Das Projekt "2D-Modellierung der Elbe von Elbe-km 338,5 - 472 für MHQ - HQ50" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Magdeburg-Stendal, Institut für Wasserwirtschaft und Ökotechnologie durchgeführt. Simulationen für MHQ, HQ2, HQ5, HQ10, HQ50 mittels des 2Dhydrodynamisch-numerischen Modells der Elbe für den Abschnitt Elbe-km 338,5 (Bundesautobahnbrücke BAB 2 bei Magdeburg) bis Elbe-km 472 (Landesgrenze Brandenburg/Niedersachsen)
Das Projekt "Sub project: On the geochemistry of volcanic gases and fluids from the Unzen volcano - ICDP-Unzen-Conduit-Drilling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Within the framework of the ICDP Unzen Drilling Project we plan to analyse, on a continuous basis, the gas phase dissolved in the drill mud. The Unzen-Conduit-Drilling which starts on a flank, encloses both the hydrothermal and magmatic fluid systems of the volcano in a continuous profile. Real-time gas analysis will provide essential data on the amount and penetration depth of meteoric water as well as on convection processes of deep ground water and the dynamics and intensity of the mixture with volcanic (magmatic) gases. The internal connections and geometry of the fumaroles can thus be quantified directly along the drilled depth profile. With the planned gas monitoring experiment and subsequent laboratory isotope studies we aim to explain in how far a correlation exists between the composition and amount of degassed magmatic fluids and the seismicity in the volcano as well as its eruptive behaviour.
Das Projekt "Work Package II - Assessing water yield and water quality in complex terrain at small and regional catchment scale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Geowissenschaften, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Hydrologie durchgeführt. Understanding complex spatial and temporal biogeochemical interactions throughout a watershed and further characterizing the process-based integrated influence of these interactions on the surface water outlet loading remains elusive. This is particularly important in ungauged catchments with limited field data. The objective of this project is to examine the complex interactions through a series of field experiments, laboratory analyses, and numerical simulations. - Over 19 doctoral projects related to hydrology, biogeochemistry, meteorology, plant physiology, and socio-economic behavior are being integrated to evaluate the importance and sensitivity of each component within the watershed dynamics. - A variety of conceptual, topographic, and process-based models have been used to estimate the process-based hydrologic response to meteorological drivers. - HBV is a semi-distributed, conceptual model that was utilized in the upland forest portion of the project watershed to simulate observed surface water discharge. Soil moisture and storage response functions were the most sensitive and influential parameters in this forested headwater location. The results from this study are important to future investigations throughout the Haean since limited field data requires interpolating sparse data throughout the watershed and quantifying the processes that are most influential. The topography-based model TOPMODEL will be used in order to simulate hydrologic water fluxes through the same forest catchment. TOPMODEL is a physically based, distributed watershed model used to predict saturation excess and the - potential for saturation overland flow and subsurface stormflow. The finite element numerical code HydroGeoSphere will also be used to examine local groundwater and surface water interactions and implications on heat and solute transport. The semi-distributed SWAT model is being used in conjunction with the previously described models to predict the impact of land management practices on water, sediment, and nutrient yield. By analyzing temporal and spatial soil, land use, and management scenarios throughout the watershed long-term impacts on water quantity, water quality, and sediment transport can be quantified. The conceptual and topographic models are being used to predict the hydrologic response in the upper forested reach during periods without discharge records. These results can be coupled to historical biochemical data to estimate nutrient loading from this important source location. These and other simulations will be used to examine parameter sensitivities and impacts to better understand scaling behavior. Algorithms to examine the precipitation distribution throughout the unique punchbowl shaped basin are being developed that advance past simple interpolation or kriging. Extensive field-based meteorological data stations are being used to better quantify evapotranspiration and compare these values to other uniquely estimated values. usw.
Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Automation und Kommunikation e.V. durchgeführt. Im Vorhaben wurde basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojektes ADESBA eine Steuerungsbox für die Kanalnetzsteuerung entwickelt, mit der sich neben der Reduktion von Abschlägen (Mengen und Frachten) auch eine Frachtvergleichmäßigung des Kläranlagenzulaufes erreichen lässt. Durch diese weitergehende Funktion kann der Energieeinsatz beim gepumpten Transport von Abwasser als auch bei der Behandlung in der Kläranlage durch optimale Anpassung der Staffelung von Aggregaten minimiert werden. Des Weiteren wurde auch eine Priorisierung von Abschlägen ermöglicht. Im Projekt wurden eine allgemeine frachtbasierte Abflusssteuerung, ein allgemeiner Regler für Misch- und Ausgleichbecken, ein optimaler Staffelregler (Pumpwerke) und ein Projektierungs-Tool, ein Konfigurator sowie ein Engineering-Tool entwickelt.
Das Projekt "B 1.2: Efficient water use in limestone areas - Phase 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Bodenkunde und Standortslehre durchgeführt. The elevated areas of Northern Thailand highlands are inhabited by ethnic minorities. On the other hand, the Thai majority prefers the valley bottoms. Population growth of all groups, reforestation and commercialisation of agriculture lead to an increasing pressure on land and water resources. Therefore, intensified land and water use systems are desired which are resource conserving at the same time. Here, special problem areas are the karstic limestone catchments due to the limited of surface waters.Own pre-investigations together with subproject A1 have shown, that land use systems there are subsistence oriented and local farmers do not use irrigation. But they would like to develop such technology, especially in order to increase staple crop production (highland rice, maize). But lack of irrigation possibilities is also responsible for the lack of diversification of land use systems with respect to orchards. One possibility to increase staple crop yields is to prolong the vegetation period by use of water harvesting technologies. Aim of this project is to develop such low cost water harvesting technologies (together with subproject B3.1) based on a participatory approach and to model the effect of these on the water balance at the catchments scale. This will be done on the basis of the previous variability studies and should lead to model tools, which allow to evaluate ex ante SFB innovation effects on the water balance. The project area is the Bor Krai catchments. Here, weirs will be installed to quantify surface water availability. An investigation plot will be situated near the village of Bor Krai which serves for water balance measurements (TDR/densitometry) and at the same time as demonstration plot for the local community. Here water harvesting by means of filling the soils field capacity at the end of the rainy season by gravity irrigation in order to prolong the vegetation period will be researched. Through cropping of participatory evaluated varieties the crop yield should be increased. The water consumption of traditionally managed and dominant crops (including orchards) will be measured at three further sites in the catchment (TDR, tensiometer). The water balance of the soil cover in the karst catchment will be based on the coupling of a SOTER map with a water transport model. The data base will be completed by soil type mapping, spatially randomised collection of soil physical properties (texture, bulk density, infiltration, water retention curve) and determination of the ku-function at two representative sites. As project results the available water amount for irrigation purposes will be quantified. The effective use of this water reserve will lead to increased productivity of the dominant crops and limitations to orchard productivity will be reduced. (abridged text)
