TY - THES A1 - Kaltofen, Michael T1 - Mehrdimensionale Simulation des Durchflussprozesses in Tagesmittelwerten unter Beachtung seiner Eigenschaften auf höheren Zeitschrittebenen und bei Niedrigwasser Y1 - 1999 PB - BTU, Fak. UmweltWissenschaften und Verfahrenstechnik CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Biemelt, Detlef T1 - Bestimmung der Grundwasserneubildung auf Offenlandbereichen der Lausitzer Bergbaufolgelandschaft Y1 - 2001 PB - BTU, Fak. Umweltwiss. und Verfahrenstechnik CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Bauer, Oliver T1 - Potenziale des Wasser- und Stoffrückhalts in Niederungsgebieten des pleistozänen Tieflands zur Minderung der Nährstoffbelastung in Fließgewässern KW - Wasserrückhalt KW - Stoffrückhalt KW - Wiedervernässerung KW - Melioration KW - Grundwasserhaltung KW - Morschutz KW - Water Table Managment KW - Controlled Drainage KW - Subirrigation Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000420 PB - Brandenburgische Techn. Univ. CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Koch, Hagen T1 - Wasserbewirtschaftungsstrategien in vom Bergbau überprägten Einzugsgebieten im Kontext des globalen Wandels und deren integrierte Bewertung Y1 - 2005 PB - BTU, UWV CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Gröschke, Andreas T1 - Eisenhaltige Schlämme aus Grubenwasserreinigungsanlagen des Lausitzer Braunkohlereviers KW - Lausitz KW - Braunkohlenrevier KW - Grubenwasser KW - Schlamm KW - Eisen KW - Wasserwirtschaft KW - Braunkohlebergbau KW - PHREEQC Modellierung KW - Oberflächenkomplexierung KW - Eisenhydroxidschlamm KW - Behandlung saurer Grubenwässer Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1647 ER - TY - THES A1 - Deutsch, Mathias T1 - Untersuchungen zu Hochwasserschutzmaßnahmen an der Unstrut (1500-1900) Y1 - 2007 SN - 3-88452-117-9 PB - Geographisches Institut der Universität Göttingen CY - Göttingen ER - TY - THES A1 - Feldmann, Lutz T1 - Optimierung des Mitteleinsatzes für Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgewässern im urbanen Raum KW - Fliessgewässer KW - Metall KW - Kostenoptimierung Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-11376 ER - TY - THES A1 - Schuh, Alfred T1 - Eishochwasser an der Oder und Elbe aus historischen und meteorologischen Gesichtspunkten und im Hinblick auf mögliche Gefährdungen N2 - Die Arbeit gliedert sich in mehrere Teile. Der historische Teil zeigt die Chronologie der Eishochwasser an Oder und Elbe von 1700 bis heute und vergleicht die Ursachen von damals mit heute. Im meteorologischen Teil werden die Einflüsse der Großwetterlagen und der Nordatlantischen Oszillation auf Eishochwasser untersucht mit dem Ziel, diese vorherzusagen.Im Gefährdungsteil wird das Bilden eines Eishochwassers dokumentiert, beginnend mit dem Eisbildungsprozess, dem Eisdickenwachstum, der fortschreitenden Eisstandsgrenze und den Eisversetzungen. Daraus ergeben sich starke Wasserstandsanstiege. Diese werden begünstigt durch bewachsene Vorländer, enge Brückenöffnungen, Sandbänke, Einengungen des Abflussprofils, verringertes Gefälle und durch die Tide. Aufgrund dieser Ursachen werden die Deiche, Hochwasserschutzanlagen und andere Bauwerke in den Flüssen gefährdet und geschädigt. Im letzten Teil wird auf die Bekämpfung von Eishochwassern durch Eisbrecher eingegangen. Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23582 CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Pohle, Ina T1 - Analyse der potenziellen Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen auf den natürlichen Wasserhaushalt und die Wassermengenbewirtschaftung der Lausitz T1 - Analysis of potential impacts of climate and land use changes on the natural water balance and on the water resources management of Lusatia N2 - In den Lausitzer Flusseinzugsgebieten bestehen aufgrund eines verhältnismäßig geringen natürlichen Wasserdargebots und durch die Auswirkungen des Braunkohlebergbaus bzw. dessen abrupten Rückgangs in den 1990er Jahren Probleme hinsichtlich der Bereitstellung von Wasser in ausreichenden Menge und Qualität für die vielfältigen Nutzungen. Vor diesem Hintergrund sind die Auswirkungen potenzieller Klima- (ansteigende Temperaturen und sinkende Niederschläge) und Landnutzungsänderungen (weiterer Rückgang des Braunkohlebergbaus sowie verstärkter Anbau agrarischer Energiepflanzen) auf die regionalen Wasserressourcen von besonderem Interesse. Es stellt sich die Frage, in welchem Ausmaß wasserwirtschaftliche Engpässe möglicherweise verschärft werden bzw. durch gezielte Anpassungsmaßnahmen ausgeglichen werden können. Voraussetzung zur Ableitung von Anpassungsmaßnahmen sind ortsspezifische Antworten hinsichtlich der möglichen Auswirkungen von Klima- und Landnutzungsänderungen auf den natürlichen Wasserhaushalt und die Wassermengenbewirtschaftung. Diese wurden mit einem Ensemble aus den regionalen Klimamodellen STAR und WettReg, Landnutzungsszenarien in Bezug auf Braunkohlebergbau und Energiepflanzenanbau, den hydrologischen Modellen SWIM und EGMO sowie dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo untersucht. Als Grundlage für die Analyse wurden mit dem ökohydrologischen Modellsystem SWIM für die Einzugsgebiete von Schwarzer Elster, Dahme, Spree (bis Pegel Große Tränke) und Lausitzer Neiße (bis Pegel Steinbach) je ein Modell zur Simulation des natürlichen Wasserhaushalts aufgebaut. Der klassische Ansatz zur Modellparametrisierung durch Kalibrierung anhand beobachteter Abflüsse ist aufgrund der starken anthropogenen Überprägung des Abflussgeschehens durch