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Bodenversiegelung und Bodenbedeckung Hamburg

Versiegelungskarte und Bodenbedeckung: Mit der Beschreibung des Ausmaßes der Bodenversiegelung kann sowohl ein quantitativer Überblick über die Ausdehnung städtischer Siedlungsräume gegeben als auch qualitative Einflüsse z.B. auf das Stadtklima und die Grundwasserneubildung abgebildet werden. Bodenversiegelung hat viele negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Versiegelte Flächen sind nicht in der Lage, Starkregenereignisse durch Versickerung abzumildern, sie tragen stark zur Entstehung von Hitzeinseln im städtischen Bereich bei und beeinträchtigen durch die gestörten Austauschvorgänge zwischen Erdreich und Atmosphäre die natürlichen Bodenfunktionen.   Seit 1984 wird die Entwicklung der Bodenversiegelung in Hamburg verfolgt. Bisher wurde dafür die Biotopkartierung genutzt. Anhand der dort für ganz Hamburg erfassten Biotoptypen konnte der Versiegelungsgrad geschätzt werden und wurde im 5-Jahresrythmus fortgeschrieben (letzter Bearbeitungsstand 2021). Mit Beginn des Jahres 2020 wird für Hamburg die Bodenbedeckung anhand eines trainierten KI-Modells vorhergesagt. Die erfassten Bodenbedeckungsklassen sind "niedrige Vegetation", "hohe Vegetation", "Gewässer" und "offener Boden" als unversiegelte Flächen, sowie "versiegelte Oberflächen" und "Gebäude" als versiegelte Flächen. Für die Versiegelungskarte wurden Raster mit einer Auflösung von 10, 25 und 50 m über Hamburg gelegt und für jede Rasterzelle der Anteil der versiegelten Flächen in Prozent bestimmt. Um eine bessere Übersicht zu gewährleisten wurde die Darstellung auf 10 Klassen beschränkt. Flächen mit Versiegelungsanteilen von 0 bis 10 % sind in die Versiegelungsklasse "1" und entsprechend fortlaufend bis Klasse "10" eingeteilt. Gewässer sind gesondert dargestellt und als Versiegelungsklasse "0" mit dem Versiegelungsgrad "Gewässer" eingeordnet. Unter "versiegelt" ist in den Daten zusätzlich der prozentuale Anteil der Versiegelung für jede Fläche angegeben. Dieser Datensatz aus Versiegelungskarte in drei verschiedenen Auflösungen und der Bodenbedeckungskarte steht derzeit für das Jahr 2020 zur Verfügung und soll stetig aktualisiert werden, wenn die erforderlichen Eingangsdaten vorliegen.

TrilaWatt: Hydrodynamik (2015-2022)

<strong>Definitionen:</strong> Hydrodynamik beschreibt die Bewegung von Fluiden und die dabei wirkenden Kräfte. <strong>Datenerzeugung:</strong> Die veröffentlichten Daten basieren auf validierten, hydronumerischen Modellsimulationen und werden von unstrukturierten Modellergebnissen auf regelmäßige Raster inter- und extrapoliert. <strong>Produkte:</strong> Für jedes Jahr stehen für die Deutsche Bucht, das niederländische und dänische Wattenmeer 4 netCDF-Dateien im Download-Bereich zur Verfügung. Die Dateien haben folgenden Inhalt: - Tidedynamik (tides): Wasserstand und tiefengemittelte Strömungsgeschwindigkeit - Transport (transport): Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoffgehalt (alle tiefengemittelt, an der Gewässersohle und an der Wasseroberfläche) - Seegang (waves): signifikante Wellenhöhe, mittlere Wellenperiode, Peak Wellenperiode, Wellenperiode 1. und 2. Moment, mittlere Wellenrichtung und die Richtungsaufweitung - Bodenschubspannung (shear_stress) <strong>Literatur:</strong> Lepper, R., Reinert, M., Gundlach, J., Weber, J., Kösters, F. (2025): A hydrographic dataset of the Wadden Sea as a foundation for a digital twin of the coastal ocean. https://doi.org/10.1038/s41597-025-06211-1 <strong>English:</strong> The map service TrilaWatt: Hydrodynamic (WMS) contains tidal dynamics, sea water salinity, sea water temperature, suspended sediment concentration, bed shear stress and waves on a 500m regular grid in 20-minute intervals. <strong>Download:</strong> A download is located under references (in German: "Verweise und Downloads").

