Im Rahmen des Teilprojekts Modellierung des Forschungsverbundvorhabens 'Nachhaltige Altlastenbewältigung unter Einbeziehung des natürlichen Reinigungsvermögens' wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das die Ausbreitung und den Abbau von Schadstoffen in der (un-)gesättigten Bodenzone in Form einer numerischen Simulation abbildet. Dazu musste in der ersten Projektphase ein existierendes Simulationswerkzeug (Richy1D) insbesondere um die Beschreibung von natürlichen Abbauvorgängen erweitert werden. Die nötigen Arbeiten auf dem Gebiet der Modellentwicklung resultierten zunächst in Implementierungen von Abbaumechanismen 0. und 1. Ordnung, die bereits lineare, irreversible Reaktionsnetzwerke mit beliebigen Reaktionspartnern abbildbar machen. Derartige Abbauketten sind etwa zur vereinfachten Beschreibung des LHKW-Abbaus weit verbreitet. Die Abhängigkeit der Reaktionsraten von Vorhandensein und Aktivität lebender Organismen, die diese Abbauvorgänge katalysieren, wird vom Monod-Modell widergespiegelt. Dieses wurde formuliert und implementiert für Umsetzungen mit beteiligter Biomasse und zwei Reaktionspartnern, dem Elektronendonator und einem Elektronenakzeptor (sog. 3-Komponentenmodell). Die Berücksichtigung des Konzepts der Redoxzonen, in welchen unterschiedliche Mikrobenspezies agieren und verschieden Abbauwege möglich sind, mündet in der Formulierung eines allgemeinen Monod-Modells mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Biomassenspezies, Abbauwegen, Reaktionspartnern und Hemmstoffen. Um schließlich allgemeinste chemische Reaktionsgleichgewichte oder Kinetiken berücksichtigen zu können, wird derzeit an der Realisation eines allgemeinen Mehrkomponentenmodelles gearbeitet. Die Nutzung komplexer Simulationsmodelle für reale Fallstudien stellt hohe Anforderungen an die Datenlage der Standorte. Ein Hilfsmittel zur Gewinnung von Modellparametern stellt die Identifizierung dieser mittels inverser Simulation geeigneter (Säulen-) Experimente dar. Die am Lehrstuhl entwickelte Software wurde hier entsprechend den Anforderungen eines Teilprojekts einem speziellen Experimentdesign, dem sog. Kreislaufexperiment, angepasst. Desweiteren wurde eine neue Parametrisierungsmöglichkeit für die zu identifizierenden Funktionen geschaffen, welche zu verbesserter numerischer Stabiliät führt. Die Funktionen sind nun durch monotone, stückweise kubische Splines darstellbar. Die Identifizierungssoftware ist auch auf die Parameter des 3-Komponenten-Monod-Modells erweitert. Zur Erstellung einer räumlich dreidimensionalen, instationären Wasserhaushalts- und Stofftransportsimulation Richy3D wurden zunächst zweidimensionale Vorarbeiten auf die aktuellste Version des Programmbaukastens ug portiert, was sowohl die Verfolgung adaptiver Rechenkonzepte (variable Steuerung numerischer Parameter wie Zeitschrittweite und Feinheit des räumlichen Gitters) ermöglicht, als auch einen übergang zu parallelen Datenstrukturen bietet. Dazu wurde in weiten Teilen die Diskretisierung ...
Als Beitrag zu den UN-Nachhaltigkeitszielen entwickelt MedWater Managementwerkzeuge zur Verbesserung der Wassernutzungseffizienz unter Berücksichtigung des Erhalts vorhandener Wasserressourcen und Ökosystemleistungen mit dem Ziel der optimierten Bewirtschaftung knapper Grundwasserressourcen in vulnerablen Festgesteinsgrundwasserleitern unter mediterranen Klimabedingungen. Zentrale Komponenten dieser Werkzeuge sind Prognosemodelle (hydrol.-hydrogeol. Modelle, SWAT Modelle), die das Verhalten hoch-dynamischer Bedarf-Ressourcensysteme abbilden. Über Szenarienanalysen werden die Auswirkungen externer Faktoren (z.B. Landnutzung, Klimaänderung) auf Wasserressourcen und Ökosystemleistungen quantifiziert. Über ein global parametrisiertes SWAT wird der Wasserfußabdruck (Import und Export) bestimmt, um die Interaktion der Wassernutzung im Untersuchungsgebiet mit den globalen Wasserressourcen und Ökosystemleistungen herzustellen. Mittels multikriterieller Optimierung werden pareto-optimale Lösungen identifiziert und Entwicklungsszenarien abgeleitet. Anhand einer Bewertungsmatrix, die Einzugsgebietstyp, Böden und Niederschlagsverteilungsmuster gruppiert, werden die Ergebnisse mittels Fernerkundungsdaten (insb. oberflächennahe Bodenfeuchteinformationen aus Radarfernerkundungsdaten) auf den globalen Maßstab übertragen. Die Ergebnisse münden in ein webbasiertes 'real-time data based' Decision-Support-System (DSS)', welches durch die Integration von near-real-time-Daten wie der Bodenfeuchte system-aktuelle Bewirtschaftungsvorschläge liefert. Der Lehrstuhl für Fernerkundung der Universität Würzburg bearbeitet das Teilprojekt 4 (TP4) zum Einsatz von Fernerkundungsmethoden zur räumlich-zeitlich differenzierten Abschätzung des Wassergehalts an der Bodenoberfläche und der Landnutzung. TP4 ist in die Arbeitspakete (AP) 2, 6 und 7 der Vorhabensbeschreibung eingebunden. Konkret sind dies die Mitarbeit am Grundwasser- und Bodenmodell (AP2.1), die Kopplung Grundwasser-Bodenmodell mit Fernerkundungsdaten (AP2.2) sowie die Entwicklung eines SWAT Modells (AP2.3). Im WP6 sind es die Verifikation der Transferstandorte (AP6.1) und die Aufstellung der Bewertungsmatrix (AP6.2). Außerdem wird an der Entwicklung des DSS mitgearbeitet (AP7.1).
