TY - THES A1 - Alegue Feugo, Jean Duclos T1 - Investigating ecological indicators of freshwater ecosystems using signal analysis methods T1 - Untersuchung von ökologischen Indikatoren der Süßwasserökosysteme mit Methoden der Signal-Analyse N2 - Human life depends on water of good quality. Freshwater ecosystems are being degraded as a result of anthropogenic activities. Managing freshwater resources require a good understanding of the dynamics of the processes affecting water quality and the interrelationship existing between them. Signal analysis methods are used to extract information from water quality time series. The information obtained from such analysis is required for developing dynamic models as an aid in investigating the outcome of different management scenarios. They are equally useful in determining the appropriate sampling frequency required for monitoring ecological indicators. Modern methods developed in other field such as mathematical statistics need to be investigated in the fields of water quality management so as to enhance the knowledge of the functioning and the structure of water bodies. Classical methods consisting of time domain and frequency domain methods in combination with a modern method, wavelet analysis, were used to extract information from water quality indicators from the River Havel in the State of Brandenburg in Germany. The indicators were dissolved oxygen, chlorophyll-a and water temperature which are respectively chemical, biological and physical indicators. The time domain methods revealed the behavior of the signal across time as well as the relationship between them. The frequency domain methods proved quite inadequate because the signals from water quality are non-stationary with changing variance across time. The wavelet methods were quite good in unraveling the behavior of these signals at different time-scales. This analysis revealed that the high frequency changes have no significant effect on the long term dynamics of water quality signals. Given that only the low frequency components influence the long term behavior of these signals, it was found that it makes more sense to sample most of the signals at a weekly or two weekly intervals so as to avoid noisy or redundant information. In addition, the time-scale decomposition allows for noisy or redundant information that blurs the long term dynamics thereby negatively affecting the quality of models to be detected and kicked out. Moreover, it was also found that the use of a time delay in a dynamic model should be based on the delay from the time-scale that influence the long term dynamics the most in the freshwater body by the help of the wavelet cross-correlation rather than the classical cross-correlation. Finally, the same indicator from different water bodies of the same watershed portrayed different time and frequency dependent behavior implying that each freshwater body needs to be uniquely investigated. Applying the same management techniques to different water bodies without prior investigation will not be sound. Freshwater ecosystems are more and more threatened by phenomena such as global warming, pharmaceuticals in water bodies, invasive species requiring more investigation on the applicability of tools developed in other fields of science in the field of water resource management. Enhanced knowledge will improve the existing knowledge on the structure and functioning of freshwater bodies, the quality of models developed as management decision aid and the quality of the data used for decision making. N2 - Menschliches Leben hängt von der guten Qualität des Wassers ab. Süßwasserökosysteme werden durch anthropogene Tätigkeiten negativ beeinflusst. Das Management von Süßwasserressourcen erfordert ein gutes Verständnis der Dynamik der Prozesse, die die Wasserqualität und den Zusammenhang zwischen ihnen beeinflussen. Wenn man das Resultat der unterschiedlichen Managementszenarien untersucht, werden die Informationen, die aus einer solchen Analyse gewonnen werden, für die Entwicklung der dynamischen Modelle als Hilfsmittel benötigt. Sie sind gleichermaßen nützlich, wenn man