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Wasserhaushalt Hamburg

Rasterkarten zum Wasserhaushalt, bzw. zur Grundwasserneubildung, berechnet mit mGROWA (FZ Jülich, 2021). Im Webdienst werden 6 Layer gezeigt: - Grundwasserneubildung des hydrolog. Jahres 2019 [Min] - Grundwasserneubildung des hydrolog. Jahres 2008 [Max] - mittlere jährliche Grundwasserneubildung (1991 - 2019) - mittlere jährliche Grundwasserneubildung (1961 - 1990, Klimareferenzperiode) - Direktabfluss Mittlere Rate (1991-2020) - Tatsächliche Verdunstung Mittlere Rate (1991-2020) Beschreibung: Etwa ein Viertel des Niederschlags gelangt in Hamburg über den Boden ins Grundwasser und bildet damit einen erheblichen Anteil unserer täglichen Wasserversorgung und ist ökologische Grundlage für die Vegetation und den Boden als Wasserspeicher. Der übrige Niederschlag wird im Wesentlichen durch Verdunstung und Abfluss ins Sielnetz und in die Gewässer bestimmt. Aktuell werden pro Jahr bei durchschnittlichen Niederschlägen (etwa 770 mm pro Jahr) 136 Millionen Kubikmeter (m³) Grundwasser auf Hamburger Gebiet neu gebildet. Im Trockenjahr 2019 waren es nur 75 Millionen m³, was sich in stark fallenden Grundwasserständen, fehlender Bodenfeuchte und sich durch teilweises Trockenfallen von Gewässern für Tier und Pflanze als Trockenstress auswirkte. Auf die Beobachtung der Entwicklung der Grundwasserneubildung kommt deshalb in Zeiten des Klimawandels besondere Bedeutung zu. Neben klimatischen Veränderungen ist deshalb ein ausgefeiltes Flächen- und Ressourcenmanagement nötig, um der wachsenden urbanen Versiegelung und dem steigenden Wasserverbrauch mit Strategien und Maßnahmen hin zu einem naturnahen Wasserhaushalt entgegenzuwirken. Datengrundlagen und Methodik: Grundlage für die Berechnung und Darstellung von flächen- und zeitlich differenzierten Rasterkarten der verschiedenen Wasserhaushaltskomponenten ist das rasterzellenbasierte Wasserhaushaltsmodell mGROWA des Forschungszentrums Jülich. In mGROWA wurden zunächst standortbezogen auf Basis der jeweiligen Niederschlagsmengen und klimatischen Einflussgrößen die tatsächliche Verdunstung und der Gesamtabfluss in täglicher Auflösung mit einer Zellengröße von 25 x 25 m berechnet. Die berechneten Tageswerte wurden nachfolgend auf langjährig, jährliche und monatliche Zeiträume aggregiert. Danach wurde der Gesamtabfluss auf Basis der Standorteigenschaften in verschiedene Abflusskomponenten aufgeteilt. In der Datenzusammenstellung sind neben den Rasterkarten der potentiellen und tatsächlichen Verdunstung, des Gesamtabflusses und der Standorteigenschaften die Rasterkarten der Abflusskomponenten urbaner Direktabfluss, Sickerwasserrate, Zwischen- und Dränageabflüsse, sowie letztendlich die Grundwasserneubildung enthalten. Im Folgenden dargestellt werden auszugsweise die Karten zum mittleren langjährigen Mittel 1961-1990 (Klimareferenzperiode) und 1991-2019, das Nassjahr 2008 mit sehr großer und das Trockenjahr 2019 mit sehr geringer Neubildung.

