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Erprobung eines Ultraschall-Stroemungsmessers

Durchfuehrung von Probemessungen mit dem akustischen Stroemungsmesser Flora 10 von Krupp-Atlas. Neu hinzugenommen wurde die Erprobung einer Kreuzstreckenanlage (Vierschwinger-Anlage) nach diesem System. Bei der Kreuzstreckenanlage entfaellt die Verlegung eines Kabels durch den Fluss. Die Abhaengigkeit der Genauigkeit des Messergebnisses von der Stroemungsrichtung wird ebenfalls geringer. Diese neue Anlage befindet sich seit Mitte 1978 in der unteren Mosel in der Erprobung.

Geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren

In der Praxis hat sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) für geotechnische Verformungsnachweise durchgesetzt. Über den vorhandenen Kenntnisstand hinaus soll Wissen zum Nachweis von Standsicherheitsbetrachtungen unter Einsatz numerischer Methoden erworben werden. Ziel ist es, Grundlagen und Empfehlungen für eine durchgehende geotechnische Bemessung mit numerischen Verfahren zu geben. Aufgabenstellung und Ziel Bauvorhaben der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) werden zunehmend komplexer. Das liegt zum einen daran, dass sie fast alle in unmittelbarer Nähe von vorhandener, oftmals maroder Infrastruktur liegen und räumlich oft keine Ausweichmöglichkeiten bestehen (z. B. Wehre, Schleusen und Fischaufstiegsanlagen an Neckar, Mosel und Main, Schleuse Lüneburg). Zum anderen liegt es auch an erhöhten Anforderungen an das Bauvorhaben, die sich einerseits aus den Einwirkungen ergeben (z. B. Bemessungshochwasser) und die andererseits im Hinblick auf die Beeinflussung der Umwelt gestellt werden (z. B. Grundwasser). Die Komplexität von Geometrie und Belastungen, Baugrundeigenschaften und Grundwasserverhältnissen ist mit analytischen Modellen nur schwer zu erfassen. Mithilfe numerischer Verfahren können die vorhandene Altsubstanz im Baufeld, die Belastungsgeschichte des Baugrunds, die angrenzende Infrastruktur, die reellen Baugrundeigenschaften und insbesondere die nichtlinearen Zusammenhänge realitätsnäher abgebildet werden. In der Praxis hat sich hierfür die Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgesetzt. Derzeit werden mit der FEM Gebrauchstauglichkeits- bzw. Verformungsnachweise geführt oder Eingangswerte für die Bemessung mit analytischen Verfahren (z. B. Erddruck) ermittelt. Für eine durchgehende Bemessung von Bauwerken und Bauteilen mithilfe numerischer Verfahren fehlen in Deutschland erprobte Grundlagen und Regeln. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die gewonnenen Erkenntnisse werden die Beratungsleistungen der BAW gewinnbringend ergänzen. Die fachliche Zusammenarbeit mit der WSV in Projekten an den Bundeswasserstraßen wird damit qualitativ weiter verbessert. Mit der Einführung des neuen Eurocode DIN EN 1997-1 (EC7) ist mit einem zunehmenden Einsatz numerischer Verfahren in der geotechnischen Bemessung zu rechnen. Diese Thematik wird auch im „Arbeitskreis Baugruben“ und im „Arbeitsausschuss Ufereinfassungen“ ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Standsicherheit, z. B. von bestehenden und neu zu planenden Bauwerken, wird ein vertieftes Verständnis numerischer Bemessungsverfahren bei der Beratung der WSV zwingend erforderlich sein. Untersuchungsmethoden Für im Wasserbau übliche geotechnische Bauwerkskonstruktionen sollen verschiedene Nachweisformate numerisch untersucht und Anwendungsgrenzen definiert werden. Die Nachweisführung soll entsprechend dem Teilsicherheitskonzept zusätzlich mit bewährten analytischen Berechnungsverfahren erfolgen, um einen Vergleich der Berechnungsergebnisse zu ermöglichen. Fragen zu Einfluss und Sensitivität von Baugrundkenngrößen und Grundwasserverhältnissen bei der durchgehenden Bemessung mit numerischen Verfahren stehen über die praktischen Fragestellungen hinaus im Fokus. Es ist geplant, die analytischen und numerischen Berechnungen an Bemessungsbeispielen bestehender Bauvorhaben bzw. Projekten durchzuführen. Reale Bemessungsbeispiele bestehender Vorhaben bieten den Vorteil, dass Messdaten von Verformungen vorliegen. Somit können die FEM-Berechnungen abglichen bzw. kalibriert werden. (Text gekürzt)

Ermittlung des Potenzials schädlicher Phytoplankton-Massenentwicklungen in Bundeswasserstraßen