Braunkohlebergbau und Wasserwirtschaft erschwert. Daher erfolgte zunächst eine Kalibrierung für weniger überprägte Teileinzugsgebiete, anschließend wurden die Modellparameter durch Regionalisierung auf die Gesamtgebiete übertragen. Bei Simulationen mit SWIM für Klimaszenarien mit ansteigender Jahresmitteltemperatur zeigen sich Zunahmen der potenziellen Verdunstung um bis zu 30 % im langjährigen Mittel. Aufgrund der in diesen Szenarien projizierten Abnahme der Niederschlagsjahressummen steigt die mittlere reale Verdunstung nur um bis zu 10 %, weiterhin ergibt sich ein Rückgang der Jahresmittel von Abfluss und Grundwasserneubildung um bis zu 60 %. Ein Rückgang des Grundwasserabsenkungstrichters und damit die Vergrößerung der abflusswirksamen Einzugsgebietsfläche mindert die Auswirkungen der klimatischen Änderungen geringfügig. Bei einem verstärkten Anbau von Winterraps ergeben sich bei gleichem Klimaszenario aufgrund verringerter realer Verdunstung höhere Abflüsse und Grundwasserneubildungsraten im Vergleich zu Winterweizen als Referenzvariante. Die Ergebnisse der natürlichen Wasserhaushaltskomponenten spiegeln hohe Bandbreiten der Klimaprojektionen wider. Unsicherheiten bestehen weiterhin in der hydrologischen Reaktion auf geänderte klimatische Bedingungen, wie Vergleiche der Ergebnisse von SWIM mit denen des hydrologischen Modells EGMO aufzeigen. Im Vergleich dazu sind die mit den Landnutzungsänderungen verbundenen Unsicherheiten eher von untergeordneter Bedeutung. Durch den Rückgang der natürlichen Abflüsse und von Sümpfungswassereinleitungen ergeben sich in der Simulation der Wassermengenbewirtschaftung mit WBalMo Abnahmen der bewirtschafteten Abflüsse um bis zu 50 %. Das hätte zur Folge, dass die Nutzeransprüche nicht mehr ausreichend erfüllt werden können. Es zeigte sich, dass die negativen Auswirkungen der Klima- und Landnutzungsänderungen durch wasserwirtschaftliche Maßnahmen innerhalb des Untersuchungsgebiets, wie zum Beispiel eine geänderte Speicherbewirtschaftung, nicht ausreichend gemindert werden, die Überleitung von Wasser aus der Elbe jedoch eine geeignete Anpassungsoption darstellt. Die Unsicherheiten bezüglich der natürlichen Wasserhaushaltskomponenten ziehen in der Simulation der Wassermengenbewirtschaftung hohe Bandbreiten der Ergebnisse nach sich. Der Ansatz der ensemblegestützten Analyse erlaubt es, Auswirkungen potenzieller Klima- und Landnutzungsänderungen auf die natürlichen Wasserhaushaltskomponenten und die Wassermengenbewirtschaftung abzuschätzen und damit verbundene Unsicherheiten zu berücksichtigen sowie mögliche Anpassungsoptionen zu identifizieren. N2 - In the Lusatian river catchments, the allocation of water in sufficient quantity and of adequate quality for various purposes is constrained by relatively low natural water availability as well as by the consequences of lignite mining and its rapid decrease in the 1990s. Thus, the impacts of potential climate (increasing temperature and decreasing precipitation) and land use changes (further decrease of the mining activities and an increasing cultivation of arable energy crops) on water resources are of major interest. The fundamental question is to what extent the already existing deficits in water management are exacerbated and whether they can be mitigated by adaptation measures. In order to derive adaptation measures, site-specific results regarding the possible impacts of climate and land use changes on the natural water balance as well as on water resources management are necessary. Therefore, an ensemble consisting of the regional climate models STAR and WettReg, land use scenarios in terms of lignite mining and energy crop production, the hydrological models SWIM and EGMO, as well as the long term water management model WBalMo is used. As a prerequisite for the analysis, the ecohydrological model SWIM was set up for the catchments of the Schwarze Elster River, the Dahme River, the Spree River (up to Große Tränke gauge) and the Lusatian Neisse River (up to Steinbach gauge) each in order to simulate natural water balance components. The traditional approach of calibrating hydrological models based on time series of observed discharges is aggravated due to the strong impacts of mining and water management on discharge. Therefore, in a first step the models were calibrated for subcatchments with only minor anthropogenic influence on discharge. In a second step, the model parameters were transferred to the entire catchments via regionalization. In climate scenarios with increasing temperature, SWIM simulates increases in the potential evapotranspiration of up to 30 % on the long term average. As declining precipitation is projected in these scenarios, the actual evapotranspiration increases by 10 % on average only, whereas discharge and groundwater recharge decline by up to 60 %. The declining ground water depression cone and thus the increase of the catchment area contributing to runoff only slightly alleviates the effects of climate change. An increasing cultivation of winter oil seed rape results in slightly reduced actual evapotranspiration and therefore in increased discharge and ground water recharge compared to simulations with the same climate scenario and winter wheat as reference crop. Overall, the simulation results of the natural water balance components reflect high bandwidths of the climate projections. Further uncertainties are added by the hydrological reaction to changing climate conditions, as shown by comparing the results of SWIM with those of the