Starkregen- und Überflutungsgefahren 2025

Die zwei Kartenthemen bestehen jeweils aus mehreren thematisch und räumlich unterschiedlichen Ebenen. Die Ebenen sind teilweise voneinander unabhängig aussagekräftig. Die Starkregenhinweiskarte basiert maßgeblich auf folgenden Produkten: Hinweiskarte Starkregen des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie topografische Senkenanalyse der BWB, starkregenbedingte Feuerwehreinsätze der Berliner Feuerwehr für das Land Berlin. Die Hinweiskarte Starkregen wurde vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) in Zusammenarbeit mit den Ländern für die gesamte Fläche Nord- und Ostdeutschlands (11 Bundesländer) im Zeitraum 2023/2025 erarbeitet. Für Berlin-Brandenburg wurde dies in einem Los durchgeführt. Die Karte zeigt die simulierten Überflutungsflächen und -tiefen sowie Fließgeschwindigkeiten /-richtungen für folgende Szenarien: außergewöhnliches Ereignis: 100-jährliches Niederschlagsereignis (T = 100a, Dauerstufe 1 Stunde) mit einem Euler-Typ II Niederschlagsverteilung. extremes Ereignis: 100 mm Niederschlagsereignis in einer Stunde (T extrem) mit einem Blockregenverteilung. Grundlage hierfür sind diverse Geodaten des Bundes und der Länder, insbesondere ein hochaufgelöstes digitales Geländemodell sowie Daten zur Flächennutzung, wie zum Beispiel zur Bebauung. Die Ergebnisse basieren auf einer Modellierung der oberflächlich abfließenden Regenmenge, ähnlich dem Modell für die Starkregengefahrenkarte Berlins (siehe unten). Allerdings wurden die Versickerungsleistung des Untergrundes und das Kanalnetz nicht in die Berechnungen einbezogen und stellen somit eine erhebliche Vereinfachung dar (weitere Informationen finden sich hier ). Die topographische Senkenanalyse ist das Ergebnis einer Analyse des Digitalen Geländemodells (ATKIS® DGM – Digitales Geländemodell, 2021) unter Berücksichtigung der Gebäudeflächen und Durchfahrten sowie Geschossinformationen (ALKIS®- Amtliches Liegenschaftskatasterinformationssystem, 2021), welche durch die BWB im Jahr 2022 durchgeführt wurde. Es erfolgte eine GIS-Analyse zur Ermittlung der Senken, Fließwege und Abflussakkumulation basierend auf dem vorgeglätteten DGM. Die Gebäude wurden als nicht überströmbare Abflusshindernisse in das DGM integriert und Senken in umschlossenen Innenhöfen ausgeschlossen. Folgende Senkenattribute wurden basierend auf einer zonalen Statistik abgeleitet und werden in den Sachdaten dargestellt: Fläche Einzugsgebiet (DrainArea [m²]) Fläche Senke (FillArea [m²]) Maximale Tiefe der Senke (FillDepth [cm]) Geländehöhe Senkenbasis (BottomElev [m]) Geländehöhe maximaler Füllstand (FillElev [m]) Füllvolumen (FillVolume [m³]) Basierend auf folgenden Parametern wurden die relevanten Senken ermittelt: Senkentiefe mindestens 20 cm, Senkenfläche mindestens 4 m², Senkenvolumen mindestens 2 m³, Senkeneinzugsgebiet mindestens 200 m². Der Datensatz der Feuerwehreinsätze zeigt Meldungen der Berliner Feuerwehr in Bezug auf ,,Wasser”, welche anhand des Meldungstextes mit Starkregen in Verbindung zu bringen sind und an Starkregentagen aufgenommen wurden. Der Datensatz wurde durch die Berliner Feuerwehr erfasst und durch die BWB prozessiert (sogenannter Überflutungsatlas). Die BWB haben die Feuerwehreinsätze mit den Niederschlagsdaten der BWB an diesem Tag und Ort abgeglichen und ein anzunehmendes Wiederkehrintervall (T) des aufgetretenen Niederschlagsereignisses zugeordnet. Dopplungen wurden entfernt. Folgende Attribute wurden abgeleitet und werden in den Sachdaten dargestellt: Datum (angelegt) Wiederkehrintervall (T) Ortsteil Die Daten wurden räumlich über die Berliner Adressdatei geocodiert. Der Zeitraum der Meldungen umfasst einerseits den Zeitraum 2005 bis 2017 anderseits 2018 bis 2021. Diese Datensätze wurden zu einem Datensatz von 2005 bis September 2021 zusammengefasst. Zwecks Aggregierung und Darstellung wurden die Daten auf Blockteilflächen und Straßenflächen des Informationssystems Stadt und Umwelt (ISU5 2021) zusammengefasst und klassifiziert. In Berlin wird die Analyse zu Starkregengefahren auf Basis eines gekoppelten 1D-Kanalnetz und eines 2D-Oberflächenabflussmodells (1D/2D gekoppeltes Modell) durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird die Berechnung der Abflussvorgänge im Kanalnetz (1D) mit der zweidimensionalen hydrodynamischen Modellierung der Oberflächenabflüsse (2D) kombiniert, um einen bidirektionalen Austausch von Wasservolumen, d.h. einen Austausch in beide Richtungen, zwischen Oberfläche und Kanalnetz an den Schächten und Straßenabläufen zu berücksichtigen. Die Erarbeitung der Starkregengefahren erfolgt basierend auf der von den BWB und der für Wasserwirtschaft zuständigen Senatsverwaltung gemeinsam entwickelten Leistungsbeschreibung „Erstellung von Starkregengefahrenkarten für Berliner Misch- bzw. Regenwassereinzugsgebiete“. Voraussetzung sind Daten zu Topographie, Gebäuden, Straßen, Versiegelung und bodenkundlichen Kennwerten sowie Kanalnetzdaten . Für die 1D-Modellierung des Kanalnetzes wird das aktuelle Kanalnetz (Misch- oder Trennkanalisation) der BWB verwendet. Die Entwässerungsinfrastruktur wird durch ein Kanalnetzmodell abgebildet, wobei dieses u.a. Schächte, Straßenabläufe, Haltungen und Haltungsflächen berücksichtigt. Auf Grundlage des digitalen Geländemodells wird ein detailliertes, lückenloses und überlappungsfreies 2D-Oberflächenmodell erstellt und um standardisierte Dachformen der Gebäudedaten ergänzt. Mauern oder Bordsteine werden durch Bruchkanten berücksichtigt. Die