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Rhein: Niederrhein DAS-Basisdienst Q20

Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Niederrhein" (BAW, 2017) Die Flächendaten sind Berechnungsergebnisse aus zwei-dimensionalen (2D), hydrodynamisch-numerischen (HN) Modellen der BAW. Die 2D-HN-Modellierung liefert eine tiefengemittelte Abbildung des Fließzustands im modellierten Gebiet. Enthaltene Parameter Flächendaten: Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Sohlschubspannung Die Längsschnitte werden aus den Flächendaten auf definierten Längsschnitten aggregiert. Der Parameter wird in einzelnen Segmenten gemittelt und dem segmentzentralen Hektometer zugeordnet. Ein Segment ist seitlich durch die Fahrrinnenränder begrenzt und erstreckt sich in Längsrichtung, vom Hektometer aus, über eine Entfernung von 50 m nach ober- und unterstrom. Enthaltene Parameter Längsschnitte: Fließgeschwindigkeit, Sedimenttransportkapazität Die Ermittlung der Sedimenttransportkapazität erfolgte nach dem Ansatz von Meyer-Peter und Müller. Die in die Berechnung einfließende Sohlschubspannung wurde aus der Kornrauheit bestimmt. Die Abflussrandbedingung der Modelle orientiert sich an den für die Zukunft projizierten Änderungen der Abflusskennwerte (DAS-Basisdienst). Es wird ein Fächer möglicher Abflussänderungen, der die Bandbreite der projizierten Änderungen vollständig umfasst, gerechnet (Abflussfächer) und ausgewertet. Die Rechnungen wurden in fünf-Prozent-Schritten im projizierten Änderungsrahmen für ausgewählte Abflusskennwerte vorgenommen (BAW, 2020). Weiteres: Kalibrierbereich: NQ – MHQ; Basisdaten: DGM-W 2010 "Niederrhein"; Aktualisierungen: Sohlpeildaten aus Mehrzweckpeilung 2015, Flutmulde Rees (BAW, 2015), Eisenbahnbrücke Wesel (DGM 2014), Brückendurchlass an der Gravinsel (2017) Rauheitsmodell: Teilprodukt des DGM-W „Niederrhein“ 2010 Gleichwertiger Wasserstand: GlW2012 Software: Telemac V6.3 R1

Trockenfallende Gewässer Hamburg

Der Dienst "Trockenfallende Gewässer Hamburg" enthält als WMS-Darstellungsdienst und WFS-Downloaddienst die in der Studie "Untersuchung der Niedrigwassersituation in Hamburg unter besonderer Berücksichtigung der Jahre 2018 bis 2020" ermittelten Gewässerabschnitte. Diese werden eingeteilt in drei Abflusskategorien in Trockenzeiten: Wenig Abfluss Manchmal trocken Trocken und basieren auf Literaturrecherche, Pegelauswertungen und Befragungen der Bezirke und Umweltverbände NABU und BUND durch die BWS GmbH. Um die Datengrundlage zu verbessern können Beobachtungen in einem Meldeportal eingetragen werden. Zu finden ist das Meldeportal unter https://trockener-bach.beteiligung.hamburg. Weitere Informationen zum Thema Niedrigwasser können unter www.hamburg.de/niedrigwasser abgerufen werden (siehe auch: Verweise)

Einfluss einer veränderten Wasserführung auf die Stoffkonzentration in großen Flüssen basierend auf Klima- und Abflussprojektionen (DAS-Basisdienst)