hydrological model EGMO. In comparison, the uncertainties related to land use changes are minor. Due to decreasing natural discharges as well as decreasing mining discharges, which are released into the rivers, simulations with WBalMo show declining managed discharges by 50 % on the long term average. As a consequence, the demands of the water users cannot be satisfied sufficiently. The impacts of climate and land use changes cannot be adequately mitigated by adaptation measures in terms of an altered management within the study region, e.g. reservoir management. A transfer of water from the Elbe River to the study region, however, might be a feasible option to alleviate negative climate and land use change impacts. The uncertainties associated with the simulation of natural discharges also cause high bandwidths in the simulation of water management regarding climate and land use scenarios as well as hydrological models. The ensemble-based analysis allows the assessment of (1) potential climate and land use change impacts on the natural water balance components as well as on the water resources management in the Lusatian river catchments, (2) uncertainties in these impacts and (3) feasible adaptation options. KW - Anpassungsoptionen KW - Hydrologie KW - Klimaänderungen KW - Landnutzungsänderungen KW - Wasserbewirtschaftung KW - Adaptation strategies KW - Climate change KW - Hydrology KW - Land use change KW - Water management Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32262 UR - http://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/index/index/docId/3226 ER - TY - THES A1 - Gädeke, Anne T1 - Climate and land use change impacts on water resources in the Lusatian river catchments (Germany) - Analysis and assessment considering modelling uncertainties T1 - Die Wasserressourcen der Lausitzer Flusseinzugsgebiete unter dem Einfluss von Klima- und Landnutzungswandel – Analyse, Bewertung und Darstellung der Modellierungsunsicherheiten N2 - In anthropogenically heavily impacted river catchments, such as the Lusatian river catchments Spree and Schwarze Elster in Germany, the robust assessment of potential impacts of climate change on the regional water resources is of high relevance for water resources management. Large uncertainties inherent in future scenarios may, however, reduce the willingness of regional stakeholders to develop and implement suitable adaptation strategies to climate change. This thesis proposes the use of an integrated framework consisting of i) an ensemble based modelling approach and ii) the incorporation of measured and simulated meteorological and hydrological trends to consider uncertainties in climate change impact assessments. In addition, land use, as the most responsive catchment characteristic to buffer potential climate change impacts, is considered as one suitable trigger for climate change adaptation. The ensemble based modelling approach consists of the meteorological output of four climate downscaling approaches (DAs): two dynamical and two statistical. These DAs drive different model configurations of the two conceptually different hydrological models WaSiM ETH and HBV light. The objective of incorporating measured meteorological trends into the analysis was twofold: trends in measured time series can i) be regarded as harbinger for future change and ii) serve as a mean to validate the results of the DAs. In order to evaluate the nature of the trends, both gradual (Mann Kendall test) and step changes (Pettitt test) are considered as well as temporal and spatial correlations in the data. The suitability of land use change as an adaptation strategy to climate change is evaluated in the form of different land use change scenarios: i) extreme scenarios where the entire catchment is parameterised as coniferous forest and uncultivated land and ii) scenarios of changes in crop cultivation and ii) a combination of a change in crop cultivation and forest conversion. As study areas serve three almost natural subcatchments of the Spree and Schwarze Elster (Germany). The results of the ensemble based climate change impact analysis show that depending on the type (dynamical or statistical) of DA used, opposing trends in precipitation, actual evapotranspiration and discharge are simulated in the scenario period (2031 2060). While the statistical DAs simulate a decrease in future long term annual precipitation, the dynamical DAs simulate a tendency towards increasing precipitation. The trend analysis suggests that measured precipitation has not changed significantly during the period 1961 2006. Therefore, the strong decrease in precipitation simulated by the statistical DAs should be interpreted as a rather dry future scenario. The dynamical DAs, on the other hand, are too wet in the reference period and needed to be statistically bias corrected which destroys the physical consistency between the parameters. Concerning temperature, measured and simulated trends agree on a positive trend. The uncertainty related to the hydrological model within the climate change modelling chain is comparably low when long term averages are considered but increases during low flow events. The proposed framework of combining an ensemble based modelling approach with trend analysis on measurements is a promising approach to gain more confidence into the final results of climate change impact assessments and to obtain an increased process understanding of the interrelation between climate and water resources. In terms of climate change