Oberflächenbeschaffenheit des Untersuchungsgebietes beeinflusst die Abflussbildung und -konzentration, daher wird basierend auf den entsprechenden Datengrundlagen (siehe Kapitel Datengrundlage) zwischen Gebäudeflächen, Straßen und Wegen, Gewässer und Grünflächen unterschieden. Mauern, Bordsteine oder ähnliche linienhafte Elemente können Abflusshindernisse darstellen, werden aufgrund der Auflösung jedoch nicht durch das DGM abgebildet und werden – falls sie abflussrelevant sind – nachträglich über Bruchkanten berücksichtigt. Maßgebliche Datensätze für Gebäudeflächen sind die ALKIS-Gebäude und der Datensatz der Gründächer (im Bereich der Kleingärten). Bei der Abflussbildung von Dachflächen wird zwischen einleitenden und nicht einleitenden Dächern basierend auf den Daten der Erfassung des Niederschlagsentgelts unterschieden. Einleitende Dächer werden in der Modellierung als direkt an den Kanal angeschlossen betrachtet (1D-Abflussbildung). Bei nicht einleitenden Dächern erfolgt die Abflussbildung über das Oberflächenabflussmodell. In diesem Fall wird der effektive Niederschlag auf die umliegende Oberfläche verteilt, indem das Prinzip der Randverteilung angewendet wird. Straßen und Wege umfassen alle befestigten Flächen, wie Straßen, Wege, Plätze und private versiegelte Flächen. Die Abflussbildung dieser Flächen erfolgt über das 2D-Oberflächenabflussmodell und es wird nicht zwischen einleitend und nicht einleitend unterschieden. Als Gewässerflächen werden alle stehenden Gewässer und Fließgewässer aus dem ALKIS-Datensatz angenommen. Alle restlichen Flächen werden als Grünflächen angesetzt. Für diese Flächen werden im Modell entsprechende Abflussparameter, wie Benetzungs- und Muldenverluste sowie Anfangs- und Endabflussbeiwerte, basierend auf Literaturwerten, angesetzt. Das Modell bildet den Rückhalt der Vegetation (Interzeption), die Versickerungsfähigkeit des Bodens und die Oberflächenrauheiten ab. Für Hochwasserrisikogebiete (SenMVKU, 2024) wurden in Berlin im Rahmen der Hochwasserrisikomanagementrichtlinie bereits Hochwassergefahrenkarten erarbeitet und Überschwemmungsgebiete ausgewiesen. Um keine Überschneidungen mit den Starkregengefahrenkarten zu erzielen, werden diese Gewässer als hydraulisch voll leistungsfähig angenommen. Außerdem wird für bestimmte Gewässer (z.B. Gewässer 1. Ordnung, Nordgraben) angenommen, dass diese bei kurzen Starkregenereignissen ausreichend hydraulisch leistungsfähig sind. Ein „Anspringen“ ist erst bei länger anhaltenden, räumlich ausgeprägteren Niederschlagsereignissen zu erwarten. Das Modell geht davon aus, dass ein Austritt von Wasser und somit eine Überflutung von diesen Gewässern methodisch nicht möglich ist. Außerdem werden diese Gewässer mit einem einheitlichen Vorflutwasserstand für ein mittleres Hochwasser (für das seltene und außergewöhnliche Ereignis) sowie für ein 100-jährliches Hochwasser (für das extreme Ereignis) angenommen. Im Modell werden für das seltene und außergewöhnliche Ereignis die tatsächlichen Gewässerverrohrungen bzw. -durchlässe angesetzt. Für das Szenario Extremereignis gilt, dass Durchlässe teilverklaust (Durchmesser > 0,5 m (> DN 500)) oder vollständig verklaust (Durchmesser ≤ 0,5 m (≤ DN 500)) angenommen werden, es sei denn, ein Raumrechen verhindert eine Verklausung. Mit dem aufgestellten Modell werden die Überflutungen von Niederschlagsszenarien mit unterschiedlicher Jährlichkeit berechnet, wobei für die Niederschlagshöhen die koordinierte Starkniederschlagsregionalisierung und -auswertung (KOSTRA) des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zugrunde gelegt werden. Es kommt die Revision des Datensatzes KOSTRA-DWD-2020 zum Einsatz. Folgende Szenarien werden im Rahmen des Starkregenrisikomanagements in Berlin betrachtet: seltenes Ereignis : 30 bzw. 50-jährliches Niederschlagsereignis (T = 30a bzw. T = 50a, Dauerstufe 180 Min.) mit einer Euler-Typ II Niederschlagsverteilung außergewöhnliches Ereignis : 100-jährliches Niederschlagsereignis (T = 100a, Dauerstufe 180 Min.) mit einer Euler-Typ II Niederschlagsverteilung extremes Ereignis : 100 mm Niederschlagsereignis in einer Stunde (T extrem) mit einer Blockregenverteilung. Basierend auf einer Sensitivitätsanalyse wurde die maßgebliche Dauerstufe mit 180 Minuten für Berlin ermittelt, wobei hier der höchste Wasserstand als maßgeblich betrachtet wird. Für die Intensität und für den zeitlichen Niederschlagsverlauf wird die Euler-Typ II Verteilung (seltenes und außergewöhnliches Ereignis) oder ein Blockregen mit einer Regendauer von 60 Minuten (extremes Ereignis) angenommen. Neben der Beregnungszeit, die der Dauerstufe der betrachteten Szenarien entspricht, wird in der Modellierung jeweils eine einstündige Nachlaufzeit berücksichtigt. Die Plausibilitätsprüfung erfolgt aufgrund der Ergebnisse des außergewöhnlichen Ereignisses. Es werden unplausible Abflusspfade und Wasseransammlungen ggf. durch Ortsbegehungen geprüft, und nicht berücksichtigte, hydraulisch relevante Strukturen nachgepflegt. Die Methode ist sehr daten- und rechenintensiv, so dass sie nicht berlinweit, sondern nur für ausgewählte Bereiche sukzessive angewandt werden kann. Dafür bietet sie relativ genaue und belastbare Ergebnisse und mit der Methode lassen sich die Abflussbildung und Abflusskonzentration nachvollziehen. Es werden kontinuierlich weitere Gebiete mit der gekoppelten 1D/2D Simulation gerechnet und anschließend online verfügbar gemacht. Die nachfolgende Tabelle zeigt, für welche Gebiete bisher Starkregengefahrenkarten erarbeitet wurden.

