Das Projekt "Scenarioanalyse mit dem dynamischen Gewaessermodell SALMO zur Prognose der Wassergueteentwicklung in stehenden und gestauten Gewaessern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Fachrichtung Hydrowissenschaften, Institut für Hydrobiologie durchgeführt. Mit dem am Institut fuer Hydrobiologie entwickelten dynamischen Oekosystemmodell SALMO laesst sich der Einfluss externer Belastungsquellen (Naehrstoffe, organische Belastung) und gewaesserinterner Massnahmen (Stauspiegelabsenkung, Teilzirkulation, Biomanipulation) auf die Wasserqualitaet von Talsperren und Seen (Phytoplanktonbiomasse, Sauerstoff, Nitratkonzentration) abschaetzen. So half das Modell in einer Studie der IDUS-GmbH bei der Charakterisierung von Einfluss und Wechselwirkungen unterschiedlicher Belastungskomponenten (Naehrstoffe, lichtabsorbierende Stoffe) bezueglich der Wasserguete der Talsperre Bleiloch. Unter massgeblicher Beteiligung des Instituts fuer Automatisierungs- und Systemtechnik der TU Ilmenau entstand eine komplette Neuimplementierung des Gleichungssystems mit dem Simulationssystem Matlab/Simulink sowie in der objektorientierten Programmiersprache JAVA. Diese ermoeglicht die Simulation raeumlich kompartimentierter Gewaesser, eine einfachere Handhabbarkeit des Gleichungssystems und eine betraechtliche Erweiterung des Anwendungsspektrums von SALMO als Werkzeug fuer Forschung, Lehre und Entscheidungsfindung.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft (IWG-SWW) durchgeführt. Stauseen sind in vielen Teilen der Erde für Trinkwassergewinnung und Stromerzeugung unerlässlich. Sie bilden für Nähr- und Schadstoffe aus dem Einzugsgebiet eine Senke. Eine Folge davon ist die Gewässereutrophierung. Klimawandel, Intensivierung der Landnutzung sowie Siedlungstätigkeit verschärfen die Probleme. Langfristige, integrierte Managementstrategien, welche die Wasser- und Stoffflüsse in Einzugsgebieten ebenso wie die wesentlichen Reaktionen in Wasserspeichern adäquat berücksichtigen, sind gefragt. Die Anwendung verfügbarer Softwarepakete ist jedoch in vielen Regionen der Welt aufgrund des Fehlens von Daten in adäquater räumlicher und zeitlicher Auflösung stark limitiert. Aktuell verfügbare Methoden des Einzugsgebiets- und Gewässermonitorings stoßen an ihre Grenzen. Es ergeben sich daraus vier zentrale Aufgaben: 1. Reduktion der Komplexität der Modellansätze und der damit verbundene Datenbedarf. 2. Ableitung zentraler Parameter zur Beschreibung von Einzugsgebiets- und Gewässereigenschaften aus weltweit verfügbaren fernerkundlichen Datensätzen 3. Entwicklung von Methoden für ein der Aufgabenstellung angepasstes hocheffizientes on-site Mindest-Monitoring. 4. Entwicklung angepasster Strategien zur Implementierung der Modelle und Maßnahmen gemeinsam mit zukünftigen (lokalen) Anwendern. Die Aufgaben werden am Beispiel von zwei Stauseen im Südosten Brasiliens und einem Stausee in Deutschland bearbeitet. Der Zusammenhang zwischen Umweltveränderungen in Einzugsgebieten, den daran gekoppelten Wasser- und Stoffflüssen und den Konsequenzen für die Nutzbarkeit der Wasserressourcen soll durch ein angepasstes und übertragbares Einzugsgebiets- und Wassergütemodell transparent und damit planungsverfügbar gemacht werden. In enger Zusammenarbeit mit den zukünftigen Nutzern und der verantwortlichen Administration werden Monitoringkonzepte und Managementprogramme im Sinne von Produkten entwickelt, welche die Optimierung der Ressourcennutzung erlauben. s. beigefügte Teilanträge
Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HYDRON Ingenieurgesellschaft für Umwelt und Wasserwirtschaft mbH durchgeführt. Stauseen sind in vielen Teilen der Erde für die Trinkwassergewinnung und Stromerzeugung unerlässlich. Sie bilden insbesondere Nähr- und Schadstoffe aus dem Einzugsgebiet eine Senke. Eine Folge davon ist die Gewässereutrophierung. Klimawandel, Intensivierung der Landnutzung sowie Siedlungstätigkeit verschärfen die Probleme. Langfristige, integrierte Managementstrategien, welche die Wasser- und Stoffflüsse in Einzugsgebieten ebenso wie die wesentlichen Reaktionen in Wasserspeichern adäquat berücksichtigen, sind gefragt. Die Anwendung verfügbarer Softwarepakete ist jedoch in vielen Regionen der Welt aufgrund des Fehlens von Daten in adäquater räumlicher und zeitlicher Auflösung stark limitiert. Aktuell verfügbare, konventionelle Methoden des Einzugsgebiets- und Gewässermonitorings stoßen an ihre Grenzen. Es ergeben sich daraus vier zentrale Aufgaben: 1.Reduktion der Komplexität der Modellansätze und der damit verbundene Datenbedarf. 2.Ableitung zentraler Parameter zur Beschreibung von Einzugsgebiets- und Gewässereigenschaften aus weltweit verfügbaren fernerkundlichen Datensätzen 3.Entwicklung von Methoden für der Aufgabenstellung angepasstes hocheffizientes on-site Mindest-Monitoring. 4.Entwicklung angepasster Strategien zur Implementierung der Modelle und Maßnahmen gemeinsam mit den zukünftigen (lokalen) Anwendern. Die Aufgaben werden am Beispiel von zwei Stauseen im Südosten Brasiliens und einem Stausee in Deutschland bearbeitet. Der Zusammenhang zwischen Umweltveränderungen in Einzugsgebieten, den daran gekoppelten Wasser- und Stoffflüssen und den Konsequenzen für die Nutzbarkeit der Wasserressourcen soll durch ein angepasstes und übertragbares Einzugsgebiets- und Wassergütemodell transparent und damit planungsverfügbar gemacht werden. In enger Zusammenarbeit mit den zukünftigen Nutzern und der verantwortlichen Administration werden Monitoringkonzepte und Managementprogramme im Sinne von Produkten entwickelt, welche eine Optimierung der Ressourcennutzung erlauben.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut für Umweltwissenschaften durchgeführt. Das Ziel des Projektes besteht darin die grundlegenden Prozesse welche den Zusammenhang zwischen Nährstoffeinträgen und der sich daraus im Zusammenspiel mit hydro-meteorologischen und operativen Randbedingungen ergebenden Wasserqualität in Stauseen zu untersuchen. Dazu wird ein hochauflösendes Messsystem in dem brasilianischen Stausee installiert und ein umfangreiches Monitoring von physikalischen Prozessen und Wasserqualität durchgeführt. Basierend auf den erhobenen Messungen und numerischen Simulationen werden technische Lösungsvorschläge dazu entwickelt, wie die für die Algenentwicklung und Algenzusammensetzung maßgeblichen Transportprozesse prinzipiell in unterschiedlichen Gewässern mit einem Minimalaufwand an Messungen und vorrangiger Nutzung von Fernerkundungsdaten beschrieben werden können. Dazu werden Richtlinien und Vorschläge zur technischen Realisierung des notwendigen Messprogrammes in Abhängigkeit der geografischen, hydrologischen und meteorologischen Randbedingungen erarbeitet. Es werden die Transportpfade für partikelgebundene und gelöste Nährstoffe (N und P) im Stausee unter besonderer Berücksichtigung von vertikaler Dichteschichtung, dichtegetriebenen Strömungen und vertikaler Durchmischung des Wasserkörpers mit Hilfe von umfangreichen Feldmessungen und prozessorientierten numerischen Simulationen untersucht. Als maßgebliche Wasserqualitätsparameter werden die Phytoplanktonkonzentrationen in unterschiedlichen Algenklassen, inklusive Cyanobakterien, über den Zeitraum von einem Jahr kontinuierlich gemessen. Die erhobenen Daten bilden die Grundlage für die prozessorientierte Modellierung der güterelevante Speicher- und Transformationsprozesse im Stausee und stellen gleichzeitig Ground Truth Daten für die Kalibration und Validierung von Fernerkundungsdaten zur Verfügung.
