Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Goethe-Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (G-CSC) durchgeführt. Das Projekt hat eine Anwendung des Grundwasserströmungs- und Transportcodes d3f++ auf endlagerrelevante Aufgabenstellungen, Vergleichsrechnungen mit anderen Codes und damit einen Nachweis seiner Leistungsfähigkeit sowie die Erhöhung des Vertrauens in die Modellierungsergebnisse zum Ziel. Dazu gehört eine Weiterentwicklung von d3f++ hinsichtlich einer verbesserten Robustheit der Lösungsverfahren insbesondere für regionale Modelle mit dünnen Schichten und freier Grundwasseroberfläche, einer weiteren Beschleunigung der Rechnungen und einer breiteren Anwendbarkeit. Letzteres soll neben Verbesserungen in der Benutzeroberfläche und der Modellerstellung durch die Einführung eines Speicherterms geschehen, der eine genauere Modellierung kurzfristiger Prozesse ermöglicht. Folgende Arbeitspakete werden bearbeitet: AP 1 Anwendungs- und Vergleichsrechnungen: AP 1.1 Äspö Task 9, AP 1.2 'Äspö site descriptive model', AP 1.3 Modell der WIPP Site, AP 2 Erweiterung des Anwendungsbereichs von d3f++: AP 2.1 Erweiterung der Strömungsgleichung in d3f++ um einen Speicherterm, AP 2.2 Weiterentwicklung des Präprozessors ProMesh, AP 3 Weiterentwicklung der Lösungsverfahren in d3f++: AP 3.1 Übertragung und Implementierung des LIMEX-Verfahrens, AP 3.2 Robuste Glättungsverfahren für den geometrischen Mehrgitterlöser, AP 3.3 Verbesserung der Grobgitterkorrektur, AP 3.4 Anpassung der FAMG-Verfahren an die thermohaline Grundwasserströmung und parallele Skalierbarkeit, AP 3.5 Parallele adaptive Verfahren und angepasste Gitterstrukturen: AP 3.5.1 Adaptive anisotrope Verfeinerung, AP 3.5.2 Problemangepasste Lastverteilung für Konvektionsdominanz und ILU-T, AP 3.5.3 Allgemeine parallel-adaptive Strategie, AP 3.6 Stabile Modellierung freier Grundwasseroberflächen: AP 3.6.1 Virtuelle Teilelemente für freie Oberflächen bei thermohaliner Strömung, AP 3.6.2 Verbesserte PLIC-Rekonstruktionsverfahren für freie Oberflächen.
Das Projekt "ISIBEL-2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Fachbereich Endlagersicherheitsforschung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Vervollständigung des bereits verfügbaren Instrumentariums zur technischen Realisierbarkeit und sicherheitlichen Bewertung von HAW- Endlagern im Salinar. Schwerpunkte bilden dabei die Entwicklung von alternativen Szenarien für den Sicherheitsnachweis, die Untersuchung der Anwendbarkeit von natürlichen Analoga, der Langzeitnachweis für Verschlussbauwerke, Untersuchungen von Instrumentarien auf Prozesslevel, die Analyse von Gasbildungs- und - transportprozessen sowie die konzeptionelle und numerische Umsetzung der Referenz- und Alternativszenarien in Modelle für den Langzeitsicherheitsnachweis. An Hand des internationalen Standes von Wissenschaft und Technik wird untersucht, wie die neu gewonnenen Erkenntnisse und die Ergebnisse von bereits abgeschlossenen FuE-Vorhaben zu einem Sicherheitsnachweis zusammengeführt werden können. Die gemeinsame Bearbeitung durch DBE TEC, BGR und GRS gewährleistet eine vollständige und ausgewogene Betrachtung aller Instrumente, die in den verschiedenen Teilen einer Sicherheitsanalyse erforderlich sind. Für die Untersuchungen zum Langzeitnachweis für Verschlussbauwerke wird außerdem das Institut für Endlagerforschung der TU-Clausthal hinzugezogen.
Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadt Freiburg im Breisgau, Stadtverwaltung durchgeführt. MUTReWa - Maßnahmen für einen nachhaltigeren Umgang mit Pestiziden und deren Transformationsprodukten im Regionalen Wassermanagement Ziel des Verbundvorhabens ist es, zum einen relevante Prozesse zur Mobilisierung und zur Transformation von Pestiziden aus Intensivlandwirtschaft und Bioziden aus urbanen Gebieten genauer zu untersuchen, und zum anderen die Effektivität und Nachhaltigkeit ausgewählter Bewirtschaftungsmaßnahmen zur Verbesserung des ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern im Hinblick auf diese Prozesse zu bewerten. Daraus abgeleitete Maßnahmen werden direkt in das regionale Wassermanagement implementiert. Arbeitspaket 1: Prozesse und Stoffverhalten AP.1.3: Grundwasser-Monitoring im Umfeld von GBMs AP.1.4: Datenbereitstellung für die Stofftransportmodellierung Arbeitspaket 2: Strategien und Maßnahmen AP.2.1: Grundwasserbeprobung bei Tracerversuchen AP 2.2 Kommunikationsstrategien AP.2.4: Datenbereitstellung für Szenarienentwicklung, -simulation, und Regionalisierung Arbeitspaket 4: Etablierung und Implementierung ins regionale Wassermanagement AP4.1: Empfehlungen zur Umsetzung untersuchter Maßnahmen AP4.2: WEB-basierte Anwendung im Stadtbereich AP4.3: Implementierung und Begleitung der Maßnahmen im Gesamt-EZG.
Das Projekt "Feststofftransport der Ems zwischen Telgte und Münster-Handorf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen, Labor für Wasserbau und Wasserwirtschaft durchgeführt. Ziel war die Zusammenstellung eines Feststoff-Transport-Modells mit der Fähigkeit, Gestaltänderungen des Gewässers zu berechnen, und zwar für einen renaturierten Abschnitt der oberen Ems. Zum Einsatz kam das Simulationsmodell Delft-3D, das für die Berechnung der Morphodynamik im 2-dimensional-tiefengemitteltem Modus betrieben wird. Die Renaturierungsmaßnahmen erfolgten im Rahmen des Ems-Auen-Schutzprogramms, vor dem Hintergrund einer zu großen Tiefenerosion des begradigten Gewässerverlaufs und drohender Auen-Versteppung. Mit Hilfe des kalibrierten Simulationsmodells soll anschließend untersucht werden, ob die Tiefenerosion aufgehalten werden kann und evtl. sogar reversibel ist. Die Ems ist in Mitteleuropa einzigartig, da sie von der Quelle bis zur Mündung in feinsandigem, hochgradig mobilen Boden verläuft. Es ist im Zuge der Kalibrierung gelungen, die wesentlichen Phänomene der morphodynamischen Charakteristik der renaturierten Ems nachzubilden und darüber hinaus interessante Detaileinblicke in strömungsmechanische Prozesse zu liefern, die in der Natur nur mit großem Aufwand beobachtet werden können (Ablösungen, Stromaufteilung, quasi-periodische Schwankungen). Mit Hilfe des kalibrierten Modells können in einem Folgeprojekt die Erfolgsaussichten der Renaturierung prognostiziert werden.
Das Projekt "Teilprojekt H" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Institut für Umweltphysik, Abteilung Terrestrische Umweltphysik, Radioactivity Measurements Laboratory durchgeführt. AP 1.1 Nutzung von natürlichen und künstlichen Radionukliden als Tracer in fluvialen Systemen AP 4.1 Bestimmung und Modellierung der Partitionierung von künstlichen und natürlichen Radionukliden in Klärschlamm und Abwasser In AP 1.1 sollen für die wichtigsten Nuklide experimentelle Daten für den Verlauf eines größeren Flusses, vorzugsweise der Weser, gewonnen werden (vorwiegend Sediment, daneben auch Wasser und Schwebstoff). Aufbauend auf den Messdaten soll für jedes Isotop ein fluviales Transportmodell (Eintrag, Ausbreitung, Deposition im Sediment) erstellt und verifiziert werden. In AP 4.1 soll ein Modell für die Partitionierung und Speziation von natürlichen und künstlichen Radionukliden in und außerhalb von Kläranlagen entwickelt werden. Zur Validierung und Verfeinerung des Modells sollen die Nuklidkonzentrationen in den einzelnen Anlagenkompartments experimentell bestimmt werden. Die Aktivitätsbestimmung erfolgt in beiden Arbeitspaketen gammaspektroskopisch.