Erosionsprozesse in degradierten Arganbeständen in Südmarokko

Boden und Vegetation endemischer Arganbestände in Marokko werden durch Expansion und Intensivierung der Agrarwirtschaft sowie Überweidung zunehmend degradiert. Überschirmte Flächen nehmen ab, unbedeckte Flächenanteile zwischen den Arganien nehmen zu. Infolge verminderter Infiltration steigen Oberflächenabfluss- und Bodenabtragsraten stark an. Auf den degradierten Böden kann sich nur lückenhafter Unterwuchs (Krautige und Gras) und kein Jungwuchs mehr ausbilden. Durch Untersuchungen verschieden stark degradierter Arganbestände werden in diesem Vorhaben Grenzwerte herausgearbeitet, ab denen bodenerodierende Prozesse initiiert werden, sowie solche, ab denen von einer Dynamisierung der Prozesse, insbesondere Rinnen- und Gully-Erosion, auszugehen ist. Dazu werden in drei Testgebieten im Hohen und Anti-Atlas eingezäunte Aufforstungsflächen mit ungeschützten Flächen auf verschiedenen Hangneigungen verglichen. Die Entwicklung der Bestandsdichten wird mit hochauflösenden CORONA-Satellitenbildern aus dem Jahr 1968 und großmaßstäbigen Luftbildern von 2017/18 quantifiziert, welche mit unbemannten Fluggeräten (UAVs) aufgenommen werden. Die Wuchsform der Bäume wird mit Structure from Motion (SfM)-Verfahren (3D-Modelle aus Multikopter-Aufnahmen) dokumentiert und klassifiziert. Untersuchungen zur Korngrößenverteilung, Aggregatstabilität, organischen Bodensubstanz und Bodennährstoffen sollen hypothesengeleitet den - mit steigendem Abstand der Bäume - sinkenden Einfluss der baumüberschirmten Fläche auf die erweiterten Zwischenbaumflächen aufzeigen. Mit Beregnungsversuchen und Infiltrationsmessungen werden Erodibilität und Infiltrationsvermögen der Zwischenbaumflächen in verschiedenen Degradationsstadien untersucht. Der Sedimentaustrag aus linearen Erosionsformen wird durch ein SfM-Monitoring mittels 3D-Modellen quantifiziert. Steinbedeckung und Viehwege lassen sich aus den selbst erstellten Luftbildern ermitteln. Viehzählungen und Interviews mit Schlüsselinformanten ergänzen die Kenntnisse über den Beweidungsdruck durch Schafe und Ziegen auf die Arganbestände. Anhand der Untersuchungen zur Degradation von Bestandsdichten, Zwischenbaum- und baumüberschirmten Flächen können die Arganbestände in mit Werten unterfütterte Stabilitätsklassen unterteilt werden. Die durch das Multi-Methoden-Konzept erarbeiteten Grenzwerte zeigen die Dynamisierung der Bodenerosionsprozesse unter Arganbeständen und belegen, dass bestimmte Erosionsprozesse verschiedenen Degradationszuständen der Fläche sowie unterschiedlichen Bestandsdichten zugeordnet werden können. Dies ist eine notwendige Voraussetzung für die nachhaltige Bewirtschaftung der Arganbestandsflächen.

Entwicklung von ressourceneffizienten und umweltentlastenden Düngestrategien mithilfe innovativer Saatgutbehandlungen

Zielsetzung: Die Pflanzennährstoffe Stickstoff und Phosphat sind fundamental wichtig für ein gesundes Wachstum und hohe Erträge. Doch ein Überschuss an Nährstoffen kann durch Auswaschung ins Grundwasser und durch Oberflächenabfluss in Flüsse und Meere gelangen. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft geraten zudem auch landwirtschaftlich genutzte Ökosysteme aus der Balance. Anfällige Pflanzenbestände mit geringer Resilienz sind die Folge. Ein steigender Pflanzenschutzmitteleinsatz wird somit vielerorts notwendig. Der Pestizid-Einsatz stellt jedoch eine weitere Gefahr für die Umwelt auf verschiedenen Ebenen dar und stört das ökologische Gleichgewicht, gefährdet die Wasserqualität und wirkt sich durch die Akkumulation von Rückständen in der Umwelt auf die gesamte Nahrungskette aus. Für eine zukunftsfähige Landwirtschaft stehen Landwirt*innen vor der Herausforderung, Düngemittel und Pflanzenschutzmittel auf das geforderte umweltverträgliche Maß zu reduzieren, ohne dabei die Nahrungsmittelsicherheit zu gefährden. Unter den Bedingungen der novellierten Düngeverordnung muss die Düngemenge bundesweit in nitratbelasteten roten Gebieten 20 % unter dem durchschnittlichem Düngebedarf liegen. Ebenso müssen zusätzliche Auflagen bei der Phosphor-Düngung in gelben Gebieten mit hoher Eutrophierung von Oberflächengewässern durch Phosphor/Phosphat eingehalten werden. Die stark angestiegenen Dünger- und Betriebsmittelpreise kommen erschwerend hinzu. Es braucht eine Landwirtschaft, die umweltfreundlich wirtschaftet und trotzdem bezahlbare Lebensmittel erzeugt. Der durch SeedForward angestrebte Lösungsweg beschreibt die Erprobung von ressourceneffizienten Düngestrategien, die bei reduziertem Düngereinsatz gleichbleibend hohe Erträge ermöglichen. Dies gelingt durch eine verbesserte Ressourcennutzung der Pflanzen, welche auf eine höhere Nährstoffeffizienz der Pflanze zurückzuführen ist, die durch die SeedForward Saatgutbehandlung hervorgerufen wird. An den Kulturen Mais, Getreide und Raps werden neben den Saatgutbehandlungen zusätzlich innovative Mikroorgansimen eingesetzt, denn der Einsatz dieser pflanzenförderlichen Mikroorganismen in Kombination mit der Saatgutbehandlung kann ihren Effekt noch verstärken. Die in dem Projekt geplante Vorgehensweise ermöglicht es, standortbezogene Einsparungen zu prognostizieren und zielgerichtet auszuschöpfen, um die Transformation zu einer zukunftsfähigen Agrarlandnutzung zu unterstützen und die Umwelt zu schützen.

