfrei und schadlos ins Oberwasser kommen. Unterschiedliche Bautypen sind hier möglich. Verbreitet sind solche, bei denen die Fische den Höhenunterschied des Querbauwerkes aus eigener Kraft bewältigen müssen (z.B. Schlitzpass, Raugerinne). Seltener und nur bei extremen Randbedingungen kommen Sonderkonstruktionen wie Fischlift oder Fischschleuse zum Einsatz, die den Fisch aktiv aufwärts bringen (Fischlift, Fischschleuse). Es gibt viele Bautypen für Fischaufstiegsanlagen (FAA): naturnah mutende Raugerinne, Anlagen aus Beton, Kombinationen verschiedener Bautypen, Sonderkonstruktionen wie Fischlifte. Welche können wir empfehlen?

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