Das Projekt "Modeling of two-phase flow processes in strongly heterogeneous porous media using multi-rate mass transfer approaches" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Umweltphysik im Bauwesen durchgeführt. Modelling of displacement of one fluid by another immiscible one and mass transfer between the phases is important for many geotechnical applications. An example is the injection of supercritical carbon dioxide into brine. To include the influence of heterogeneous structure that is not resolved by the numerical grid into modelling concepts is a challenge, in particular if parameter contrasts are high. In this proposal we want to derive up scaled model concepts for two-phase flow on large length scales, where we focus on the transition zone between displacing and displaced fluid (the mixing zone) during a displacement problem. The mixing zone is the critical zone, for example, for mass transfer of a dissolved component between the two phases. Based on the models that quantify the mixing zone we want in a second step to analyze the relation between mixing zone volume and interfacial area between the fluids. To derive such model concepts we want to apply multi-rate mass transfer modelling approaches that have been developed to describe solute transport in flow fields with mobile and stagnant flow zones in complexly structured and highly heterogeneous porous media. These approaches have been very successful for linear problems. We want to extend them to the non-linear problem two-phase flow problem. Project results: Immiscible two phase ï ‚ow processes in highly heterogeneous porous media, such as fractured rock, are important in many geotechnical applications, such as CO2 sequestration or oil recovery. In fractured rock classical modelling approaches are computationally intensive due to the strong contrast in the model parameters. In this project we derived upscaled two phase ï ‚ow models on the macroscale, where the detailed fracture network is no longer described. In fractured rock the fractures are related to fast ï ‚ow processes. Slow exchange of ï ‚uid takes place between the fractures and the rock matrix. For the upscaled model the fractured rock is divided into two zones. The fractures with the fast ï ‚ow processes are the mobile zone and the rock matrix with the slow ï ‚ow processes are the immobile zone. The upscaled ï ‚ow model describes ï ‚ow processes in the mobile zone only. The exchange processes between mobile and immobile zone are modelled with an additional sink-source term. This term is expanded in a way that the model becomes a multi-rate mass-transfer model for two-phase ï ‚ow. With this modelling approach we derived two upscaled models on the macroscale. The ï rst model is for oil recovery from fractured rock. This is an imbibition process, where oil as the nonwetting phase is displaced by water as the wetting phase. The ï ‚ow in the fracture network is dominated by ï ‚ow enforced by boundary conditions and the ï ‚ow in the rock matrix is dominated by capillary counter-current ï ‚ow. The second model is for CO2 storage in deep fractured rock. (abridged text)
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Leichtweiß-Institut für Wasserbau durchgeführt. Ein Decision Support System (DSS) zur Minimierung der Eutrophierung im Chaosee soll helfen effiziente und nachhaltige Maßnahmen zur Sanierung des Sees und der Gewässer zu beurteilen und langfristig umzusetzen. Mittelfristig soll das Rohwasser für die Trinkwasserversorgung aus dem See durch Anwendung des Prinzips der 'Grünen Leber' in Makrophytenbecken oder Biofiltern so verbessert werden, dass Microcystine auf ein schädliches Maß abgebaut werden. Das interdisziplinäre Problem umfasst die Aufstellung, Kalibrierung und Verifizierung komplexer Modelle für Wassermenge und -güte von Flussgebiet und See, ihre Verknüpfung und Einstellung ins DSS zusammen mit einem Bewertungsmodell und einer Datenbank. Bewertung und Ranking von Szenarien zur Seesanierung erfolgt mit dem DSS. Die Datenerhebung wird in China durchgeführt, die Modellierung bis zur Funktionsfähigkeit des DSS in Deutschland. Auswahl und Bewertung von Szenarien werden gemeinsam durch Vernetzung vorgenommen. Das Messprogramm zur besseren Prozessanalyse und Versuche zum Abbau der Microcystine in durchströmten Becken mit Makrophyten und Biofiltern führt der chinesische Partner unter Begleitung des deutschen durch.