Physikalische Stabilisierung der organischen Substanz durch Entstehung hydrophober Grenzflächen auf Aggregaten und Primärpartikeln

Die Literatur der letzten Jahre weist immer stärker darauf hin, dass Böden mit Benetzungshemmungen weiter als bisher angenommen weltweit verbreitet sind. Bereits geringe Anteile von organischer Substanz (SOM) können dabei in erheblicher Weise die Benetzbarkeit von Aggregaten oder Primärpartikeln von gut benetzbaren Oberflächen bis hin zu extremer Wasserabweisung verändern. Allgemein wird angenommen, dass Hydrophobie über mehrere Mechanismen die Abbaubarkeit von organischer Substanz und damit deren Stabilität beeinflussen kann. Daher kann der Grad der Hydrophobie als ein Indikatior der biologischer Abbaubarkeit von SOM verwendet werden. Weiterhin haben Benetzungshemmungen einen erheblichen Einfluß auf physikalische Prozesse in Böden. Extreme Benetzungshemmung führt häufig zu starkem Oberflächenabfluß und Erosion oder zu schnellem Auswaschen oberflächlich eingetragener Stoffe aus der Wurzelzone. Kenntnisse über das Benetzungsverhalten von Böden sind ebenfalls dann von Bedeutung, wenn generell das gleichzeitige Auftreten sehr feuchter und sehr trockener Zonen im Boden analysiert werden soll. Entsprechende Feuchtegradienten führen zu einem sehr unterschiedlichen physikalisch-chemischen Milieu in den entsprechenden Feuchte- und Trockenzonen, die wahrscheinlich erheblichen Einfluß auf die mikrobiellen Prozesse im Boden haben. Das Vorhaben beeinhaltet drei wesentliche Ziele: Erstens soll die Benetzbarkeit von Aggregatoberflächen und von Primarpartikeln der Böden des Schwerpunktprogramms bestimmt werden. Mittels Messung des Kontaktwinkels, der Oberflächenenergien und der Oberflächenladung soll eine möglichst vollständige Kennzeichnung erfolgen. In einem zweiten Abschnitt sollen Untersuchungen der Bodenlösung erfolgen. Es ist beabsichtigt, die Oberflächenspannung zu messen sowie den Einfluß der Bodenlösung auf die Grenzflächeneigenschaften von Bodenpartikeln und Modelloberflächen, etwa Quarzglasoberflächen, zu erfassen. Schließlich sollen die Ergebnisse zu den Oberflächeneigenschaften gemeinsam mit den Resultaten anderer Projektteilnehmer kombiniert oder ergänzt werden

Umgestaltung eines Wassereinzugsgebietes im Nationalpark Eifel von einem Fichtenwaldreinbestand zu einem standortgerechten Laubmischwald: Dynamik des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes; Heterogenität relevanter Standortfaktoren für die Waldentwicklung - Untersuchungen zum Wasser- und Stoffhaushalt kleiner bewaldeter Einzugsgebiete unter besonderer Berücksichtigung periglazialer Deckschichten (Natio

Hintergrund: Dieses Projekt begleitet die Umgestaltung eines Fichtenwald-Reinbestandes im Nationalpark Eifel vom derzeitigen Ist-Zustand über eine Baumentnahme hin zu einem standortgerechten Laubmischwald. Der Stoffhaushalt (Kohlenstoff, Lösungsfracht, Schwebfracht, Bachgeschiebe und Wasser) sowie die ihn beeinflussenden Faktoren (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) werden genauer untersucht. Erstmalig werden für dieses Gebiet im Rahmen dieses Projektes CO2-Kreisläufe quantifiziert und Maßnahmen zur Kohlenstoffreduktion beschrieben (durch das Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre - Institut 4: Agrosphäre (ICG-4)). Zudem sollen zu erwartende Veränderungen auf Stoff- und Wasserkreisläufe erfasst werden. Bestehende Datenlücken für die Mittelgebirge werden damit geschlossen (durch den Lehrstuhl für Physische Geographie und Geoökologie (PGG)). Fragestellungen: Aufgabe des Projektes wird sein, präzise Informationen zum Stoff- (u.a. Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat, Ammonium) und Wasserkreislauf zu erhalten sowie die Bedeutung standortrelevanter Parameter (Klima, Boden, Vegetation, Landnutzung) bei der Entstehung eines standorttypischen Laubmischwaldes zu erfassen. Während der Umwandlung eines Fichtenreinbestandes zu einem Laubwald - mit Vergleichsuntersuchungen im Freiland (Wiese) - sollen verschiedene Stadien der Umwandlung untersucht werden. Die Ergebnisse werden neue und vor allem quantifizierbare Erkenntnisse zum CO2-Haushalt sowie zum Wasser- und Stoffkreislauf im Ökosystem Wald liefern; Grundbausteine für eine nachhaltige Landnutzung und der Reduzierung atmosphärischen CO2. Von der Arbeitsgruppe PGG und dem ICG-4 bearbeitete Fragestellungen: - Wie wirken sich Landnutzungsänderungen auf Stoff- und Wasserhaushalt aus? - Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Wasser, Boden und Vegetation? - Wie wirken sich Rückkopplungsprozesse auf terrestrische Systeme aus? - Wie wirken sich großräumige Eingriffe aus? Ziele: Ziele des Lehrstuhls für Physische Geographie und Geoökologie sind insbesondere, in Kooperation mit dem ICG-4 Veränderungen des Kohlenstoff- und Wasserhaushaltes sowie der Nährstoffkreisläufe in Erwartung des absehbaren Klimawandels und der Maßnahmen zur CO2-Reduktion zu erfassen. Gesicherte Erkenntnisse in Bezug auf den Wasserhaushalt und die ihn beeinflussenden Größen in Mittelgebirgsräumen liegen bisher kaum vor. Hier schließt das Projekt eine Datenlücke. Die Rolle der Vegetation sowie der Böden (insbesondere die bodenbildenden periglazialen Deckschichten) sind hier von Bedeutung, da Prozesse der Stoffakkumulation, -umwandlung und -transport von diesen Parametern stark abhängig sind. Deckschichten haben mit ihren Mächtigkeiten und Ausprägungen einen starken Einfluss auf Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Retention und Oberflächenabfluss. Zudem ist für die Kooperation mit dem ICG-4 die Betrachtung des Bodenwasserhaushaltes unerlässlich, um den CO2-Vorrat im Boden zu analysieren. Die Retentionskapazitäten der Böden werden präzi