adaptation, land use alternatives can have a considerable impact on the water balance components as the analysis of the extreme scenarios revealed. The scenarios of changes in crop cultivation in combination with forest conversion show, however, that the impact on the long term annual water balance is comparably low. An intra annual shift in the water balance components can be triggered which makes these scenarios suitable to reduce low flow risks during the summer. Overall, land use change can serve as one part of an integrated climate change adaptation strategy. Such as strategy needs, depending on the severity of the climate change impact, to include other, especially technical measures of water resources management, such as additional water storage, different strategies to manage the existing and new reservoirs. It may also consider additional water transfers from neighbouring, more water rich, river catchments. Regional adaptation planning needs also to consider problems related to water quality which are a consequence of the long term mining activities in the Lusatian river catchments. Last but not least, adaptation strategies should not only consider climate but also other aspects of global change. N2 - In anthropogen stark überprägten Einzugsgebieten, wie den Lausitzer Flusseinzugsgebieten von Spree und Schwarzer Elster in Deutschland, ist die robuste Abschätzung von potentiellen Auswirkungen des Klimawandels auf die regionalen Wasserressourcen von hoher Relevanz für die Wasserbewirtschaftung. Unsicherheiten in solchen Abschätzungen können jedoch die Bereitschaft von regionalen Akteuren für die Entwicklung und Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel mindern. Um den Unsicherheiten in der Modellierung von Klimafolgen Rechnung zu tragen, wird ein Ansatz bestehend aus i) einem modellgestützten Ensemble und ii) die Integration von Trendanalysen an gemessenen und simulierten meteorologischen und hydrologischen Zeitreihen vorgeschlagen. Zusätzlich wird die Landnutzung, welche eine sensitive Einzugsgebietseigenschaft zur Pufferung von potentiellen Einflüssen des Klimawandels darstellt, als mögliche Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel berücksichtigt. Der modellgestützte Ensembleansatz besteht aus den meteorologischen Ausgaben von vier, zwei statistischen und zwei dynamischen, regionalen Klimamodellen, welche den Antrieb für unterschiedliche Modellkonfigurationen der konzeptionell unterschiedlichen hydrologischen Modelle WaSiM ETH and HBV light darstellen. Der Integration von Trendanalysen an meteorologischen und hydrologischen Zeitreihen liegen folgende Annahmen zu Grunde: Trends in den Messungen können i) als Vorboten für zukünftige Veränderungen interpretiert werden und ii) zur Validierung der simulierten meteorologischen Größen der regionalen Klimamodelle dienen. Um die Art der Trends zu beurteilen wurden graduelle (Mann Kendall Test) und abrupte Trends (Pettitt Test) sowie zeitliche und räumliche Korrelationen in den Daten berücksichtigt. Die Eignung von Landnutzungsänderungen als Anpassungsmaßnahme an den Klimawandel wurde in Form von unterschiedlichen Szenarien bewertet: i) extreme Szenarien, bei welchen das gesamte Einzugsgebiet als Nadelwald und Brache parametrisiert wird, ii) eine Verschiebung der Vegetationsperiode von Nutzpflanzen und iii) eine Kombination aus der Verschiebung der Vegetationsperiode von Nutzpflanzen und Waldumbau. Als Einzugsgebiete dienen drei anthropogen kaum beeinflusste Teileinzugsgebiete der Spree und Schwarzen Elster (Deutschland). Die Ergebnisse des modellgestützten Ensembles zeigen, dass abhängig von der Wahl des regionalen Klimamodells (dynamisch oder statistisch), gegensätzliche Trends für Niederschlag, aktuelle Verdunstung und Abfluss in der Szenarioperiode (2031 2060) simuliert werden. Die statistischen regionalen Klimamodell berechnen eine Abnahme der langjährigen mittleren Niederschläge, die dynamischen hingegen eine Zunahme. Die Trendanalysen anhand der gemessenen Niederschlagszeitreihen zeigen, dass sich der Niederschlag im Zeitraum 1961 2006 kaum verändert hat. Daraus folgend sollte die starke Niederschlagsabnahme, wie sie von den regionalen statistischen Klimamodellen berechnet wird, als trockenes Zukunftsszenarium interpretiert werden. Andrerseits sind die dynamischen regionalen Klimamodelle in der Referenzperiode zu feucht und müssen statistisch Bias korrigiert werden, was die physikalische Konsistenz zwischen den Parametern zerstört. Bezüglich der Lufttemperatur werden sowohl in den Messungen als auch in den Simulationen positive Trends berechnet. Die Unsicherheit bezüglich der Wahl des hydrologischen Modells im modellgestützten Ensemble ist vergleichsweise gering bei der Betrachtung von langjährigen mittleren Wasserhaushaltsgrößen, nimmt jedoch für Niedrigwässer stark zu. Es konnte gezeigt werden, dass der vorgeschlagene Ansatz bestehend aus Trendanalysen und modellgestütztem Ensemble vielversprechend ist, um mehr Vertrauen in die Ergebnisse von Klimafolgenabschätzungen und ein erhöhtes Prozessverständnis zwischen Klimaveränderungen und deren Auswirkungen auf regionale Wasserressourcen zu erlangen. Landnutzungsänderungen können einen erheblichen Einfluss auf die Wasserbilanz eines Einzugsgebiets haben, wie die Analysen der Extremszenarios belegen. Gleichzeitig zeigen die Szenarien bezüglich einer Verschiebung der Vegetationsperiode von Nutzpflanzen, dass deren Einfluss auf die langjährigen Wasserhaushaltsgrößen gering ist. Eine Verschiebung der Vegetationsperiode eignet sich