Das Projekt "Sea Surface Topography and Mass Transport of the Antarctic Circumpolar Current (GEOTOP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie durchgeführt. GeoTop3 is the third phase of a DFG project and belongs to the DFG priority progamme 1257 Mass Transport and Mass Distribution in the Earth System . It aims at the determination of the absolute, but temporally changing ocean circulation flow field and of associated mass and heat transports. It is based on a state-ofthe-art circulation model assimilating geodetic data of the dynamic ocean topography (DOT) and oceanographic in-situ data. The ocean model is focused on the Atlantic sector of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) and the Weddell Sea. This is one of the most dynamic ocean areas and one of the most critical regions for global climate, due to the impact of circumpolar bottom water production on global deep sea circulation. The regional model is embedded into a coarser global model to avoid systematic distortions. The expected results of this project extension are: 1. A stationary DOT with highest achievable spatial resolution from GRACE and in particular GOCE geoid models and multi-mission altimeter data with error propagation for both, geoid and sea surface. 2. The geoid models will be combined with regional Antarctic gravity data for higher resolution. ICESat data will be used to deal with seasonal sea ice concentrations. 3. A time-variable DOT, sufficiently smoothed to reduce the signal-to-noise ratio and to match the spectral and spatial resolution characteristics of the numerical model. 4. A calculation of the sensitivity of major ocean features such as strength of the Weddell Gyre on the accuracy and resolution of the geoid (and dynamical height) determination in view of the high resolution GOCE geoid model and improved geoid estimates in Weddell Sea area. 5. Model runs, in particular for the mass and heat transport in the Antarctic Circumpolar Current and the Weddell Gyre, the mean oceanographic DOT and its variability as well as their interpretation and quality assessment.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Bereich Endlagerung durchgeführt. Das Projekt hat eine Anwendung des Grundwasserströmungs- und Transportcodes d3f++ auf endlagerrelevante Aufgabenstellungen, Vergleichsrechnungen mit anderen Codes und damit einen Nachweis seiner Leistungsfähigkeit, seine Qualifizierung für ein breiteres Anwendungsspektrum sowie die Erhöhung des Vertrauens in die Modellierungsergebnisse zum Ziel. Dabei werden Modelle im regionalen Maßstab sowohl im Kristallin als auch im Sedimentgestein bearbeitet. Dazu gehört eine Weiterentwicklung von d3f++ hinsichtlich einer verbesserten Robustheit der Lösungsverfahren insbesondere für regionale Modelle mit dünnen Schichten und freier Grundwasseroberfläche, einer weiteren Beschleunigung der Rechnungen und einer breiteren Anwendbarkeit. Letzteres soll neben Verbesserungen in der Benutzeroberfläche und der Modellerstellung durch die Einführung eines Speicherterms geschehen, der eine genauere Modellierung kurzfristiger Prozesse ermöglicht. Folgende Anwendungsfälle im Feldmaßstab werden mit d3f++ bearbeitet: Task 9 der Task Force on Groundwater Flow and Transport of Solutes von SKB (Kristallin), das 'Äspö site descriptive model' für das gesamte HRL Äspö (ebenfalls Kristallin) und ein Modell des Deckgebirges der Waste Isolation Pilote Plant (WIPP) in New Mexico (Sedimentgestein über flach gelagertem Salz.) Als Weiterentwicklungen von d3f++ sind geplant: Die Erweiterung der Strömungsgleichung um einen Speicherterm und damit die Ertüchtigung des Codes zur Berücksichtigung der Kompressibilität z.B. bei der Auswertung von Feldexperimenten, die Weiterentwicklung des Präprozessors ProMesh und des darin enthaltenen Gittergenerators sowie Weiterentwicklungen der Lösungsverfahren hinsichtlich Robustheit und Effizienz. Besondere Bedeutung kommt dabei der Verbesserung der Stabilität bei der Modellierung freier Grundwasseroberflächen, der Beschleunigung des nichtlinearen Lösers und der verbesserten Behandlung von Anisotropien zu.