Starkregengefahrenkarte Hamburg

Die Starkregengefahrenkarte ist eine wasserwirtschaftliche Planungshilfe. Sie dient der Auffindung von Bereichen in Hamburg, die durch Starkregen besonders gefährdet sind. Die Karte basiert auf Ergebnissen einer Modellberechnung unter Einbeziehung von Regenbelastungen, der Kapazitäten der Kanalnetze (Siele) und des Oberflächenabflusses. Dargestellt sind die maximalen Wasserstände sowie Fließgeschwindigkeiten in Folge von 3 verschiedenen Starkregenszenarien (intensiver Starkregen, außergewöhnlicher Starkregen und extremer Starkregen). Wassertiefen unter 5 cm werden in der Karte nicht dargestellt. Weitere Informationen zur Karte stehen unter https://www.hamburg.de/go/starkregengefahrenkarte bereit. Der Fokus der Starkregengefahrenkarte liegt dabei auf der Analyse der Auswirkungen durch Starkregen in Siedlungsgebieten, welche aufgrund des Zusammenspiels der Oberflächenstrukturen und des Entwässerungssystems überflutet werden. Überschwemmungen durch ausufernde Gewässer werden in der Starkregengefahrenkarte nur näherungsweise dargestellt.  Die Betroffenheit durch Binnenhochwasser an einigen Hamburger Gewässern hingegen wird detailliert in den Hochwassergefahrenkarten (https://www.hamburg.de/go/gefahren-risiko-karten) und in den ausgewiesenen Hamburger Überschwemmungsgebieten dargestellt: www.hamburg.de/go/ueberschwemmungsgebiete. Für weitere Informationen pro Grundstück gelangen Sie hier direkt zum Wegweiser Überflutungsvorsorge: https://geoportal-hamburg.de/ueberflutungsvorsorge/ . Trotz aller Sorgfalt sind Fehler im Bearbeitungsvorgang nicht auszuschließen. Deshalb kann für die Richtigkeit, Vollständigkeit und Konsistenz der Starkregengefahrenkarte keine Haftung und Gewährleistung übernommen werden. Eine Haftung entfällt auch für Folgen und mögliche Schäden, die aus der Anwendung oder Bearbeitung der Karte oder der von ihnen abgeleiteten oder erzeugten Zwischen- und Folgeprodukte entstehen können.

Mittlere jährliche Grundwasserneubildung (JDK) [mm/a]

Grundwasserneubildung aus Niederschlag (GWN); Dimension: mm/Jahr: Unter den Bilanzgrößen des Wasserhaushalts kommt der flächenhaften Grundwasserneubildung aus Niederschlag (GWN) eine hohe Bedeutung zu. Im Gegensatz zu anderen Wasserhaushaltsgrößen kann die GWN in der Regel nicht direkt gemessen werden. Der Anwendung entsprechender Modelle kommt daher eine besondere Bedeutung zu. Die hier zur Verfügung gestellten Daten der GWN stammen aus der landesweiten Langzeit-Berechnung mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell GWN-BW. GWN-BW ist ein modular aufgebautes, deterministisches und flächendifferenziertes Modell zur Berechnung der tatsächlichen Verdunstung, zur Simulation des Bodenwasserhaushaltes und der unterhalb der durchwurzelten Bodenzone gebildeten Sickerwassermenge. Wie die meisten vergleichbaren Wasserhaushaltsmodelle benötigt GWN-BW als meteorologischen Antrieb Daten der Niederschlagshöhe, der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte, der Globalstrahlung oder Sonnenscheindauer sowie der Windstärke oder –geschwindigkeit. https://www.hydrosconsult.com/hydrologie/bodenwasserhaushalt Die Berechnungen erfolgen auf insgesamt 102.677 Grundflächen, deren Geometrie auf der Verschneidung von Bodenkarte 1:50.000 und CORINE 2006 Landnutzung beruht. Bei der GWN handelt sich um eine berechnete Bilanzkomponente, welche dem Gesamtabfluss abzüglich schneller lateraler Abflusskomponenten entspricht. Der Direktabfluss wird mit Hilfe des regionalisierten Baseflow-Index berücksichtigt. Die berechnete GWN entspricht jener des jeweils obersten Grundwasserstockwerks. Dies können auch hängende Grundwasserleiter sein, die beispielsweise wieder über Quellen entwässern. Sie entspricht somit, je nach den hydrogeologischen Bedingungen, nicht zwingend der GWN des obersten Hauptgrundwasserleiters.

Erosionsverhalten in Abhängigkeit von der Applikationsmethode

In einer Reihe von Versuchen mit Erosionsanlagen wurde die Beziehung zwischen Begrünungstechnik und Erosionsverhalten beobachtet. Es konnte deutlich beobachtet werden, dass nur bei Verwendung von Mulchdecken sowohl erhöhte Oberflächenabflüsse als auch nennenswerte Bodenabträge vermieden werden. Der deutlich bessere Erosionsschutz bei Abdeckung des Oberbodens durch so unterschiedliche Materialien wie Heu, Stroh, Netze oder Matten kann durch die schützende Wirkung des organischen Materiales erklärt werden. Dabei wird die (kinetische) Energie der Regentropfen abgebaut und das Wasser sickert langsam in den Boden. Dadurch werden die Bodenaggregate vor Zerstörung bewahrt. Die Kapillaröffnungen des Bodens verschlämmen nicht und deutlich höhere Wassermengen können in den Boden einsickern. Ohne Abdeckung des Oberbodens mit Mulchmaterial haben standortgerechte und schnellwüchsige Saatgutmischungen in den ersten 4 bis 8 Wochen nach der Ansaat ein vergleichbar schlechtes Erosionsverhalten. Wie schon erwähnt kann das Erosionsverhalten durch die Verwendung von Deckfrüchten anstatt Mulchdecken in Hochlagen nicht nennenswert verbessert werden.