Digitales Geländemodell - DGM

Das Digitale Geländemodell (DGM) ist die höhenmäßige Beschreibung des Geländes. Das Gelände ist hier die Grenzfläche zwischen der Erdoberfläche und der Luft bzw. der Wasseroberfläche und der Luft. Das Digitale Geländemodell besteht aus regelmäßig verteilten Geländepunkten, deren Position in einem Lagebezugssystem und deren Höhe in einem Höhenbezugssystem bekannt und in einer Datenbank gespeichert sind. Der Abstand der Geländepunkte, die sogenannte Gitter- oder Maschenweite, beträgt beim DGM 1, 2, 5, 10, 25 oder 50 Meter. Die Quelldaten des DGM bestehen aus Laserscandaten (LIDAR-Daten) und Ergebnissen von photogrammetrischen Auswertungen auf Basis der aktuellen Luftbilder. Das DGM ist in den Formaten ASCII-Text mit Ostwert, Nordwert und Höhe (x,y,z) je Punkt, als ArcInfo-GRID ASCII Datei, als interpolierte Höhenlinien im SHAPE Format, als LAZ Format, als TERRAINTIFF und als Schummerungsbild im TIF-Format (32Bit) erhältlich. Die Daten werden über automatisierte Verfahren oder durch Selbstentnahme kostenfrei bereitgestellt. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten. Wichtige Änderung: Seit Februar 2023 wird das DGM mit einer geänderten Rasterelementposition aus dem Grunddatenbestand abgeleitet und abgegeben. In der Vergangenheit lagen die einzelnen Vektorpunkte des Modells auf der linken unteren Ecke der Rasterelemente. Nun liegt die Rasterelementposition in der Mitte des Pixels. Die historischen DGMe werden nicht mehr aktualisiert.

Gewässer mGROWA

Rasterzellen denen freie Wasseroberflächen im mGROWA Modell zugeordnet wurden. Für die als freie Wasseroberflächen ausgewiesenen Rasterzellen wird in mGROWA keine Modellierung der Grundwasserneubildung durchgeführt.

Scheitelbereichsindex BB

Der Datensatz beinhaltet Daten des LBGR über den Scheiteilbereichsindex Brandenburgs und wird über je einen Darstellungs- und Downloaddienst bereitgestellt. Der Scheiteilbereichsindex wird zur Ermittlung der Scheitelbereiche genutzt. Hohe Werte weisen dabei auf Verflachungen in relativer Höhenlage und niedrige Werte auf Talböden oder Gewässeroberflächen mit geringer Hangneigung hin. Mittlere Werte deuten auf verflachte Bereiche in Hang- oder Zwischenpositionen.

Pegelstand Flüte am Sandweg

Mittels eines Sensors wird der Pegelstand der Flüte am Sandweg in Göttingen in cm gemessen. Dazu wird der Abstand zwischen Sensor und dem Wasseroberfläche erfasst. Die Zeitliche Auflösung beträgt 10 Minuten. Die Aktualisierung des Datensatzes erfolgt monatlich. Die Daten werden im csv-Format bereitgestellt und enthalten folgende Informationen: Datum (dd-MM-yyyy, HH:mm:ss) und Pegelstand in cm.