die passende Abtastfrequenz feststellt, die für die Überwachung der ökologischen Indikatoren erforderlich ist. Moderne Methoden die sich in anderen Feldern wie der mathematischen Statistik entwickelt haben, müssen in den Feldern vom Wasserqualitätsmanagement untersucht werden, um das Wissen der Arbeit und die Struktur der Wasserkörper zu erhöhen. Die klassischen Methoden der Zeit- und Frequenzanalyse wurden gemeinsam mit einer modernen Methode, der Wavelet-Aanalyse, verwendet, um Informationen über die Wasserqualität vom Fluss Havel (Brandenburg in Deutschland) zu extrahieren. Die Indikatoren wurden aufgelöst in Sauerstoff, Chlorophyll-a, und Wassertemperatur, welches beispielsweise chemische, biologische und physikalische Indikatoren sind/sein können. Die Methoden der Zeitanalyse deckten das Verhalten der Signale über die Zeit sowie das Verhältnis zwischen ihnen auf. Die Methoden der Frequenzanalyse haben sich als völlig unzureichend erwiesen, weil die Signale von der Wasserqualität nicht stationär sind. Die „Wavelet Methoden“ waren ziemlich gut, wenn man das Verhalten dieser Signale auf den unterschiedlichen Zeitskalen entwirrte. Diese Analyse deckte auf, dass die Hochfrequenzänderungen keinen bedeutenden Effekt auf die langfristige Dynamik der Wasserqualitätsindikatoren haben. Angesichts der Tatsache, dass nur die Niederfrequenzbestandsteile das langfristige Verhalten dieser Signale beeinflussen, wurde festgestellt, dass es sinnvoller ist, die Signale in wöchentlichen oder zweiwöchentlichen Abständen zu untersuchen, um die störenden oder unnötigen Informationen zu vermeiden. Darüber hinaus lässt der Zeitskalen Zerfall die störenden oder unnötigen Informationen zu, die die langfristige Dynamik verschleiert. Dadurch wird die Qualität um die Modelle zu entdecken und zu entfernen negativ beeinflusst. Außerdem wurde herausgefunden, dass der Gebrauch von einem „Time Delay“ (Zeitverzögerung) in einem dynamischen Modell, auf der Verzögerung von einer Zeitskala basieren sollte, die am meisten die langfristige Dynamik der Süßwasserkörper durch die Hilfe der Wavelet-Kreuzkorrelation anstatt der klassischen Kreuzkorrelation beeinflussen. Schließlich ergab die gleiche Analyse unterschiedlicher Wasserkörper der gleichen Wasserscheide unterschiedliche Zeiten und frequenzabhängiges Verhalten, was vermuten lässt, dass jeder Frischwasserkörper separat untersucht werden muss. Die gleichen Methoden auf unterschiedliche Wasserkörper ohne vorherige Untersuchung anzuwenden, ist nicht angemessen. Süßwasserökosysteme sind zunehmend bedroht durch Phänomene wie globale Erwärmung, pharmazeutische Produkte in den Wasserkörpern und angreifende Arten. Sie erfordern die vertiefte Recherche von Anwendungsmöglichkeiten der bereits entwickelten Werkzeuge in anderen Wissenschaftsfeldern im Wasserressourcen-Management Feld. Erweitete Fachkenntnisse verbessern das vorhandene Wissen der Struktur und der Funktion der Süßwasserkörper, der Qualität der Modelle zur Entscheidungshilfe und der Qualität der Daten, die für die Entscheidungsfindung verwendet werden. KW - Süßwasser KW - Ökosystem KW - Verschmutzung KW - Indikatoren KW - Zeitreihenanalyse KW - wavelet KW - Pollution KW - Indicators KW - Time series KW - Modeling KW - Wavelet Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4396 ER - TY - THES A1 - Wei, Shouke T1 - On the use of game theoretic models for water resources management T1 - Über die Anwendung spieltheoretischer Modelle zur Wasserbewirtschaftung N2 - Water quality degradation and water scarcity are two serious problems, and water resources management related to those problems usually involves conflicts. In the absence of market and exclusive property rights, those conflicts are unavoidable. Game theory is an appropriate approach to simulate and resolve such conflicts. The overall objective of this research is to develop a practical methodology and mechanism to promote the maximization of public welfare from a socio-economic and environmental perspective using game theory. There are three main goals: 1) to use game theory to illustrate and analyze phenomena of water resources management, 2) to