Das Projekt "Teil 2: Hausanschluesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hettler und Partner Ingenieurbüro durchgeführt. In den alten Bundeslaendern fallen pro Tag ca 12 Millionen m3 Abwasser aus den Haushalten, ca 26 Millionen m3 Abwasser aus Industrie und Gewerbe sowie ca 50 Millionen m3 Kuehlwasser aus Kraftwerken an. Zur ordnungsgemaessen Beseitigung muessen diese erheblichen Wassermengen in fachgerecht hergestellten Kanalisationen gesammelt und weitergeleitet werden, um dann in entsprechend ausgebauten Klaeranlagen gereinigt zu werden. Da die Grundstuecksentwaesserungsanlagen eine Kanallaenge von ca 600000 km im Vergleich zu den ca 24000 km des oeffentlichen Kanalnetzes umfassen, geht schon daraus hervor, dass das davon ausgehende Gefaehrdungspotential fuer das Grundwasser und den Boden entsprechend hoeher anzusetzen ist. Werden die Bedingungen beim Bau und Betrieb ebenfalls zu einem solchen Vergleich herangezogen, so laesst sich schnell feststellen, dass der Instandhaltung von Grundstuecksentwaesserungsanlagen ein weitaus hoeherer Stellenwert zugemessen werden muss als das derzeit der Fall ist. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Anschlussnehmern eine Leitlinie fuer die Massnahmen zur Instandhaltung von Grundstuecksentwaesserungsanlagen zur Hand zu geben, um auf dieser Basis das von Kanalisationen ausgehende Gefaehrdungspotential fuer die Umwelt aufzuheben oder zumindest zu minimieren. Undichte Kanaele stellen ein staendig moegliches Gefaehrdungspotential fuer die Schutzgueter Boden und Grundwasser dar. Die Beseitigung einmal entstandener Schaeden ist nur unter erheblichem technischem und finanziellem Aufwand moeglich. Dadurch kommt der Feststellung des vorhandenen Schadensausmasses unter Beruecksichtigung der wasserwirtschaftlichen, aber auch der wirtschaftlichen Belange eine grundlegende Bedeutung zu. Die Forschungsergebnisse bilden die Grundlage fuer die zu entwickelnde Strategie zur Beseitigung der Schaeden. Die konkreten Massnahmen der Schadensbeseitigung (Erneuerung, Instandhaltung, Sanierung) muessen im Einzelfall unter Beruecksichtigung der jeweiligen Randparameter festgelegt werden. Wichtig ist dabei gerade fuer Hausanschluesse die genaue Erkennung des Schadens als Grundlage der zu ergreifenden Sanierungsstrategie. Der vorliegende Leitfaden fuer die Sanierung von Grundstuecksentwaesserungsanlagen zeigt als Einfuehrung die Rechtsgrundlagen auf. Dabei wird auch auf Haftungsfragen (sowohl der Kommunen als auch der Anschlussnehmer) eingegangen. Im Kapitel Grundstuecksentwaesserungsanlagen werden die Anforderungen an die Anlage dargestellt, das moegliche Entwaesserungssystem und die technischen Ausfuehrungsbestimmungen werden vorgestellt. Grundsaetze zur Entwaesserung tiefliegender Raeume und der Schutz gegen Rueckstau bilden den Uebergang zur Grundstuecksentwaesserung im gewerblichen/industriellen Bereich. Hier wird auch das Thema ...
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik durchgeführt. Für den Betrieb der Kläranlage wird in erheblichem Maße Energie verbraucht. Mit einem Energieverbrauch von etwa 30-60 kWh/(EWoa) gehören Kläranlagen zu den Großverbrauchern an elektrischer Energie. Durch Mitbehandlung von industriellem Abwasser ergibt sich eine unmittelbare Verknüpfung zu Produktionsprozessen und damit eigentlich die Notwendigkeit, diese im Rahmen einer nachhaltigen Gesamtplanung der Abwasserentsorgung mit einzubeziehen. Viele Studien weisen darauf hin, dass grundsätzlich eine Vergleichmäßigung der Schmutzwasserfracht über den Tag zu einer Erhöhung der Zeiträume führt, in denen die technischen Aggregate im optimalen Betriebsbereich betrieben werden. Hierdurch könnte eine Minimierung des Energiebedarfs für Belüftung und Pumpenbetrieb bei gleichzeitiger Sicherstellung der Prozessstabilität erreicht werden. Im Bereich der Wasserableitung zeigt sich eine zunehmende Verschärfung der Nutzungskonkurrenz aufgrund der prognostizierten Klimaänderung und der damit einhergehenden Veränderung der Niederschlagscharakteristika. Hieraus ergibt sich ein erhöhter Bedarf an einer flexiblen Ausnutzung von Speicherräumen im Kanalnetz. Hier eine intelligenten Steuerung und Regelung notwendig, um bedarfsgerecht reagieren zu können. Für diese beiden Anforderungen wird eine geeignete Methodik entwickelt, die eine frachtbasierte Kanalnetzsteuerung ermöglicht und somit einen energie- und ressourceneffizienten Lösungsansatz darstellt. Hier setzt das Forschungsprojekt ADESBA+ an. Aufbauend auf einer im Rahmen eines ZIM-Projektes entwickelten vorkonfektionierten Steuerungsbox zur Abflusssteuerung in beliebigen Kanalnetzen sollen die Erkenntnisse