Flächenpotenziale für dezentrale Versickerungsmaßnahmen 2019

Die nachfolgend beschriebenen Randbedingungen werden auf Grundlage öffentlich verfügbarer Geodaten abgebildet (s. Datengrundlage) und in ein GIS-basiertes Modell integriert. Jede Randbedingung wird als eigenständige Ebene modelliert. Durch die Überlagerung verschiedener Ebenen entsteht die vollständige Potenzialkarte für die jeweilige Maßnahme. Die Karten werden für jede der im Kapitel Methode aufgeführten Versickerungsmaßnahmen mit maßnahmenspezifisch angepassten Parametereinstellungen berechnet und für das gesamte Stadtgebiet Berlin mit einer räumlichen Auflösung auf Grundstücksebene ausgewiesen. Die dargestellten Ergebnisse sind als überschlägige Erstbewertung zu verstehen und ersetzen keine standortbezogene Einzelfallprüfung vor Ort. GIS-gestützte Modellierungen sind in hohem Maße von der Qualität und Vollständigkeit der zugrunde liegenden Datensätze abhängig. Für das Berliner Stadtgebiet steht insgesamt eine umfangreiche und qualitativ hochwertige Geodatengrundlage zur Verfügung. Dennoch können unvollständige oder ungenaue Eingangsdaten oder die getroffenen Annahmen und Vereinfachungen die realitätsnahe Abbildung der tatsächlichen Verhältnisse einschränken. Darüber hinaus stehen bestimmte als sensibel eingestufte Informationen, etwa zu Altlasten oder unterirdischen Leitungsnetzen, nicht öffentlich zur Verfügung und können daher bei der Bewertung der Umsetzbarkeit einzelner Maßnahmen nicht berücksichtigt werden. Allgemein geltende Planungshilfen Für eine grobe Ersteinschätzung der Machbarkeit dezentraler Versickerungsmaßnahmen werden verschiedene Karten mit Bedingungen und Richtwerten aus geltenden Regelwerken, Richtlinien und Hinweisblättern in den allgemein geltenden Planungshilfen aufgeführt. Diese gelten für alle sechs betrachteten Versickerungsmaßnahmen. Bei der Planung von Versickerungsmaßnahmen sind Mindestabstände zu Gebäuden einzuhalten, die in Abhängigkeit zur Baugrundtiefe stehen (HSE 2015). Aus den genutzten Grundlagendaten kann nicht mit Sicherheit abgeleitet werden, welche Gebäude mit welcher Tiefe unterkellert sind. Gebäude, die als Tiefgarage betitelt sind, werden mit einem pauschalen sechs Meter Abstand versehen (KURAS 2018). Diese Bereiche werden nicht als Ausschlussflächen definiert, sondern dienen als Hinweis auf einen erhöhten Prüfbedarf im Rahmen einer vertieften Einzelfallbetrachtung. Zusätzlich wird ein Mindestabstand von einem Meter zu allen Gebäudeflächen als restriktiv angenommen. Bei der Anordnung unterirdischer Versickerungsanlagen in die Nähe von Bäumen und Sträuchern sind abhängig von der jeweiligen Bauweise der Anlage sowie von der Art des Gehölzes geeignete Maßnahmen zum Schutz vor Wurzeleinwuchs vorzusehen, oder die Anlagen entsprechend wurzelfest auszubilden (HSE 2015). In der Ebene Baumbestand wird zum Schutz der unterirdischen Versickerungsanlagen ein Abstand von der Hälfte des Kronendurchmessers bestehender Bäume, mindestens jedoch drei Metern, angesetzt. Auf Flächen mit ausgeprägter Hangneigung ist die Realisierung von Versickerungsmaßnahmen durch den hohen Oberflächenabfluss mit erhöhtem baulichem Aufwand verbunden und daher üblicherweise wirtschaftlich nicht tragbar. Bereiche mit Hangneigungen von mehr als 12 % werden ausgeschlossen (KURAS 2018). Diese Einstufung gilt für alle oberflächlichen Versickerungsmaßnahmen. Die Ermittlung der Hangneigung erfolgt über die vektorielle Übersetzung eines 1×1 Meter Raster-Geländemodells. Schutzgebiete wie NATURA 2000 oder Flora-Fauna-Habitate werden als Umsetzungsflächen für Versickerung ausgeschlossen. Dasselbe gilt für Wasserschutzzonen I und II, in denen nach dem „Hinweisblatt 2 zur Antragstellung: Versickerung von Niederschlagswasser“ der Berliner Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt eine Versickerung ausgeschlossen ist (DWA A-138, 2024). Die Realisierung oberirdisch sichtbarer Maßnahmen auf denkmalgeschützten Flächen in Berlin setzt eine entsprechende behördliche Genehmigung voraus. In der Betrachtung werden sämtliche Denkmalarten einbezogen. Entsprechende Genehmigungserfordernisse gelten ebenso für Flächen innerhalb der Wasserschutzzonen III A und III B. Diese Bereiche werden in den Potenzialkarten gesondert dargestellt und als Hinweis auf genehmigungsrelevante Rahmenbedingungen gekennzeichnet. Ein weiteres entscheidendes Genehmigungskriterium für verschiedene Versickerungsmaßnahmen ist der Verschmutzungsgrad des anfallenden Niederschlagswassers (DWA A-138, 2024). Die Einschätzung der stofflichen Belastung erfolgt auf Grundlage der potenziellen Flächenverschmutzung der angeschlossenen abflusswirksamen Flächen. Hierfür werden sowohl Verkehrsflächen als auch Gebäudeflächen berücksichtigt. Für Straßenflächen ist die maßgebliche