Pegelstand Weende

Mittels eines Sensors wird der Pegelstand der Weende im Göttinger Ortsteil Weende erfasst. Dazu wird der Abstand zwischen Sensor und Wasseroberfläche in cm erfasst, ausgegeben wird allerdings der eigentliche Pegelstand. Die Zeitliche Auflösung beträgt 15 Minuten. Die Aktualisierung des Datensatzes erfolgt monatlich. Die Daten werden im csv-Format bereitgestellt und enthalten folgende Informationen: Datum (dd-MM-yyyy, HH:mm:ss) und Pegelstand in cm.

TrilaWatt Use-Case: Tide-Laufzeitverschiebung zur Optimierung von Befliegungen

Die Vermessung von Topographie mittels Laserscanbefliegung (ALS) ist eine etablierte und effiziente Methode zur großflächigen Erfassung von Höhendaten mit hoher Genauigkeit. Im deutschen Wattenmeer wird ALS häufig zur Vermessung der topographischen Höhen im Wattenmeer eingesetzt, z. B. bei jährlichen Messkampagnen im Bereich der Außenelbe. Die Vermessung unterhalb der Wasseroberfläche ist für Laserscanmessinstrumente jedoch herausfordernd aufgrund von Trübung im Wasser. Daher erbringen beflogene Höhenvermessungen insbesondere auf vorübergehend trockenen Gebieten wie beispielsweise Watt oder Salzmarschen die besten Ergebnisse. Um die räumliche Abdeckung einer Befliegung zu maximieren, wurden in diesem Use-Case die räumlich variablen Eintrittszeiten des Tideniedrigwassers aus numerischen Modelldaten abgeleitet, um so die Planung einer Befliegungsroute auf minimale Wasserstände zu optimieren. Download: A download is located below (in German: "Verweise und Downloads"). Literatur: Lepper, Robert (2024): Tide-Laufzeitverschiebung zur Optimierung von Befliegungen. https://doi.org/10.18451/trilaw_2024_01.

Digitales Geländemodell - DGM (2002-2015)

Das Digitale Geländemodell (DGM) ist die höhenmäßige Beschreibung des Geländes. Das Gelände ist hier die Grenzfläche zwischen der Erdoberfläche und der Luft bzw. der Wasseroberfläche und der Luft. Das Digitale Geländemodell besteht aus regelmäßig verteilten Geländepunkten, deren Position in einem Lagebezugssystem und deren Höhe in einem Höhenbezugssystem bekannt und in einer Datenbank gespeichert sind. Der Abstand der Geländepunkte, die sogenannte Gitter- oder Maschenweite, beträgt beim DGM 1, 2, 5, 10, 25 oder 50 Meter. Die Quelldaten des DGM bestehen aus Laserscandaten (LIDAR-Daten) und Ergebnissen von photogrammetrischen Auswertungen auf Basis der aktuellen Luftbilder. Das DGM ist in den Formaten ASCII-Text mit Ostwert, Nordwert und Höhe (x,y,z) je Punkt, als ArcInfo-GRID ASCII Datei, als interpolierte Höhenlinien im SHAPE Format, als LAZ Format, als TERRAINTIFF und als Schummerungsbild im TIF-Format (32Bit) erhältlich. Die Daten werden über automatisierte Verfahren oder durch Selbstentnahme kostenfrei bereitgestellt. Bei Nutzung der Daten sind die Lizenzbedingungen zu beachten. Wichtiger Hinweis: Seit Februar 2023 wird das DGM mit einer geänderten Rasterelementposition aus dem Grunddatenbestand abgeleitet und abgegeben. Dort liegt die Rasterelementposition in der Mitte des Pixels. Hier, in diesem historischen Datenbestand liegen die einzelnen Vektorpunkte des Modells auf der linken unteren Ecke der Rasterzelle.