Veranlassung Die aktuellen, trockenen Jahre haben gezeigt, dass an den Bundeswasserstraßen im Binnenland und den Ästuaren in Zeiten des Klimawandels wieder vermehrt mit Eutrophierungs-Phänomenen zu rechnen ist. Das Fischsterben in der Oder, ausgelöst durch das verstärkte Wachstum der Alge Prymnesium parvum und der von ihr gebildeten Toxine, die mittlerweile regelmäßig auftretenden Cyanobakterienblüten an der Mosel oder auch die wieder verstärkt auftretende Sauerstoffproblematik in vielen Fließgewässern wie z. B. der Elbe sind die prominentesten Beispiele dieser Entwicklung (Abb. 1). Nicht nur in den Medien, der Öffentlichkeit und in der nationalen und internationalen Politik, auch bei den verwaltenden Behörden wie den Landesämtern oder der Wasserstraßen und Schifffahrtsverwaltung des Bundes erregt dieses Thema große Aufmerksamkeit und Besorgnis. Eutrophierung ist eines der zentralen Wasserqualitätsprobleme, die in der Nationalen Wasserstrategie der Bundesregierung benannt werden. Ihre Vermeidung, insbesondere im Ästuar- und Küstenbereich, ist „Vision“ der Nationalen Wasserstrategie und entspricht dem nationalen Umweltziel 1 aus der Umsetzung der Europäischen Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie. Die Gründe für diese Eutrophierungsphänomene liegen in den ungewöhnlich langen, trockenen und warmen Wetterperioden in den Frühjahrs- und Sommermonaten der vergangenen Jahre. Diese führen nicht nur zu einem Anstieg der Wassertemperatur und ausreichender Lichtverfügbarkeit, auch der Abfluss in den Bundeswasserstraßen nimmt ab, während die Aufenthaltszeit des Wassers gerade in staugeregelten Bereichen ansteigt. All diese Faktoren sind wachstumsfördernd für Algen und Cyanobakterien. Durch den geringen Abfluss werden zudem eingeleitete Substanzen nicht mehr ausreichend verdünnt. Im Falle der Oder führten durch den Bergbau eingeleitete Salze erst dazu, dass die Brackwasseralge Prymnesium parvum ein ideales Habitat vorfand. Es besteht daher starker Bedarf, solche Kipppunkte von Gewässern frühzeitig zu erkennen und über ein Monitoringprogramm im Krisenfall die Handlungsfähigkeit der zuständigen Behörden zu verbessern. Dazu ist es zunächst notwendig, das Potenzial der Bundeswasserstraßen für die Massenentwicklung von schädlichen Algen und Cyanobakterien zu evaluieren und damit zu klären, an welchen Bundeswasserstraßen das Risiko für schädliche Algenblüten besteht. Es gibt verschiedene Algen, andere Protisten und Cyanobakterien, die das Potenzial schädlicher Auswirkungen auf das Ökosystem und die menschliche Gesundheit haben. Die Nischen oder Habitate, in denen diese Arten vorkommen sind zwar begrenzt, es ist jedoch nachgewiesen, dass durch den Menschen verursachte Phänomene (Klimawandel, Einleitung von Nährstoffen und Salzen) die Ausbreitung schädlicher Algen befördern und es dadurch zu massenhaften Entwicklungen dieser kommt. Es ist nicht bekannt, in welchen der Bundeswasserstraßen mögliche Habitate für diese schädlichen Organismen derzeit bestehen oder auch in Zukunft unter einem Klimawandelszenario entstehen könnten. Diese Lücke soll in diesem Projekt geschlossen werden. Ziele - Identifizierung der TOP10 HABs (engl. „Harmful Algae Blooms“ = schädliche Algenblüten), also der 10 Arten, die am wahrscheinlichsten in großen Fließgewässern eine schädliche Algenblüte bilden und Charakterisierung ihrer Umweltanforderungen - Erstellung und Veröffentlichung von Steckbriefen der TOP10 HABs - Zusammenstellung von Umweltdaten für eine Risikoanalyse schädlicher Phytoplankton-Massenentwicklungen - Analyse des trophischen Potenzials der Bundeswasserstraßen, d. h. der theoretischen Möglichkeit für eine Phytoplankton-Massenentwicklung in den Bundeswasserstraßen.