Als Beitrag zu den Nachhaltigkeitszielen der UN entwickelt MedWater Managementwerkzeuge zur Verbesserung der Wassernutzungseffizienz unter Berücksichtigung des Erhalts vorhandener Wasserressourcen und Ökosystemleistungen mit dem Ziel der optimierten Bewirtschaftung knapper Grundwasserressourcen in vulnerablen Festgesteinsgrundwasserleitern unter mediterranen Klimabedingungen. Zentrale Komponenten dieser Werkzeuge sind Prognosemodelle (hydrol.-hydrogeol. Modelle, SWAT Modelle), die das Verhalten hoch dynamischer Bedarf-Ressourcensysteme abbilden. Über Szenarienanalysen werden die Auswirkungen externer Faktoren (z.B. Landnutzung, Klimaänderung) auf Wasserressourcen und Ökosystemleistungen quantifiziert. Über ein global parametrisiertes SWAT wird der Wasserfußabdruck für den Import und Export von Lebensmitteln bestimmt, um die Interaktion der Wassernutzung im Untersuchungsgebiet mit den globalen Wasserressourcen und Ökosystemleistungen herzustellen. Mittels multikriterieller Optimierung werden pareto-optimale Lösungen identifiziert und Entwicklungsszenarien abgeleitet. Anhand einer Bewertungsmatrix, die Einzugsgebietstyp, Böden, Niederschlagsverteilungsmuster gruppiert, werden die Ergebnisse mittels Fernerkundungsdaten auf den globalen Maßstab übertragen. Die Ergebnisse münden in ein webbasiertes 'real-time data based' Decision-Support-System (DSS)', welches durch die Integration von Echtzeitdaten wie z.B. der Bodenfeuchte system-aktuelle Bewirtschaftungsvorschläge liefert.
Begleitend zum technischen Vorhaben der Entwicklung eines Karbonatisierungsverfahrens zur langfristigen Bindung von CO2 in einem marktfähigen Produkt der Zementindustrie, werden in diesem Forschungsprojekt ökonomische und soziale Aspekte solcher Lösungen betrachtet. Die ökonomischen und gesellschaftlichen Auswirkungen von Technologien zur CO2-Karbonatisierung können besser verstanden und gesteuert werden, wenn diese bereits in einem frühen Entwicklungsstadium der Technologie analysiert werden. Hierfür werden zunächst mittels einer techno-ökonomischen Analyse und einer multikriteriellen Bewertung gesellschaftliche Potenziale und Risiken aufgedeckt. Um Erkenntnisse zu möglicherweise kritischen Aspekten in der Akzeptanz und zu wünschenswerten Optionen in der Gestaltung politischer Rahmenbedingungen zu gewinnen, werden zudem eine Multi-Stakeholder-Perspektive eingenommen und relevante Zukunftsstrategien identifiziert.
Das Projekt GreenEquityHEALTH (www.greenequityhealth.hu-berlin.de) zielt darauf ab, den Beitrag urbaner Grünflächen bei der Abmilderung globaler Herausforderungen im Zusammenhang mit Klimawandel, Urbanisierung und demographischem Wandel zu ermitteln und zu quantifizieren. Regulierende und kulturelle Ökosystemleistungen werden dazu analysiert. Am Beispiel der Stadt Leipzig werden Auswirkungen von Hitze und Luftverschmutzung auf Pflanzeneigenschaften mittels Feldmessungen und Auswertungen von Fernerkundungsdaten erfasst. Parallel dazu geben Gesundheitsmessungen, Beobachtungen und Befragungen zur wahrgenommenen Gesundheit von Parkbesuchern, insbesondere vulnerablen Gruppen wie ältere Menschen oder Kinder, Aufschluss über mögliche positive Gesundheitseffekte. Die Ergebnisse fließen in ein räumlich explizites Multikriterienmodell 'URBAN-HEALTH', das so genannte Hotspot-Flächen in einer Stadt aufzeigen wird, die von einer besonderen Belastung durch Hitze und/oder Luftverschmutzung, hoher Versiegelung, hohen Dichtegraden, geringen Grün- bzw. Freiflächenanteilen etc. gekennzeichnet sind. Aus den Analyseergebnissen werden konkrete Handlungsempfehlungen für die Stadtplanungen abgeleitet. Die Ergebnisse werden in transdisziplinären Workshops mit Vertretern von Stadtplanungen sowie mit den Kooperationspartnern (Beirat) des Projektes diskutiert sowie in Form von kurzen Handlungsempfehlungen (Factsheets, Video) über diverse Kanäle auf nationaler Ebene über die Stadtplanungen sowie auf internationaler Eben durch bestehende Kooperationen mit IUCN und der WHO verbreitet.