Der Datensatz zeigt den langfristigen Einfluss einer durch den Klimawandel veränderten Wasserführung auf die Konzentration von Stoffen in Fließgewässern bei Niedrigwasser. Hintergrund ist die Verdünnungswirkung der im Fluss vorhandenen Wassermenge. Alle weiteren Einflussgrößen auf die Stoffkonzentration (z. B. eingetragene Stofffracht, Stofftransport und -abbau) wurden dabei vereinfachend als unverändert angenommen. Die Bundesanstalt für Gewässerkunde erzeugt die Ergebnisse mit Hilfe von numerischen Berechnungsverfahren für 56 Standorte in den Einzugsgebieten von Donau, Elbe, Ems, Rhein und Weser. Diese Daten stehen als Beitrag und Grundlage zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel (DAS) über den DAS-Basisdienst "Klima und Wasser" frei zugänglich zur Verfügung. Grundlage sind Abflussprojektionen der Bundesanstalt für Gewässerkunde, die ebenfalls im Rahmen des DAS-Basisdienstes frei verfügbar sind (Fleischer et al., 2025). Diese basieren ihrerseits auf globalen und regionalen Klimaprojektionen aus unterschiedlichen Projekten (Coupled Model Intercomparison Project Nr. 5 (CMIP5): Meehl und Bony, 2011; Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (EURO-CORDEX): Jacob et al., 2014; ReKliEs-De: Hübener et al., 2017). Die verwendeten Emissionsszenarien liegen auch den Berichten des Weltklimarates zugrunde. Für die Berechnung der langfristigen Änderungen der Stoffkonzentration wurde ein Ensemble von 16 Abflussprojektionen für das Hochemissionsszenario RCP8.5 berücksichtigt. Angegeben ist die relative Konzentrationsänderung im Vergleich zum Referenzzeitraum 1971-2000 als 30-jähriger gleitender Mittelwert für die Jahre 1971 bis 2099. Die zugrunde liegende Abflussmenge entspricht dem niedrigsten über 7 Tage gemittelten Abfluss in jedem Jahr (hier Wasserhaushaltsjahr von April bis März), der jeweils über 30 Jahre gemittelt wurde (Kennwert "MNM7Q").

KHR-Rheinblick: Abflussprojektionen für den Rhein am Pegel Basel (Version 1.0; Stand: 2010)

Das Datenpaket enthaelt Aenderungssignale fuer Kennwerte des Hoch-, Mittel- und Niedrigwasserabflusses am Pegel Basel fuer die Zeitscheiben 2021-2050 und 2071-2100 gegenueber der Referenzperiode 1961-1990. Die Daten wurden in den Jahren 2008 bis 2010 in den Projekten KLIWAS4.01 und Rheinblick2050 durch die BfG erarbeitet. Sie basieren auf rund 20 im Jahr 2010 verfuegbaren Klimaprojektionen und erfassen somit einen wesentlichen Teil der Unsicherheiten der Modellierung. Einzelheiten zur Datenprozessierung sowie Interpretationshinweise finden sich im Bericht I-23 der Internationalen Kommission für die Hydrologie des Rheingebietes.

Donau DAS-Basisdienst Q20

Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Straubing-Vilshofen" (BAW, 2022) Die Flächendaten sind Berechnungsergebnisse aus zwei-dimensionalen (2D), hydrodynamisch-numerischen (HN) Modellen der BAW. Die 2D-HN-Modellierung liefert eine tiefengemittelte Abbildung des Fließzustands im modellierten Gebiet. Enthaltene Parameter: Wassertiefe, Fließgeschwindigkeit, Sohlschubspannung Die Längsschnitte werden aus den Flächendaten auf definierten Längsschnitten aggregiert. Der Parameter wird in einzelnen Segmenten gemittelt und dem segmentzentralen Hektometer zugeordnet. Ein Segment ist seitlich durch die Fahrrinnenränder begrenzt und erstreckt sich in Längsrichtung, vom Hektometer aus, über eine Entfernung von 50 m nach ober- und unterstrom. Enthaltene Parameter Längsschnitte: Fließgeschwindigkeit, Sedimenttransportkapazität Die Ermittlung der Sedimenttransportkapazität erfolgte nach dem Ansatz von Meyer-Peter und Müller. Die in die Berechnung einfließende Sohlschubspannung wurde aus der Kornrauheit bestimmt. Die Abflussrandbedingung der Modelle orientiert sich an den für die Zukunft projizierten Änderungen der Abflusskennwerte (DAS-Basisdienst). Es wird ein Fächer möglicher Abflussänderungen, der die Bandbreite der projizierten Änderungen vollständig umfasst, gerechnet (Abflussfächer) und ausgewertet. Die Rechnungen wurden in fünf-Prozent-Schritten im projizierten Änderungsrahmen für ausgewählte Abflusskennwerte vorgenommen (BAW, 2020). Weiteres: Grundlage der Berechnungen ist das 2D-HN-Modell "Donau" (BAW, 2015) Strecke: Do-km 2329,8 – 2249,47 Kalibrierbereich: MNQ – 2MQ Basisdaten: DGM-W 2011 "Donau"; Aktualisierungen: Sohlpeildaten aus den Jahren 2013 und 2014, Rauheitsmodell: ATKIS, 2014 Gleichwertiger Wasserstand: RNW1997 Software: Telemac V6.3 R2

Untersuchungen zur langfristigen Entwicklung der Benthosbesiedlung des Rheins in Nordrhein-Westfalen