Fischwanderung ohne Grenzen Zur Durchgängigkeit an Wasserstraßen: Fischen die Reise erleichtern - Fische auf Wanderschaft: Wasserstraßen verbinden

Die frei fließenden und staugeregelten Flüsse unter den Bundeswasserstraßen sind für die Fische wichtige Verbindungsgewässer zwischen den Habitaten im Meer und an den Flussoberläufen. Fische, die große Distanzen zurücklegen, orientieren sich an der Hauptströmung und werden deshalb an Staustufen entweder zum Kraftwerk oder zum Wehr geleitet. Dort gibt es keine Möglichkeit mehr, aufwärts zu wandern, wenn nicht in der Nähe der Wehr- oder Kraftwerksabströmung eine funktionierende Fischaufstiegsanlage vorhanden ist. Da Schiffsschleusen keine kontinuierliche Leitströmung erzeugen, werden sie von den Fischarten, die der Hauptströmung folgend lange Distanzen zurücklegen, nicht gefunden. Arten, die auf ihrer Wanderung nicht der Hauptströmung folgen, können auf- oder abwandern, wenn sie eine offene Schleusenkammer vorfinden. Flussabwärts: Fische vor Kraftwerken schützen und vorbeileiten: An Staustufen ohne Wasserkraftanlagen ist die abwärts gerichtete Wanderung über ein Wehr hinweg in der Regel unproblematisch. Voraussetzung: Das Wehr ist in Betrieb, die Fallhöhe beträgt nicht mehr als 13 Meter und im Tosbecken ist eine Wassertiefe von mindestens 0,90 Metern vorhanden. Dagegen können bei Abwanderung durch eine Kraftwerksturbine leichte bis tödliche Verletzungen auftreten. Diese turbinenbedingte Mortalität ist von der Fischart und der Körperlänge der Tiere sowie von Turbinentyp und -größe, der Fallhöhe und den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängig. Um hier einen gefahrlosen Fischabstieg zu gewährleisten, sind die Betreiber von Wasserkraftanlagen nach Wasserhaushaltsgesetz verpflichtet, die Wasserkraftanlagen mit geeigneten Maßnahmen zum Schutz der Fischpopulation (z. B. mit Feinrechen und einem Bypass am Kraftwerk vorbei ins Unterwasser) aus- bzw. nachzurüsten. Flussaufwärts: Hier helfen nur Fischaufstiege: Verschiedene Untersuchungen der Durchgängigkeit an Rhein, Mosel, Main, Neckar, Weser, Elbe und Donau haben gezeigt, dass zwar ein großer Teil der Staustufen mit Fischaufstiegsanlagen ausgestattet ist, diese für die aufstiegswilligen Fische jedoch schwer zu finden oder zu passieren sind. Im Mai 2009 stimmten die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) und die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS heute: Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, BMVI) folgendes Rahmenkonzept für die erforderlichen Arbeiten ab: - Aufstellung fachlicher Grundlagen, insbesondere zu fischökologischen Dringlichkeiten - Fachliche Beratung der WSV sowie Schulungen - Forschungs- und Entwicklungsprojekte für die Erstellung eines technischen Regelwerks, und - Standardisierung der Anforderungen und Ausführung von Fischaufstiegs-, Fischschutz- und Fischabstiegsanlagen. (Text gekürzt)

Binnenwasserstraßen: Abflüsse steuern und Wasserstände regeln

An den staugeregelten Bundeswasserstraßen ist eine genaue Einhaltung der vertraglich festgelegten Wasserstände erforderlich. Die Automatisierung hilft hier mit einer standardisierten Vorgehensweise und sorgt für einen reibungsfreien Betrieb. Effizient und erneuerbar: Wasser bewegt! Deutschland verfügt über ein wirtschaftlich leistungsfähiges Wasserstraßennetz, das die Seehäfen an Nord- und Ostsee mit den Binnenhäfen verbindet. Die 7.350 km Binnenwasserstraßen bestehen zu 25 Prozent aus Kanalstrecken, zu 35 Prozent aus frei fließenden und zu 40 Prozent aus staugeregelten Flussabschnitten. Im Zusammenhang mit dem Staustufenbau wurden an den größeren Flüssen vielfach Laufwasserkraftwerke errichtet, die mit der erneuerbaren Ressource Wasser Strom erzeugen. Zu den staugeregelten Bundeswasserstraßen mit Wasserkraftnutzung zählen Weser, Oberrhein, Neckar, Main, Mosel, Saar und Donau mit einer installierten Leistung von derzeit ca. 750 Megawatt. Damit wird mit den Laufwasserkraftwerken etwa so viel Energie erzeugt, wie alle Schiffstransporte auf dem Wasser verbrauchen (vgl. Verkehrsinvestitionsbericht 2008).

Wasserbeschaffenheitsberichte

Jährlicher Bericht über die Wasserbeschaffenheit von Mosel, Saar und Nebenflüssen.