Untersuchung des Wirkbereiches von Schiffswellen im Flachwasser

Berechnung und Messung von Schiffswellen in seitlich begrenztem Fahrwasser Wie weit reichen die schiffserzeugten Wellen und Strömungen des Primärwellensystems eines Schiffes? Neben der Beantwortung dieser Frage soll zusätzlich der validierte Bereich vom Nahfeld des Schiffs in Richtung Ufer vergrößert werden. Dazu werden bestehende Messverfahren zur Vermessung der Wasseroberfläche eingesetzt. Aufgabenstellung und Ziel An den Seehafenzufahrten liegen seitlich der Fahrrinne häufig sehr weitläufige und flache Gewässerbereiche oder angrenzende Strukturen wie Hafenbecken und Seitenarme. In diesen Bereichen beruht die Prognose von Ausbreitung und Wirkbereich schiffserzeugter Primärwellen derzeit auf vereinfachten Annahmen und theoretischen Überlegungen oder muss sehr aufwändig im gegenständlichen Modell mit einem hohen Personal- und Sachmitteleinsatz untersucht werden. Die Relevanz dieser Gewässerbereiche nimmt aufgrund ökologischer Aspekte oder verstärkter Betroffenheiten zu, sodass die Prognosesicherheit der schiffserzeugten Belastungen hier verbessert werden muss. Das bereits zur Berechnung von Schiffsdynamik und schiffserzeugten Belastungen eingesetzte CFD-Verfahren (numerische Strömungssimulation) wird für die projektpraktische Anwendung im Böschungs- und Uferbereich eingerichtet und anhand von Messdaten aus dem Labor und aus der Natur validiert. Anhand von systematischen CFD-Untersuchungen wird ermittelt: (i) unter welchen Bedingungen weit von der Fahrrinne entfernt liegende Böschungs- und Uferbereiche durch schiffsinduzierte Wellen und Strömungen belastet werden, (ii) unter welchen Bedingungen eine Belastung von Böschungen und Ufern entsteht, die sich nicht durch eine lineare Übertragung der Belastungen am Böschungsfuß der Fahrrinne herleiten lässt und (iii) wie sich die Primärwelle in angeschlossenen Gewässerbereichen, bspw. Hafenbecken und Seitenarmen, ausbreitet und quantitativ auswirkt. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Um Fragestellungen in der Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße effizient bearbeiten zu können, wurde die Methode der numerischen Strömungssimulation eingeführt. Die Verfügbarkeit eines numerischen Strömungsmodells zur Vorhersage fahrdynamischer Größen und Strömungsbedingungen im Flachwasser ist bei vielen Aufgaben der WSV erforderlich. Zusätzlich zu dem Fokus auf die Schiffsdynamik ist eine Aussage zu der schiffserzeugten Belastung notwendig. In diesem FuE-Projekt soll die Prognosefähigkeit des CFD-Verfahrens insbesondere in Ufer- und Seitenbereichen deutlich erhöht werden. Neben der Verfügbarkeit einer prognosefähigeren Methode werden außerdem anhand der Untersuchungen allgemeingültige Zusammenhänge ermittelt. Damit ist zukünftig für einfache Sachverhalte eine Ableitung der Ausbreitung und Wirkung von Schiffsprimärwellen in Seeschifffahrtsstraßen ohne aufwändige CFD-Simulation möglich. Untersuchungsmethoden Um die oben aufgeführten Ziele zu erreichen, wird das kommerziell verfügbare, bereits seit vielen Jahren in der BAW eingesetzte und für die unterschiedlichen Fragestellungen validierte CFD-Softwarepaket STARCCM+® genutzt (Bechthold und Kastens 2020, Kochanowski und Kastens 2022, Delefortrie et al. 2023). Im Bereich Naturmessungen soll durch Einsatz neuer Vermessungsmethoden, die in der BAW bereits vorhanden sind, eine Verbesserung von Wellen- und Strömungsdaten angestrebt werden, um flächenhafte Daten zum Schiffswellensystem zu erheben. Mit diesen neuen flächenhaften Daten und bereits vorhandenen punktuellen Daten aus dem physikalischen Modellversuch soll das CFD-Verfahren jenseits des Nahbereichs um das Schiff weiter validiert werden. Das validierte Verfahren wird dann für systematische Untersuchungen flacher, weitläufiger Bereiche und angeschlossener Gewässerteile genutzt.

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