Die Benthosbesiedlung des Rheins ist integrater Ausdruck seines Guetezustandes. Durch langfristig durchgefuehrte Untersuchungen sollen Trends in der Entwicklung der Benthodbiozoenose des Rheins festgestellt werden. Dazu wird einmal jaehrlich bei Niedrigwasser die Besiedlung vergleichbaren Substrate an beiden Rheinufern im Laengsprofil untersucht.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

Wechselbeziehung zwischen Rheinwasser und Grundwasser (quantitativ)

Zweck und Ziel: Die instationaeren Austauschvorgaenge zwischen Oberflaechengewaesser und Grundwasser spielen fuer kuerzere Bilanzzeitraeume eine wesentliche Rolle. Die Einspeisungsmengen von Flusswasser in das Grundwasser (Uferfiltrat bzw positive Uferspeicherung) bei Hochwasser im Fluss bewirken einen Anstieg der Grundwasseroberflaeche. Aus Grundwasserstandsbeobachtungen laesst sich die Grundwasservorratsaenderung fuer einen den Messstellen zugehoerigen Bereich berechnen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Groesse der Austauschmengen fuer einzelne Hochwasserwellen und fuer laengere Hochwasserzeiten sowie der Dauer der Speicherung dieser Grundwasservorraete. Das Forschungsvorhaben steht im Zusammenhang mit den Untersuchungen zur 'Prognose ueber die Niedrigwasserentwicklung im Rhein' (Forschungsvorhaben Nr. 99 -U). Ausfuehrung: Seit 1981 werden an je 5 Grundwassermessstellen in den Messprofilen Hartheim und Neuenburg im suedlichen Breisgau und an 6 Grundwassermessstellen im Messprofil Urmitz im Neuwieder Becken kontinuierlich Grundwasserstandsaufzeichnungen vorgenommen. Aus diesen Daten wurden repraesentative Hochwasserereignisse zur Berechnung der Grundwasservorratsaenderung ausgewaehlt. Die Berechnungen erfolgten mit einem eigens fuer diesen Zweck erstellten Modellsystem. Im Jahre 1988 konnten taegliche Grundwasserstandsaufzeichnungen an 12 Messstellen noerdlich von Bonn ueber den Zeitraum 1955 bi 1988 vom Landesamt fuer Wasser und Abfall, NRW, uebernommen werden. Diese Daten wurden entsprechend den bisherigen Bearbeitungen im Neuwieder Becken ausgewertet. Ergebnisse: Die Austauschmengen koennen kurzzeitig sehr grosse Werte annehm

On-line Messung von Quecksilber in der Messstation Schnackenburg/Elbe

Die Elbe ist einer der mit Quecksilber am staerksten belasteten Fluesse der Erde. Die zuletzt im Projekt Quecksilbermonitor gemessene Konzentration des Quecksilbers im Elbewasser (in der Messstation Schnackenburg) schwankte im Verlauf der Messkampagne vom 24.2. bis 2.3.1999 zwischen ca. 25-100ng/l. 100ng/l liegt um den Faktor 10 unter der erlaubten Konzentration fuer Trinkwasser (1000ng/l). Diese im Vergleich zum Trinkwassergrenzwert geringe Konzentration scheint auf den ersten Blick nicht der Qualitaet einer Belastung zu entsprechen. Zwei Faktoren relativieren die Konzentrationsangabe: Quecksilber wird, wie andere Schwermetalle auch, an Schwebstoffe, insbesondere die Fraktion kleiner 20um gebunden. Daher ist die Konzentration des Quecksilbers im Wasser stark vom Schwebstoffgehalt abhaengig. Ausserdem wird Quecksilber in der Nahrungskette aufkonzentriert, da nur wenig Quecksilber wieder ausgeschieden wird. So wird z.B. Plankton von Kleinkrebsen aufgenommen, die dann wieder von Fischen aus dem Wasser gefiltert werden. Auf diesem Weg kann die chronische Belastung fuer einen Menschen, der regelmaessig Fisch aus der Elbe isst, so stark werden, dass Vergiftungserscheinungen wie metallischer Geschmack im Mund, nervoese Reizbarkeit sowie Zahnausfall auftreten koennen. Ziel sollte es daher sein, die Quecksilberbelastung so weit wie moeglich zu senken und weitere Verschmutzungen zu vermeiden. Die Ursache der Quecksilberbelastung der Elbe liegt primaer bei fehlenden bzw. unzureichenden industriellen und kommunalen Abwasserreinigungsanlagen und bei alten, belasteten Gewaessersedimenten, die hauptsaechlich in den neuen Bundeslaendern und auf dem Gebiet der Tschechischen Republik vorliegen. Aufgrund der Sedimentbelastung waere selbst bei der Eliminierung aller anthropogener Quecksilberquellen nur ein allmaehlicher Rueckgang der Konzentration zu erwarten. Tatsaechlich ist die Belastung der Elbe mit Quecksilber seit 1989 stark zurueckgegangen, die Quecksilbergehalte liegen aber nach wie vor erheblich ueber den Zielvorgaben fuer den Gewaesserschutz. Eine kontinuierliche Ueberwachung der Elbe wird auf Dauer unerlaesslich sein, da die Ursachen der Verschmutzung durch eine staendige Ueberwachung leichter erkennbar werden, wenn zeitlich begrenzte Einleitungen sofort erkannt werden koennen. Auch koennen die Zusammenhaenge zwischen Temperatur, Niederschlagsmenge, Wasserstand, und der Quecksilberkonzentration klarer ermittelt werden. So koennte die Rolle des bei Niedrigwasser von Schiffen aufgewirbelten Sediments beurteilt werden.