Untersuchungen ueber die vertikale Naehrstoffverfrachtung in Tonschieferverwitterungsboeden in Abhaengigkeit unterschiedlicher mineralischer und organischer Duengung

Tonschieferboeden mit hohem Steingehalt (Qualitaetsweinbergslagen der Mosel) sind sehr wasserdurchlaessig. Der Naehrstoffaustrag waehrend der Vegetationszeit wird quantitativ und qualitativ gemessen. Sickerwasseruntersuchungen auf: pH, Haertegrad, Nitratstickstoff, P4O10, K2O, Mg, Ca, SO4, Cl und die ganze Palette der Schwermetalle. Versuchsvarianten: Kontrolle (mineralische Duengung und Stallmist), Klaerschlamm, Rindenkompost und Begruenung. Analysen nach LUFA-Methoden. Versuch laeuft seit 1977 Fruehjahr. Bisher interessante Ergebnisse. Versuchsziel: Mineralisierungsrate von Naehrstoffen aus der organischen Substanz.

Auswirkungen chemischer Belastungen auf mikrobielle Gemeinschaften

Veranlassung Gewässerökologie im Fokus der Öffentlichkeit Die durch den Klimawandel mit zunehmender Häufigkeit auftretenden extremen Bedingungen in und an Flüssen und Bundeswasserstraßen führten in der jüngeren Vergangenheit zum Teil zu verheerenden ökologischen Folgen. Mikroorganismen nahmen dabei oft eine zentrale Rolle ein und rückten das Thema Wasserqualität verstärkt in den Fokus der Öffentlichkeit. Ein Beispiel dafür ist das Fischsterben in der Oder im August 2022, welches im Rahmen der Ursachenforschung die Sensibilität, aber auch die Komplexität der Ökosysteme in Politik und Öffentlichkeit allgegenwärtig machte. Aber auch die seit 2017 in der Mosel auftretenden Cyanobakterienblüten erregen zumindest regional öffentliches Interesse, da sie oftmals eine eingeschränkte Nutzung des Gewässers nach sich ziehen. Interdisziplinäre wissenschaftliche Herausforderung: Komplexe Zusammenhänge zwischen chemischer Belastung und Biodiversität Die Entschlüsselung komplexer Wirkbeziehungen stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar - einerseits aufgrund multipler Stressoren, die auf Flussysteme einwirken, wie die Auswirkungen des Klimawandels oder die Ausbreitung von Neobiota; andererseits aufgrund zahlreicher Umweltfaktoren wie Wassertemperatur, Nährstoffkonzentrationen und Abflussbedingungen. Ein größtenteils unbekanntes Ausmaß an chemischen Stressoren, insbesondere organische Spurenstoffe, belasten das aquatische Ökosystem zusätzlich. Obwohl internationale Gremien und Verbände (IPBES, EU) sowie die wissenschaftliche Gemeinschaft chemische Belastungen als einen der Haupttreiber für Biodiversitätsverlust anerkannt haben, ist der Einfluss von Chemikalien auf die Biodiversität und damit auf Ökosysteme bisher unzureichend verstanden. Erste Studien geben Hinweise auf die potentiellen Auswirkungen chemischer Belastungen auf die mikrobielle Gemeinschaft: Beispielsweise belegen sie einen statistischen Zusammenhang zwischen der Spurenstoffbelastung und dem ökologischen Zustand von Fließgewässern. Es ist daher notwendig, die komplexen Zusammenhänge zwischen solchen chemischen Stressoren und der mikrobiellen Artengemeinschaften integrativ und systematisch zu bearbeiten, um die ökologischen Entwicklungen in Bundeswasserstraßen besser zu verstehen und zu prognostizieren sowie um nachteiligen Veränderungen proaktiv entgegensteuern zu können. Die Mosel als Untersuchungsgebiet Über Einträge kommunaler Kläranlagen sowie aus industriellen und intensiven landwirtschaftlichen Aktivitäten im Einzugsgebiet gelangen komplexe Mischungen organischer Spurenstoffe in die Mosel. Darüber hinaus zeigt das Gewässer als Ausdruck eines "nicht gesunden" Ökosystems seit einigen Jahren ausgeprägte, Toxin-bildende Cyanobakterienblüten, die in der breiten Öffentlichkeit sowie bei den verantwortlichen Behörden große Aufmerksamkeit und Besorgnis erregen. Ziele - Umfassende Charakterisierung der mikrobiellen Artengemeinschaft und chemischen Belastung im Untersuchungsgebiet (Mosel) - Etablierung von experimentellen Ansätzen zur systematischen Untersuchung der Zusammenhänge zwischen chemischen Belastungen und dem Wachstum mikrobieller Populationen - (Weiter-)Entwicklung von mechanistischen Effekt-Modellen, welche den Einfluss der chemischen Belastung im Kontext multipler Stressoren auf ausgewählte Phytoplankton-Arten beschreiben.

Fische wandern im Modell

Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.

Nutzung der unerforschten Vielfalt des Roggens durch genombasierte Züchtung für eine klimaresiliente Getreideproduktion, Teilvorhaben B

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