jedoch, um eine innerjährliche Umverteilung der Wasserhaushaltsgrößen zu bewirken und so das Risiko von Niedrigwässern während der Sommermonate zu reduzieren. Insgesamt können Landnutzungsänderungen einen Bestandteil einer integrierten Strategie zur Anpassung an den Klimawandel darstellen. Diese muss jedoch, in Abhängigkeit des Stärke der Klimaänderungen, auch andere, insbesondere technische Wasserbewirtschaftungsmaßnahmen, wie zusätzlicher Wasserspeicher, unterschiedliche Strategien zur Bewirtschaftung vorhandener und neuer Speicher enthalten. Diese Strategien können auch zusätzliche Wasserüberleitungen aus wasserreicheren Nachbareinzugsgebieten, berücksichtigen. Außerdem müssen Probleme bezügliche der Wasserbeschaffenheit, als eine Konsequenz der langjährigen Bergbauaktivitäten in den Lausitzer Flusseinzugsgebieten, in die regionale Planung zur Anpassung an den Klimawandel einbezogen werden. Schließlich sollten Anpassungsmaßnahmen nicht nur den Klimawandel, sondern auch andere Aspekte des globalen Wandels berücksichtigen. KW - Climate change impact assessment KW - Land use change KW - Lusatian river catchments KW - Trend analysis KW - Uncertainty KW - Klimawandelimpaktanalyse KW - Landnutzungswandel KW - Lausitzer Flusseinzugsgebiete KW - Trendanalyse KW - Unsicherheit Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32519 UR - http://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/index/index/docId/3251 PB - BTU Cottbus - Senftenberg, Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Li, Chi-Yu T1 - Time series scenario composition framework in Hydroinformatics Systems T1 - Ein Software-Framework für die Erstellung von Zeitreihenszenarien in Hydroinformatik-Systemen N2 - Since Z3, the first automatic, programmable and operational computer, emerged in 1941, computers have become an unshakable tool in varieties of engineering researches, studies and applications. In the field of hydroinformatics, there exist a number of tools focusing on data collection and management, data analysis, numerical simulations, model coupling, post-processing, etc. in different time and space scales. However, one crucial process is still missing — filling the gap between available mass raw data and simulation tools. In this research work, a general software framework for time series scenario composition is proposed to improve this issue. The design of this framework is aimed at facilitating simulation tasks by providing input data sets, e.g. Boundary Conditions (BCs), generated for user-specified what-if scenarios. These scenarios are based on the available raw data of different sources, such as field and laboratory measurements and simulation results. In addition, the framework also monitors the workflow by keeping track of the related metadata to ensure its traceability. This framework is data-driven and semi-automatic. It contains four basic modules: data pre-processing, event identification, process identification, and scenario composition. These modules mainly involve Time Series Knowledge Mining (TSKM), fuzzy logic and Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS) to extract features from the collected data and interconnect themselves. The extracted features together with other statistical information form the most fundamental elements, MetaEvents, for scenario composition and further time series generation. The MetaEvents are extracted through semi-automatic steps forming Aspects, Primitive Patterns, Successions, and Events from a set of time series raw data. Furthermore, different state variables are interconnected by the physical relationships derived from process identification. These MetaEvents represent the complementary features and consider identified physical relationships among different state variables from the available time series data of different sources rather than the isolated ones. The composed scenarios can be further converted into a set of time series data as, for example, BCs, to facilitate numerical simulations. A software prototype of this framework was designed and implemented on top of the Java and R software technologies. The prototype together with four prototype application examples containing mathematical function-generated data, artificial model-synthetic hydrological data, and measured hydrological and hydrodynamic data, are used to demonstrate the concept. The results from the application examples present the capability of reproducing similar time series patterns from specific scenarios compared to the original ones as well as the capability of generating artificial time series data from composed scenarios based on the interest of users, such as numerical modelers. In this respect, it demonstrates the concept’s capability of answering the impacts from what-if scenarios together with simulation tools. The semi-automatic concept of the prototype also prevents from inappropriate black-box applications and allows the consideration of the knowledge and experiences of domain experts. Overall, the framework is a valuable and progressive step towards holistic hydroinformatics systems in reducing the gap between raw data and simulation tools in an engineering suitable manner. N2 - Seit der erste automatische, programmierbare und betriebsfähige Computer, Z3, im Jahr 1941 entwickelt wurde, sind Computer ein unverzichtbares Werkzeug für die vielfältigen Aufgaben in der ingenieurwissenschaftlichen Forschung und Praxis geworden. Auf dem Gebiet der Hydroinformatik gibt es eine Reihe von Werkzeugen, die den Fokus u. a. auf