aus den Studien der integrierten Betrachtung in dieses bestehende Steuerungskonzept eingebettet und somit in ein anwendbares Werkzeug überführt werden. Als Ausgangspunkt für eine solche Erfassung und Steuerung soll ein bereits von den Projektpartnern aufgebaute System ADESBA zur Generalisierung von Kanalnetzsteuerungen aufgeweitet werden. Oberstes Regelziel des vereinfachten Algorithmus ist die 'schnelle' Ableitung zur Kläran lage bei gleichzeitiger Minimierung der Abschläge. Im Hinblick auf die Zielstellung eines maximal ausgeglichenen Zulaufs (Fracht- und Wassermengenbezogen) ergibt sich hieraus ggf. ein Zielkonflikt der einzustellenden Regelung. Hier setzt das Projekt an. Im Rahmen des Projektes erfolgt eine Erweiterung der vorhandenen Kanalnetzsteuerung ADESBA in drei Punkten: - Implementierung der Abwasserkonzentrationen sowie der zugehörigen Fließgeschwindigkeiten. Hierdurch können Aussagen über die transportierten Frachten getroffen werden. - Pumpwerke werden mit in die Betrachtung einbezogen, um einen effizienten Betrieb im optimalen Bereich der Pumpenkennlinie sicherzustellen. - Speichervolumen können optional durch einen allgemeinen Vergleichmäßigungsregler als Misch- und Ausgleichbecken eingesetzt werden. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ABG FRANKFURT HOLDING durchgeführt. Die Betreiber von kommunalen Infrastruktursystemen der Wasserver- und Abwasserentsorgung stehen infolge des Klimawandels, steigender Energiekosten und demographischen Wandels vor großen Herausforderungen. Zeitgleich gibt es eine Reihe neuartiger Systemlösungen, die aufgrund sozialer und institutioneller Barrieren sowie schwieriger Entscheidungsfindungsprozesse noch nicht flächendeckend umgesetzt werden. Ziel von netWORKS 3 ist es, Kommunen und Wasserwirtschaft bei der Umsetzung neuartiger Systemlösungen zu unterstützen. Diese zielen vor allem auf die Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz und auf eine nachhaltige Wassernutzung und Abwasserbehandlung. Dazu gehören beispielsweise die Wärmerückgewinnung aus Abwasser, die Aufbereitung von Grauwasser und Regenwasser für die Toilettenspülung oder der Weiterbetrieb sehr alter Kanalnetze unter veränderter Nutzung. In ausgewählten Wohngebieten in Frankfurt am Main und Hamburg werden die verschiedenen neuen Systemlösungen simuliert, bewertet und in einem Frankfurter Gebiet auch umgesetzt. Die in den Modellregionen und den einzelnen Arbeitspaketen gewonnenen Ergebnisse fließen in eine integrierte Bewertung ein, aus der heraus dann Aussagen zur Übertragbarkeit auf andere Kommunen und deren Wasserwirtschaft getroffen werden. In diesem Rahmen ist die ABGnova für die Arbeitspakete AP1: Gebietsauswahl, Entwicklung von Systemvarianten und Stoffstromanalyse zur Systemflexibilisierung und für das Arbeitspaket AP5: Vorbereitung der Umsetzung in den Modellgebieten mit verantwortlich. In Arbeitspaket AP1 geht es darum Bewertungskriterien zur Auswahl der Modellgebiete in Hamburg und Frankfurt am Main zu erarbeiten. Weiterhin sollen verschiedene Systemvarianten für diese Modellgebiete entwickelt werden. In Frankfurt sollen verschiedene Gebiete hinsichtlich intelligenter, wasserwirtschaftlicher Systemlösungen näher betrachtet werden und auf mögliche technische Systemalternativen im Bereich der Wasserinfrastruktur hin überprüft werden. In Arbeitspaket AP5 wird ein Modellgebiet in die Praxis umgesetzt. Es handelt sich hierbei um das Projekt Salvador-Allende-Straße im Frankfurter Stadtteil Bockenheim. Das Projekt wird als Passivhausneubau mit ca. 70 Wohnungen und einer Kindertagesstätte geplant. Der Bauantrag durch die ABG FRANKFURT HOLDING wurde bereits eingereicht. Hier wird die Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser umgesetzt und als Maßnahme der energetischen Optimierung des Wohnblocks erprobt. Zusätzlich wird in der Hälfte des Gebäudes die Verwendung des aufbereiteten Grauwassers für die Toilettenspülung umgesetzt. Im gesamten Gebäude werden Messpunkte und Sonden installiert, um Wassermengen, -Energieerträge und Wärmegrade feststellen zu können. Diese Erkenntnisse sind wichtig für sämtliche weiteren Projekte. Im Zuge des Projektes wird es auch darum gehen, die Akzeptanz solcher alternativen Verwendungen durch die Nutzerinnen und Nutzer zu ermitteln.
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