Ausbau der Seehafenzufahrten - Die Rolle der BAW als Gutachter in der Planungs- und Genehmigungsphase

Die weltweiten Warentransporte werden zu über 90 Prozent auf dem Seeweg abgewickelt. Die Seehäfen dienen den Warenströmen als Anlaufstelle und haben daher eine besondere Bedeutung für den gesamten Welthandel. Auch die deutsche Volkswirtschaft ist auf eine leistungsfähige Infrastruktur der Seehäfen angewiesen, um das Außenhandelsvolumen von jährlich rund zwei Billionen Euro effizient umsetzen zu können. Um die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Seehäfen international zu sichern, wurden sie, wie auch ihre Zufahrten, in der Vergangenheit immer wieder an die Anforderungen der modernen Seeschifffahrt angepasst. So wurden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts viele Fahrrinnen verändert, beispielsweise an Ems, Jade, Weser und Elbe. Zusätzlich haben umfangreiche Küstenschutzmaßnahmen, wie etwa Eindeichungen, die ursprünglich natürlichen Tideflusssysteme nachhaltig verändert. Auch heute sind noch weitere Fahrrinnenanpassungen für die Unter- und Außenelbe, die Unter- und Außenweser und die Außenems geplant. Die Pläne werden auf Antrag eines Bundeslandes (überwiegend Niedersachsen, Hamburg, Bremen) von der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) des Bundes durchgeführt und der Planfeststellungsbehörde zur Genehmigung vorgelegt. Die BAW ist im Auftrag der WSV als Sonderfachgutachter an den Planungen beteiligt. Da Seehafenzufahrten wie beim Hamburger Hafen leicht 100 Kilometer lang sein können, ergeben sich großflächige zusammenhängende Eingriffsflächen. Die geplanten Fahrrinnenanpassungen zählen entsprechend zu den größten Infrastrukturprojekten Deutschlands, bei denen zahlreiche Nutzungskonflikte beachtet werden müssen. Dazu gehört, dass die Seeschifffahrt auf den Tideflüssen in einem besonders schützenswerten Ökosystem stattfindet. Darüber hinaus schließen sich meist Schutzgebiete von nationaler und europäischer Bedeutung an. Fahrrinnenanpassungen können daher komplexe Auswirkungen auf die biotischen und abiotischen Systemparameter eines Tideflusses haben. Im Rahmen der für die Planungen nach nationaler und europäischer Gesetzgebung erforderlichen Umweltverträglichkeitsprüfung besteht somit eine hohe Verantwortung der Gutachter bei der Ermittlung und Prognose der ausbaubedingten Auswirkungen auf das Ökosystem. Hieraus ergibt sich die besondere Bedeutung der BAW-Gutachten: Die von der BAW prognostizierten Auswirkungen auf die abiotischen Systemparameter sind Grundlage für die ökologische Bewertung. So werden durch einen Ausbau der Wasserstand (z. B. Tidehochwasser, Tideniedrigwasser, Sturmflutscheitelwasserstände), die Strömungen und der Salzgehalt beeinflusst. Auch müssen die Auswirkungen auf den Sedimenttransport und das Gewässerbett (Morphodynamik) der von Gezeiten geprägten Flüsse ermittelt werden. (Text gekürzt)

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