Datenerfassung und -management, Datenanalyse, numerische Simulationen, Modellkoppelung sowie Ergebnisauswertung in unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen legen. Ein wesentlicher Arbeitsschritt wird jedoch nur unzureichend unterstützt: die Aufbereitung von Rohdaten zur Spezifikation von Szenarien als Eingabegrößen für Simulationswerkzeuge. In dieser Forschungsarbeit wird ein generelles Konzept für die ingenieurgerechte Erstellung von Zeitreihen zur Szenarienspezifikation vorgeschlagen. Das Ziel des Konzepts ist die Bereitstellung von Zeitreihen als Eingangsdatensätze, z. B. Randbedingungen, für Simulationsaufgaben zur Analyse von benutzerspezifizierten Was-Wäre-Wenn-Szenarien. Die Szenarien werden aus verfügbaren Rohdaten unterschiedlicher Quellen, z. B. Feld- und Labormessungen und Simulationsergebnissen, erstellt. Das Konzept protokolliert zudem den Arbeitsablauf durch zugehörige Metadaten, um die Nachvollziehbarkeit der Arbeitsschritte sicherzustellen. Das Konzept ist datengesteuert und halbautomatisch. Es enthält vier wesentliche Module: Datenvorbereitung, Eventidentifizierung, Prozessidentifizierung und Szenariokomposition. Diese Module verwenden als theoretische Grundlagen vor allem Time Series Knowledge Mining (TSKM), Fuzzylogik und Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS), um Merkmale verschiedener Zustandsgrößen aus den gesammelten Daten zu extrahieren und miteinander zu verbinden. Die gesammelten Merkmale samt anderen statistischen Daten gestalten die grundsätzlichsten Komponenten, sog. MetaEvents, für die Szenariokomposition und die weitere Generierung der resultierenden Zeitreihen für die Simulation der Szenarien. Die MetaEvents werden halbautomatisch mit Hilfe von Aspects, Primitive Patterns, Successions und Events gebildet. Zusätzlich werden durch Prozessidentifizierung funktionale Beziehungen zwischen den verschiedenen Zustandsvariablen abgeleitet. Die MetaEvents stellen komplementäre Merkmale dar und berücksichtigen die identifizierten physikalischen Beziehungen zwischen den verschiedenen Zustandsvariablen aus den verfügbaren Zeitreihendaten anstatt der traditionellen getrennten Verarbeitung. Die mit den MetaEvents zusammengestellten/komponierten Szenarien ermöglichen die Generierung von resultierenden Zeitreihen von Randbedingungen für numerische Simulationen. Ein Software-Prototyp dieses Konzepts wurde auf Basis von Java- und R-Software-Technologien entworfen und implementiert. Der Prototyp zusammen mit vier Prototyp-Anwendungsbeispielen – ein mathematisch-analytischer Datensatz, ein künstlicher hydrologischer Datensatz, ein real gemessener hydrologischer Datensatz und ein hydrodynamischer Datensatz – werden benutzt, um die Funktionsfähigkeit des Prototyps und die Eigenschaften des Konzepts zu demonstrieren und nachzuweisen. Die Anwendungsbeispiele weisen nach, das Zeitreihenmuster aus spezifischen Originalszenarien reproduziert werden können und zeigen die Fähigkeit auf, für den Anwender, z. B. numerische Modellierer, Zeitreihen für relevante, interessante Szenarien zu generieren. In dieser Hinsicht demonstriert es die Fähigkeit, die Auswirkungen von Was-Wäre-Wenn-Szenarien mit Simulationswerkzeugen effizient vorzubereiten. Das halbautomatische Konzept des Prototyps verhindert auch eine Black-Box Anwendung und berücksichtigt Kenntnisse und Erfahrungen der Anwender als Fachexperten. Damit stellt das Konzept einen wertvollen, innovativen Schritt zu ganzheitlichen Hydroinformationssystemen dar, um eine ingenieurgerechte, effiziente Datenaufbereitung von Zeitreihen aus Rohdaten als Eingabedatensätze für Simulationswerkzeuge bereitzustellen. KW - Ereigniserkennung KW - Hydroinformatik KW - Szenariokomposition KW - TSKM KW - Zeitreihenanalyse KW - Event identification KW - Hydroinformatics KW - Scenario composition KW - TSKM KW - Time series analysis Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-33650 UR - http://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/index/index/docId/3365 ER - TY - THES A1 - Notay, Kunwar Vikramjeet T1 - Model coupling in hydroinformatics systems through the use of autonomous tensor objects N2 - There is an increased focus on interdisciplinary research in hydroinformatic related projects for applications such as integrated water resources management, climate change modelling, etc. The solution of common problems in interdisciplinary projects requires the integration of hydroinformatic models into hydroinformatic systems by coupling of models, enabling them to efficiently share and exchange information amongst themselves. Coupling of models is a complex task and involves various challenges. Such challenges arise due to factors such as models required to be coupled together lacking coupling capabilities, different models having different internal data formats, lack of a coupling mechanism, etc. From the perspective of physics, different models may use different discretisations in space and time, operate on different scales in space and time, etc. A model coupling concept using a coupling broker, that is independent from the coupled models, has been developed in this work and been implemented as a prototype for a software framework for coupling hydroinformatic models. It is based on the approach of tensor objects and the ideas of the OpenMI standard for model coupling. Tensor objects are a complete representation of physical state variables including dimensions, units, values, coordinate systems, geometry, topology and metadata. They are autonomous entities that can adapt