Das Projekt "Entwicklung und Anwendung eines Entscheidungsmodells zur Reduzierung der Nitratbelastung im Grundwasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Fachbereich 09 Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement, Institut für landwirtschaftliche Betriebslehre durchgeführt. Seit Anfang der 70er Jahre hat die Wasserversorgung in der Bundesrepublik Deutschland im verstaerkten Masse mit einer steigenden Nitratbelastung des Trinkwassers zu kaempfen. Die naturwissenschaftlichen Grundlagen sind inzwischen weitgehenderforscht. Die Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse muss immer noch als unzureichend angesehen werden. Die bisherige Politik in der BRD beschraenkte sich weitgehend auf das Instrument der Wasserschutzgebietsverordnung, in der Auflagen fuerdie Landbewirtschaftung festgesetzt werden, die je nach Bundesland in unterschiedlicher Weise finanziell ausgeglichen werden. Diese Massnahmen sind ihrem Charakter nach Zwangsmassnahmen, die mit einenhohem administrativen Aufwand verbunden sind und zudem kaum den Standortgegebenheiten und - erfordernissen gerecht werden sowie meist hohe Umsetzungsdefizite aufweisen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen Loesungen auf Basis von Verhandlungen zwischen den Betroffenen, Landwirten und Wasserwerken, entwickelt werden. Die Wasserwerke treten als Nachfrager von sauberem Wasser, die Landwirte als Anbieter der Ressource auf. Analog zu Marktmechanismen soll eine Reduzierung der Nitratbelastung dort ansetzen wo sie am billigsten ist. Grundlage der Untersuchung bildet eine Analyse des Ist-Zustandes des betroffenen Wassereinzugsgebietes. Daraus lassen sich die aktuelle Nitratbelastung, der Umfang notwendiger Sanierungsmassnahmen sowie die Einkommenseffekte der landwirtschaftlichen Betriebe und darauf aufbauend die notwendigen Kompensationen quantifizieren. Die Optimierung von land- und wasserwirtschaftlicher Nutzung erfolgt mit Methoden der nichtlinearen Optimierung. Das Ergebnis des Entscheidungsmodells ist entweder ein oekologisch optimales Sanierungskonzept bei vorgegebenem Wasserpreis oder ein oekonomisch optimales Konzept unter Erfuellung definierter oekologischer Mindesstandards. Mit diesem computergestuetzten Managementinstrumentarium koennen die Wasserwerke in die oben angesprochenen Verhandlungen mit den Landwirten eintreten, um die Ressource Trinkwasser langfristig zu schuetzen. Die Modellentwicklung erfolgt im Raum Osthessisches Bergland an ausgewaehlten Wassereinzugsgebieten. Ein Modellprototyp ist inzwischen entwickelt worden. Innerhalb dieses Prototyps sind unterschiedliche landwirtschaftliche Betriebstypen sowohl in ihrem oekonomischen Aktivitaeten (Zielgroesse: Betriebsgewinn) als auch in ihren oekologischen Auswirkungen auf die Wasserqualitaet (Zielgroesse: Nitratbelastung des Trinkwassers) abgebildet worden. Auf Basis eines fiktiven Wasserschutzgebietes von ca. 400 ha Flaeche wurden mit Methoden der nichtlinearen Optimierung Konfliktloesungen im Bereikonkurrierender Landnutzungen errechnet. Zur Zeit wird das Optimierungsmodell auf reale Testgebiete im Kreis Hersfeld-Rotenburg angewandt, ausgetestet und validiert. Grundlage fuer diese Untersuchung bilden umfangreiche Erhebungen und Befragungen landwirtschaftlicher Betriebe, Nitratmessreihen sowie Landnutzungskartier
Das Projekt "Einsatz von Optimierungsverfahren zur Anpassung numerischer Grundwasserstroemungsmodelle an Naturdaten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Mit dem Forschungsvorhaben wird angestrebt, geeignete Methoden zur automatischen Kalibrierung von komplexen numerischen Grundwasserstroemungsmodellen fuer relativ geringmaechtige Aquifere mit freier Oberflaeche zu entwickeln. Die instationaere Stroemung in den grossraeumigen Untersuchungsgebieten wird horizontal-eben unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode simuliert, wobei die Abhaengigkeit der Standrohrspiegelhoehe von der gesaettigten Maechtigkeit iterativ beruecksichtigt wird. Als Eingangsgroessen fuer die Parameteridentifizierung werden punktuelle instationaere Grundwasserstandsmessungen sowie Mess- und Schaetzwerte fuer die Parameter selbst als Vorabinformation verwendet. Dabei werden die unterschiedlichen Aquiferparameter ueber Teilbereiche des gesamten Modellgebietes als konstant angesetzt. Durch Formulierung des inversen Problems als Maximum-Likelihood-Schaetzaufgabe ist es moeglich, nicht nur die Parameter zu schaetzen, sondern auch die mit diesen Schaetzern verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Zur Loesung des nichtlinearen Optimierungsproblems wird das Gauss-Newton-Verfahren verwendet.
Das Projekt "Prognosemodell fuer die Gewaesserbelastung durch Stofftransport aus einem kleinen laendlichen Einzugsgebiet (Weiherbachprojekt) - Teilprojekt 15: Ermittlung bodenhydraulischer Eigenschaften und Modellierung der Sickerwasserbewegung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Hydromechanik durchgeführt. Das Forschungsvorhaben ist Teil eines Verbundprojektes mit dem Gesamtziel einer Bilanzierung von Wasser und Stoffen, die aus einem kleinen und hauptsaechlich land- und forstwirtschaflich genutzten Einzugsgebiet ausgetragen werden. Hauptgegenstand des Forschungsvorhabens ist die numerische Simulation der Sickerwasserbewegung. Grundlage fuer die Berechnung der wasserungesaettigten Stroemung ist die Bestimmung von Parameterkurven, die den Zusammenhang zwischen hydraulischer Durchlassigkeit, Wassergehalt und Wasserspannung beschreiben. Anstelle der ueblichen zeitaufwendigen Bodenuntersuchungsmethoden soll ein einfaches Labormessverfahren sowie ein nichtlineares Optimierungsverfahren zur Auswertung der Messdaten eingesetzt werden (inverse Parameterbestimmung). Hierbei wird im wesentlichen nur der instationaere Ausfluss aus oder Zufluss in eine Bodenprobe infolge Druckaenderung gemessen. Mit Hilfe des mit der numerischen Simulation der Feuchtebewegung in der Bodenprobe gekoppelten Optimierungsverfahrens lassen sich die Parameterkurven inklusive Hysterese berechnen. Das Verfahren soll anwendungsreif entwickelt und fuer eine grosse Anzahl von Proben eingesetzt werden, um die raeumliche Variabilitaet der bodenhydraulischen Eigenschaften zu erfassen.
Das Projekt "Strategien zum umweltfreundlichen Betrieb von Dieselmotoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Automatisierungstechnik, Fachgebiet Regelungstechnik und Prozessautomatisierung durchgeführt. Identifikation des Abgasverhaltens (nichtlineare Modellbildung, neuronale Netze). Getrennte Optimierung einzelner Abgaskomponenten. Gesamtoptimierung im stationaeren Betrieb. Bewertung verschiedener Stellmoeglichkeiten und Umgebungseinfluesse. Strategien zur Abgasemissionsoptimierung im dynamischen Betrieb. Fahrzustandserkennung.