Das Projekt "Teilprojekt 7" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TriOs Mess- und Datentechnik GmbH durchgeführt. Das Ziel des Teilprojektes besteht darin die grundlegenden Prozesse welche den Zusammenhang zwischen Nährstoffeinträgen und der sich daraus im Zusammenspiel mit hydro-meteorologischen und operativen Randbedingungen ergebenden Wasserqualität in Stauseen zu untersuchen. Dazu wird ein hochauflösendes Messsystem in einem brasilianischen Stausee installiert und ein umfangreiches Monitoring von physikalischen Prozessen und der Wasserqualität durchgeführt. Dabei werden auch moderne optische Sensoren und Verfahren eingesetzt, um neben einigen Standardparametern, die Nährstoff- und Algenkonzentrationen zu bestimmen. Die Sensoren sollen im Laufe des Projekts optimiert und weiterentwickelt werden um ggf. weitere relevante Parameter zu bestimmen. Die Daten werden direkt über eine SOS-Datenschnittstelle auf einen zentralen Web-Server übertragen. Die erhobenen Daten bilden die Grundlage für die prozessorientierte Modellierung der güterelevante Speicher- und Transformationsprozesse im Stausee und stellen gleichzeitig Ground Truth Daten für die Kalibration und Validierung von Fernerkundungsdaten zur Verfügung. Des Weiteren dienen sie dazu die Minimalanforderungen an die modellbegleitenden in-situ Messungen zu definieren.
Das Projekt "Modellierung der Gewässergüte staugeregelter und urbaner Wasserstraßen: Anpassungsoptimierung und Operationalisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Staugeregelte Gewässer spielen eine bedeutende Rolle in der Verkehrsinfrastruktur des Bundes und sind besonders empfindlich gegenüber den Folgen des Klimawandels. Bei Einhaltung gleicher Stauziele reduzieren Veränderungen des Abflusses die Fließgeschwindigkeit und können, besonders bei gleichzeitigen Temperaturerhöhungen, zu unerwünschten Schichtungen der Wassersäule führen. Sauerstoffdefizite, insbesondere während sommerlicher Phasen geringen Abflusses, treten schon heute auf. An Neckar und Saar muss dann Sauerstoff durch Wehrüberfall in die Gewässer eingebracht werden. Häufig sind damit, wie z.B. an der Unterhavel, Gewässergüteprobleme mit massiven Algenblüten verbunden. Wärmelast und Abflusssteuerung bilden weitere wichtige Rahmenbedingungen, von denen zukünftige Gewässerzustände wesentlich abhängen. Es ist damit zu rechnen dass solche sich ändernde Nutzungen in Kombination mit Klimawandelszenarien stärker in den Fokus rücken werden. Mit Gewässergütemodellen können mögliche zukünftige Veränderungen im Gewässer untersucht werden. Die Nutzung solcher prozessbasierter numerischer Modelle ist aber nach wie vor mit einem erheblichen Aufwand verbunden. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach kurzfristigen, operationellen Vorhersagen, z.B. für die Wehrsteuerung an staugeregelten Flüssen, wenn während sommerlicher Niedrigwasserphasen Sauerstoffdefizite auftreten.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Modellierung des Einflusses von Nitrat auf die Phosphorrücklösung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie, Professur für Limnologie (Gewässerökologie) durchgeführt. In NITROLIMIT II sollen fundierte wissenschaftliche Grundlagen zur Beurteilung des Einflusses von Stickstoff auf die Gewässergüte geschaffen, die Kosten und Nutzen von Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffeinträgen analysiert und darauf basierend Empfehlungen für eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung erarbeitet werden. Die TUD trägt im Verbundprojekt zur Aufklärung des Nitrateinflusses auf den Phosphorkreislauf bei. Mit Hilfe prozessbasierter Modelle (TUD) und Messungen (BTU, IGB) wird in Modul 2.5 untersucht, welche Relevanz das Oxidationsmittel Nitrat für Phosphorbindung und Rücklösung im Sediment hat. Als Ergebnis werden gewässerspezifische Entscheidungskriterien zum Einfluss von Nitrat, Sulfat und Eisen auf die P-Rücklösung entwickelt. (1) Ausgehend von vorhandenen Modellen wird ein 1D-Modell der Sediment-Wasser-Kontaktzone entwickelt, dass P-Bindungsformen, Eisen- und Schwefelumsatz berücksichtigt. Für die Parametrisierung dienen vorhandene Daten und neue Untersuchungen mit Mikrokosmen (IGB) und Benthoskammern (BTU). (2) Das Sedimentmodell wird in das Seenmodell aus Nitrolimit I integriert. (3) Zur Bewertung von Schwellenwerten und N-Eintragsszenarien wird eine Szenarioanalyse für den Langen See, den Müggelsee und ggf. weitere Gewässer durchgeführt. Dabei werden externe Einträge und gewässerinterne Retentionsmechanismen berücksichtigt. Die Erkenntnisse dienen zur Ableitung gewässerspezifischer Entscheidungskriterien zum Einfluss der P-Rücklösung in Flachseen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Regulation der Gewässergüte von Fließgewässern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Gewässerkunde durchgeführt. Das trophische Potenzial großer Flüsse und mögliche Nährstofflimitationszustände sollen ermittelt werden, um die Effekte von Nährstoffreduktion quantifizieren zu können und zu testen, inwieweit die Planktonentwicklung in Fließgewässern über die Nährstoffeinträge gesteuert werden kann. 1) Die bisher hauptsächlich für das Elbe-Einzugsgebiet geführt NITROLIMIT-Datenbank Fließgewässer (NDB-F) wird um deutschlandweite Daten zu Plankton führenden Flüsse erweitert. 