Das Projekt "Ableitung von Altersspektren und Halogenbudgets der UTLS aus GhOST-MS Messungen während TACTS, SALSA, POLSTRACC und WISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. Wir schlagen vor, den von uns entwickelten Gaschromatographen GhOST-MS (Gas chromatograph for the Observation of tracers - coupled with a mass spectrometer) während der HALO Kampagne WISE einzusetzen um eine breite Palette von Tracern mit unterschiedlichen Lebenszeiten (von fast unendlich wie SF6 bis wenige Wochen, wie CHBr3) in der unteren und untersten Stratosphäre zu messen. Diese Messungen sollen gemeinsam mit den aus den Kampagnen TACTS, SALSA und POLSTRACC vorhandenen Beobachtungen ausgewertet werden. Bei der Auswertung wollen wir uns auf zwei Hauptaspekte konzentrieren. Dies sind die Ableitung von Transit-Zeit Verteilungen (Altersspektren) und die Bestimmung des Halogenbudgets der unteren Stratosphäre, insbesondre des Brombudgets. Die Auswertungen sollen für die verschiedenen Jahreszeiten der Kampagnen und auch im Hinblick auf unterschiedliche meteorologische Situation durchgeführt werden. Zur Ableitung der Altersspektren soll eine neue Methode entwickelt werden, die es erlaubt auch sogenannte bimodale Altersspektren abzuleiten, was eine bessere Beschreibung der Transportzeitverteilung der unteren und untersten Stratosphäre ermöglichen wird. Hierzu ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich und den Arbeiten zum CLaMS Modell geplant. Als Grundlage für die Methode zur Ableitung der Altersspektren soll der von Ehhalt et al. (2007) veröffentliche Ansatz verwendet werden. Beim Halogenbudget sollen unsere Messungen vor allem verwendet werden um abzuleiten, wieviel anorganisches Brom und Chlor aus kurzlebigen organischen Quellgasen in der unteren Stratosphäre vorhanden ist und dort zum Ozonabbau beitragen kann. Diese Daten sollen mit quasi-simultanen Messungen anorganischer Halogen-Komponenten der Universität Heidelberg kombiniert werden um insbesondre ein komplettes Brombudget der untersten Stratosphäre aufzustellen.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GFI Grundwasser-Consulting-Institut GmbH durchgeführt. Trotz im Mittel ausreichenden Wasserdargebotes herrscht in Deutschland durch den hohen Wassernutzungsgrad ein fast flächendeckender Optimierungsbedarf der Grundwassernutzung. Die Bewirtschaftungspraxis von Grundwasserleitern muss daher effizienter gestaltet werden. Ziel des beantragten Vorhabens ist es durch die Entwicklung und Nutzung innovativer Prozess- und Quellindikatoren sowie reaktiver Stofftransportmodelle eine umfassende Zustandsbeschreibung ausgesuchter Grundwasserkörper im Hinblick auf Wasserqualität, Wassermenge und ökologischem Zustand zu erstellen. Auf Grundlage dieses Monitorings werden konzeptionelle und numerische Prognosemodelle erstellt, die die langfristige Entwicklung der Grundwasserqualität und dessen ökologischen Zustandes beschreiben sollen. In TP 2 wird hierfür die Übertragbarkeit des Indikator-Ansatzes auf verschiedene Standorte bewertet. Dazu werden praktische Anwendungsfälle hinsichtlich jeweiliger lokaler Fragestellungen analysiert, die mit dem Indikator-Ansatz bearbeitet werden können. Es wird die Datenbasis geschaffen, sowie die jeweils spezifischen standorteigenen Problemlagen und Nutzungskonflikte im Hinblick auf den Einsatz des Indikator-Konzeptes definiert, das die vorhandene Standorterkundung/ -bewirtschaftung ergänzen soll. Basierend auf der Standortcharakterisierung und der Anwendung der Monitoringwerkzeuge werden konzeptionelle Modelle entwickelt. Hierauf aufbauend werden die relevanten Stofftransport-Mechanismen identifiziert und entsprechende Modellkonzepte gebildet. Auf Basis des so erzielten Prozessverständnisses über das Wirkungsgefüge werden prognosefähige Werkzeuge erstellt, die wiederum als Entscheidungsgrundlage für die Optimierung der Bewirtschaftung der Standorte und die Ertüchtigung der Management-Konzepte dienen sollen.
Das Projekt "High Resolution Methods for Transport Simulation in Surface Water" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Wasserwirtschaft und Hydrosystemmodellierung durchgeführt. This project is to develop new and improve classical high resolution schemes for the transport simulation in surface water. The terms of advection, diffusion and reaction are solved by coupling the shallow water equations (SWE). Among which, the advection is hard to handle because it is related to the vecocity. These difficulties will increase on unstructured grids in term of inducing numerical diffusion or oscillations. TVD schemes are investigated to overcome these numerical problems. The requirements for flux limiter functions preserving TVD are derived based on a 1-d non-uniform grid, and a new TVD region is determined to fit arbitrary 1-d grids. Some second order TVD schemes called improved TVD schemes are developed, such as modified Van Leer scheme, modified Van Albada scheme and modified SUPERBEE scheme. Then they are extended to 2-d untructured grids. However, the impovement of these TVD scheme on 2-d is still necessary and is underway. The flow fied is obtained by solving SWE in Riemann solver, The extendation of the high order Riemann solvers such as Roe approximate solver, HLL solver, HLLC solver on unstructured grids is studied too in this project.