themselves to the requirements of coupled models through operations such as scaling, mapping, interpolation in space and time, etc. The central entity in coupling is the Tensor Exchange Server, which acts as the coupling broker. It is responsible for defining the coupling mechanism, brokering the communication between the models and adapting the information to the requirements of the coupled models by taking advantage of the functionality provided by tensor objects. By fulfilling these roles in coupling, the coupling broker concept goes one step further than tools such as the OpenMI standard and facilitates the task of coupling models since each coupled model doesn't individually need to be adapted to be able to perform these tasks on its own. The usefulness of the coupling broker concept for coupling models is demonstrated with the help of three application examples: firstly, a subsurface-flow model coupled with a model simulating metabolism in the hyporheic zone, secondly, a subsurface-flow model coupled with a surface-flow model and finally, an information management system presenting the results of a hydrodynamic simulation of a section of the river Rhine. These examples demonstrate the extensibility and flexibility of the presented coupling concept, which can be used to couple multiple hydroinformatic models in hydroinformatic systems. KW - Hydroinformatics Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36182 UR - https://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdoor/index/index/docId/3618 ER - TY - THES A1 - Filetti, Mirko T1 - Open Source basierte Virtuelle Forschungsumgebungen für Projekte in der ökologischen Langzeitforschung“ – Das ‚Rapid L-TER VRE‘ Baukastenkonzept zur schnellen und nachhaltigen Realisierung N2 - Virtuelle Forschungsumgebungen (VRE), sind Plattformen auf Basis von Informations- und Kommunikationstechnologien (engl. ICT) mit ganzheitlichem Ansatz, die das wissenschaftliche Arbeiten im Team und insbesondere dessen Kommunikation und Organisation unterstützen sollen. Sie haben zum Ziel, schneller und besser zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, als bisher. Projekte in der ökologischen Langzeitforschung (engl. long-term ecological research, im Folgenden als L-TER bezeichnet) sind durch den Langzeitaspekt und Raumbezug in der Regel umfangreiche Projekte mit mittleren und großen Datenmengen (Medium Data und Big Data) sowie interdisziplinären, örtlich verteilten Forschungsgruppen. Sie sind daher prädestiniert für den Einsatz von VREs. Die vorliegende Arbeit untersucht die spezifischen Aspekte und Anforderungen an virtuelle Forschungsumgebungen von L-TER Projekten im Kontext der Umweltinformatik. Dazu wird der Begriff „L-TER VRE“ eingeführt. Grundlage hierfür ist der Stand des Wissens zu allgemeinen VREs, Datenmanagement und ICT, die interdisziplinär in Verbindung gebracht werden mit den Zielen, Methoden und Daten der L-TER (z.B. Analyse von Zeitreihen). Es zeigt sich, dass sich die Anforderungen an L-TER VREs – aufgrund ihres Einsatzbereiches für langfristige L-TER Projekte – in der Nachhaltigkeit durch ihre Persistenz (Daten, Infrastruktur), Flexibilität (projektspezifische Rahmenbedingungen), der eingesetzten ICT und vom Faktor „Mensch“ mit seinem gesellschaftlichen Umfeld von VREs für andere Aufgaben unterscheiden. Aus den Erkenntnissen wird ein innovatives Baukastenkonzept mit dem Namen „Rapid L-TER VRE“ zur Planung, dem Aufbau und Betrieb von L-TER VREs vorgestellt. Es basiert auf Open-Source-Software und kann durch die gemeinsame Basis der Bausteine auch für allgemeine VREs Verwendung finden. Da VREs oder ähnliche ICT-Infrastrukturen im Rahmen von „e-Science“ als Rückgrat für die Organisation der Projekte prädestiniert sind, ist der Aufbau solcher Infrastrukturen oft schon zur Voraussetzung bei der Antragstellung von Projekten geworden. Ein Prototyp sollte daher bereits vor oder bei der Antragstellung existieren. Spätestens zum Projektbeginn muss eine Produktivumgebung zur Verfügung stehen. Vor diesem Hintergrund ist das Konzept „Rapid L-TER VRE“ speziell für eine schnelle (engl. rapid) Entwicklung von VRE Prototypen mit einer kurzen Übergangsphase in den Produktivbetrieb ausgelegt. Das Baukastenkonzept wird auf verschiedene existierende Projekte im Umfeld des Fachgebietes „Environmental Informatics“ und der Fakultät „Umwelt und Naturwissenschaften“ der BTU Cottbus-Senftenberg konzeptionell, sowie in der Form von Prototypen angewendet und dessen Anwendbarkeit allgemein bewertet. Aus den Erkenntnissen werden allgemeine Schlussfolgerungen in Bezug auf den Einsatz von Technologien und die Nachhaltigkeit für den erfolgreichen Betrieb von L-TER VREs gezogen – dabei steht der Mensch als „maßgeblicher“ Faktor im Mittelpunkt. N2 - Virtual research environments (VREs) are information and communication technology (ICT) platforms that apply a holistic approach in supporting scientific communities. In particular communication and organization among members of a research group is necessary. With VREs scientific results can be obtained faster, more efficiently and shared with the community on the platform in an immediate, comprehensible and easily accessible form. At the moment, there is no VRE software framework existing, that would be immediately applicable - "out-of-the-box" and suitable for any field of research - "one size fit them all". Large scale and long-term research projects are often interdisciplinary, generate large data sets and may involve the collaboration of spatial distributed research