Kenngröße die durchschnittliche tägliche Verkehrsstärke (DTV) einzelner Straßenabschnitte. Auf Basis dieser Verkehrsmengen werden die Straßenabschnitte den Verschmutzungskategorien mittel oder hoch zugeordnet. Gebäudeflächen werden in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Nutzung ebenfalls einer dieser zwei Verschmutzungsklassen zugewiesen. Insgesamt werden dabei 188 unterschiedliche Gebäudenutzungen innerhalb des Berliner Stadtgebiets berücksichtigt und entsprechend klassifiziert. Die erstellten Datensätze zu Straßen- und Gebäudeflächen werden anschließend zusammengeführt und mit einem Puffer von fünf Metern versehen, um die potenziell lokal anschließbaren, abflusswirksamen Flächen für Maßnahmenflächen abzubilden. Diese Pufferbereiche werden entsprechend der jeweiligen Verschmutzungsklasse farblich dargestellt. Die resultierenden Darstellungen geben einen Hinweis auf den möglichen Verschmutzungsgrad der abflusswirksamen Flächen, die im Umfeld der beurteilten Gebäude- und Fahrbahnflächen liegen. Da im Rahmen der Analyse keine konkrete Zuordnung einzelner abflusswirksamer Flächen zu geplanten Versickerungsmaßnahmen erfolgt, ist die dargestellte Information als indikativ zu verstehen. Die Karten liefern somit eine erste Einschätzung, ob grundsätzlich mit einer geringen, mittleren oder hohen stofflichen Belastung des Niederschlagswassers zu rechnen ist. Für eine grobe Ersteinschätzung der Machbarkeit dezentraler Versickerungsmaßnahmen wird die Versickerungsfähigkeit nach geltendem Regelwerk und fachlichen Annahmen bewertet (HSE 2015). Die Karte der Versickerungsfähigkeit ist ein Verschnitt aus der Analyse der Wasserdurchlässigkeit des Untergrunds und des Grundwasserflurabstands jeweils für alle untersuchten Versickerungsmaßnahmen. Die Wasserdurchlässigkeit des Untergrunds wird über die Mächtigkeit der wasserdurchlässigen Schicht ab Geländeoberkante angegeben. Für unterschiedliche Versickerungsmaßnahmen sind unterschiedliche Mindestanforderungen an die Mächtigkeit der wasserdurchlässigen Schicht festgelegt. Zusätzlich muss für die Umsetzung von dezentralen Versickerungsmaßnahmen ein Abstand von einem Meter von Maßnahmensohle bis Bemessungsgrundwasserstand eingehalten werden. Für die untersuchten Versickerungsmaßnahmen wurden Regeltiefen festgelegt, um die jeweiligen einzuhaltenden Flurabstände flächendeckend auszuwerten. Daten zum Bemessungsgrundwasserstand sind nur für das Panke- und Urstromtal und der Wasserschutzzone III vorhanden. Für die Hochflächen Berlins wurden andere Grundwasserflurabstandsdaten ausgewertet. Häufig auftretendes Schichtenwasser in den Hochflächen erschwert die Umsetzung von Versickerungsmaßnahmen kann jedoch nicht kartenbasiert dargestellt werden, aufgrund saisonaler und örtlicher Schwankungen. Wasserdurchlässigkeit Ein wesentlicher Bewertungsparameter für die Eignung von Flächen zur Umsetzung von Versickerungsmaßnahmen ist die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens, ausgedrückt durch den Durchlässigkeitsbeiwert (kf). Für das Berliner Stadtgebiet wurde von der Senatsverwaltung für Mobilität, Ver-kehr, Klimaschutz und Umwelt auf Basis zahlreicher, räumlich verteilter Bohrprofile ein Datensatz erarbeitet, der die Wasserdurchlässigkeit des Untergrundes beschreibt. Erfasst wurde dabei die Mächtigkeit jener Bodenschichten, deren kf-Werte im Bereich von 1 × 10⁻³ bis 1 × 10⁻⁶ m/s liegen und damit als grundsätzlich versickerungsfähig gelten (HSE 2015). Je nach Art der Versickerungsmaßnahme sind unterschiedliche, maßnahmenspezifische Mindestmächtigkeiten dieser durchlässigen Schichten erforderlich, die im Modell entsprechend differenziert gefiltert und dargestellt werden. Grundwasserflurabstand Für die Planung von Versickerungsanlagen ist ein Mindestabstand von einem Meter zwischen der Sohle der Anlage und dem Bemessungsgrundwasserstand einzuhalten (HSE 2015). Zur Bewertung dieses Kriteriums werden für alle betrachteten Maßnahmen standardisierte Regeltiefen zugrunde gelegt. Die Ermittlung des maßgeblichen Flurabstands erfolgt auf Basis des zu erwartenden mittleren höchsten Grundwasserstandes (HSE 2015). Innerhalb der Wasserschutzzone III ist hingegen der zu erwartende höchste Grundwasserstand heranzuziehen (DWA A-138, 2024). Für die Hochflächen Berlins wurden gesonderte Datensätze zum Grundwasserflurabstand ausgewertet. Das dort häufig auftretende Schichtenwasser kann die Umsetzung von Versickerungsmaßnahmen zusätzlich erschweren, lässt sich aufgrund seiner starken saisonalen und lokalen Variabilität jedoch nicht flächendeckend kartenbasiert abbilden. In den maßnahmenspezifischen Ergebnisrelationen werden jene Bereiche ausgewiesen, in denen der erforderliche Mindestflurabstand eingehalten wird.

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