2) Die NDB-F wird in Bezug auf minimale Nährstoffkonzentrationen (mögliche Limitationszustände) und maximale Phytoplanktonkonzentrationen ('trophisches Potenzial') ausgewertet. Diese Daten werden mit der saisonalen Abflusssituation verknüpft, um den Einfluss. 3) Die Phytoplanktondynamik wird bezüglich Änderungen der Nährstoffeinträge und des trophischen Potenzials simuliert (Modell QSim). 4) Aus Datenanalysen und Simulationsläufen werden Zielwerte bzw. Effektgrenzen abgeleitet. 5) Die am Phytoplanktonwachstum und Nährstoffumsatz beteiligten Prozesse werden durch eine Modellierung der Nährstoffkreislaufs in großen Fließgewässern quantifiziert. Mit der Anwendung von QSim zur Abschätzung des Nährstoffumsatzes an großen Flüssen wird QSim als anerkanntes Werkzeug im Gewässermanagement weiter etabliert und verbessert und steht interessierten Anwendern weiterhin zur Verfügung. Die Ergebnisse zu Nährstoffzielwerten oder Effektgrenzen der Nährstoffkonzentrationen sind eine essenzielle Grundlage für den Erfolg von Nährstoffreduktionsmaßnahmen im Hinblick auf die Phytoplanktonbelastung der Fließgewässer und Ästuare. Sie werden daher der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) zur Verfügung gestellt und im Rahmen der LAWA mit den Vertretern der Bundesländer diskutiert.
Das Projekt "Effects of climate warming and increased meteorological variability on large monomictic lakes - a simulation approach using ecological lake models" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Seenforschung durchgeführt. The projected consequences of global climatic change are expected to negatively affect water resources availability for humankind in terms of both, quantity and quality of water. This proposed project aims at providing information about the response of dominant determinants of water quality, e.g. phytoplankton or nutrient dynamics, and basic ecosystem processes in lakes to climatic conditions as projected by climatologists. In a first phase, we extend an existing coupled hydrodynamic-ecological water quality model of Lake Constance (DYRESM-CAEDYM) for achieving a generalized model specification (long-term simulations of the reoligotrophication of Lake Constance). In a second step we study the response of the model to expected changes in climatic conditions. In advance to previous approaches we will not only investigate the effects of rising temperature (warming effect) but also the consequences of increasing variability in meteorological conditions (variability effect) on the ecosystem scale. Thirdly, we perform - for the first time - model ensemble simulations with four European water quality models for providing a quantitative estimate of model uncertainties. Finally, since we hypothesize that the variability effect has strongly negative consequences for the deep water renewal in large lakes, we conduct field studies about the deep water renewal in Lake Constance and the role of lateral processes involved therein.
Das Projekt "Teilvorhaben 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann durchgeführt. TP 21: Instrumentarien für die nachhaltige regionale wasserwirtschaftliche Planung und Entwicklung - Beispiel Lausitz; Vorhabenziel: Ziel des Teilvorhabens ist die Weiterentwicklung eines modularen Gewässergütemodells aus vorhandenen Bausteinen und konzeptionellen Anätzen, das es gestattet, auf der Datengrundlage von Langfristbewirtschaftungsmodellen zur Wassermenge Prognosen zur langfristigen Entwicklung der Wasserbeschaffenheit in den Fließgewässern unter Berücksichtigung von Effekten des Klimawandels zu erstellen und Szenarien zur Gewässergütebewirtschaftung zu berechnen. Das Modell soll kompatibel zu vorhandenen Steuer- und Prognoseszenarien für die Wassermengenbewirtschaftung (WBalMo) sein. Das Modell soll in seiner Handhabung einfach, inhaltlich bedarfsgerecht erweiterbar und auf andere Flusseinzugsgebiete übertragbar sein. Arbeitsplanung: Es wird weitgehend auf vorhandene und bewährte Programmbausteine, Routinen und Methoden zurückgegriffen. Die Modellrechnungen für den aktuellen Zustand der Gewässergüte sollen durch Stichtagsmessungen unterlegt werden.
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