groups. In this thesis project specific aspects and their associated requirements for VREs are examined on the basis of exemplary long-term ecological research (L-TER) projects. The premise for this objective is a profound comprehension of the general functioning of VREs, data management and ICT, which are merged from an interdisciplinary point of view with the objectives, methods and data management of long-term ecological research (e.g. time series analysis). It could be shown that in the field of sustainability the requirements of L-TER VREs differ from general VREs in terms of persistence (data, infrastructure), flexibility (project specific), ICT, and "humans" with their social interaction. Based on these findings, an innovative model kit called "Rapid L-TER VRE" was developed, which is comprised of several compatible modules. By combining them, an efficient framework for planning, setup and operation of L-TER VREs can be presented. "Rapid L-TER VRE" utilizes open-source software and can be applied in any VREs, thanks to the shared conceptual basis of the modules. In the context of “e-science” VREs or similar ICT-platforms are predestined to become the backbone of complex research projects and as a result of this, are often viewed as a prerequisite for novel research proposals. A prototype should therefore be available before or during an application process, but latest at the beginning of a research project. "Rapid L-TER VRE" was specifically designed for the rapid development of VRE prototypes having a short transition phase to an efficient infrastructural research tool in a productive environment. The model kit was applied conceptually, as well as in the form of a prototype to various existing projects from the chair of environmental informatics and the faculty of environment and natural science of the BTU Cottbus-Senftenberg.By assessing the VRE’s practicality, general conclusions on the successful operations of VREs relating to applied technologies and susatainability could be drawn. Humans with their communities must are the „evaluating“ and leading factor in the centre. KW - Umweltinformatik KW - Virtuelle Forschungsumgebung KW - Ökologische Langzeitforschung KW - E-Science KW - Environmental informatics KW - Long-term ecological research KW - Open-Source KW - Virtual research environment Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48405 UR - https://opus4.kobv.de/opus4-btu/files/4840/filetti_mirko.pdf CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - He, Qianwen T1 - Evaluating the effect of multi-objective calibration on the modeling of catchment-scale hydrology and nitrogen load Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-52330 PB - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg CY - Cottbus ER - TY - THES A1 - Khosh Bin Ghomash, Shahin T1 - Significance of storm spatiotemporal variability and movement in flood hydrodynamic modelling N2 - This dissertation aims to explore the impact of various storm properties on computational flood modelling and to propose a method for integrating them into flood risk assessment. It focuses on three key areas: Firstly, it examines within-storm variability, investigating how variations in storm intensity, duration, and spatial distribution affect runoff dynamics. Through a systematic theoretical approach, the study generates synthetic rainfall signals with different hyetograph variabilities and applies them to a hydrodynamic model. The results highlight the significant influence of storm spatiotemporal variability on runoff response, affecting peak discharge, hydrograph shapes, and flooded areas. Temporal variability emerges as particularly dominant, overshadowing spatial variability and other storm properties such as return period and volume. The study emphasizes the spatial dependency of these effects within the drainage network. Secondly, it investigates the role of storm movement in flood modelling, recognizing its potential to alter runoff dynamics and inundation patterns. By generating synthetic rain hyetographs traversing the catchment area at varying velocities and directions, the study shows that storm movement significantly impacts runoff response and flood extents. Higher storm velocities lead to more pronounced peaks and faster runoff onsets, resulting in larger flooded areas. The direction of storm movement plays a crucial role, with storms aligning with the average stream direction causing the highest peaks and flooded areas. The magnitude of this influence varies depending on the location within the catchment. Finally, the dissertation introduces a dynamic spatiotemporal rainfall model aimed at preserving storm event properties. Using an event-based approach, dynamic precipitation events are identified and regenerated, ensuring the conservation of storm spatiotemporal variability and movement characteristics. This facilitates the generation of more physically plausible and spatiotemporally coherent precipitation time series. The model prioritizes user accessibility, offering a practical tool for integrating storm properties into flood computation modelling and risk analysis frameworks. By addressing these aspects of storm behaviour, the dissertation contributes to enhancing the accuracy and effectiveness of flood modelling, thereby improving flood risk mitigation efforts. KW - Flash floods KW - Hydrodynamic modelling KW - Rainfall/runoff KW - Storm movement KW - Storm spatiotemporal variability Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67245 ER -