set up non-cooperative and cooperative game theoretic simulation models of water conflicts in a river basin, and 3) to apply the game theoretic simulation approach into water conflicts involved in the Hanjiang River Basin (HRB) in China. In the case of HRB, the Municipalities of Beijing, Hanzhong, Ankang and Shangluo, Shiyan and the Cities of Xixia and Xichuan are defined as the main players. For each main player, industry, households and agriculture are defined as the sub-players. Statistical and econometric regression modeling methods are used to formulate payoff functions of the players. The models are evaluated by forecasting and scenarios analyses. Cost-benefit Analysis (CBA) and demand-supply principle (DSP) are applied to compare the game outcomes. Economic valuation methods (EVMs) are applied to the value transformation. Scenario analysis is also employed to analyze the future risks and uncertainties. The main results prove that the non-cooperative game will cost all players an overall loss, though it yields benefits to some players. However, cooperative game results show that there is an overall benefit, though some players have loss. Comparing with the results of non-cooperative and cooperative games, it finds that cooperation makes all the players better off though some players are worse off. Scenario results illustrate that player one and his sub-players have serious water deficits even in the optimistic scenario. Thus, cooperation with other players is the dominant strategy for this player. The risks of non-cooperation come from some other players and sub-players. The game theoretic simulation approach and results benefit not only different groups of water stakeholders, but also decision makers to make policies on water quantity allocation, water quality protection, water pricing as well as ecological loss compensation. N2 - Die Verschlechterung der Wasserqualität und die Verknappung des Wassers sind zwei schwerwiegende Probleme der Wasserbewirtschaftung, die häufig zu Konflikten führen. Ohne eine geeignete Definition von Eigentumsrechten bzw. ohne einen Wassermarkt sind Konflikte unvermeidlich. Die Spieltheorie ist ein geeigneter Ansatz zur Simulation und Lösung solcher Konflikte. Das Gesamtziel dieser Forschung ist die Entwicklung einer praktikablen Methodik, um mit Hilfe der Spieltheorie eine Optimierung der öffentlichen Wohlfahrt zu realisieren. Dies umfasst soziale und wirtschaftliche Aspekte ebenso wie auch Aspekte der Umwelt. Es gibt drei wesentliche Ziele: 1) Die Darstellung von Phänomenen der Wasserbewirtschaftung mit Hilfe der Spieltheorie; 2) die Modellierung und Simulation von Konflikten der Wasserwirtschaft durch kooperative und nicht-kooperative Spiele; 3) die Anwendung der Spieltheorie zur Lösung von Konflikten zwischen verschiedenen Gewässernutzungen in dem Hanjiang-Flussgebiet (EHF). Im Fall von EHF stellen die Städte Beijing, Hanzhong, Ankang, Shangluo und Shian, Xixia und Xichuan die Hauptspieler dar. Für jeden Hauptspieler werden wiederum Industrie, Haushalt und Landwirtschaft als Sub-Spieler definiert. Die Auszahlungsfunktionen der Spieler werden durch statistische und ökonometrische Regressionsmodelle berechnet. Die Modelle werden mit Hilfe von Prognosen und Szenarien bewertet. Für den Vergleich der Spiele (oder Simulationen) wird die Kosten-Nutzen-Analyse und das Angebot-Nachfrage-Prinzip angewendet. Die Werttransformation wird auf der Grundlage wirtschaftlicher Bewertungsmethoden eingeschätzt. Risiken und Unsicherheiten werden durch die Erstellung von Zukunftsszenarien analysiert. Die Resultate zeigen, dass die nichtkooperativen Spiele zu einem Gesamtverlust führen, obwohl sie für einige Spieler vorteilhaft sind. Umgekehrt lassen die Ergebnisse der kooperativen Spiele einen Gesamtvorteil erkennen, wenngleich sie für einige Spieler zu Verlusten führen. Insgesamt kann anhand des Vergleiches der nichtkooperativen und der kooperativen Spiele ein Gemeinschaftsvorteil durch Zusammenarbeit festgestellt werden, obwohl dies für einige Spieler von Nachteil ist. Die Ergebnisse der Szenarienanalysen zeigen, dass sogar im optimistischen Szenario eine Wasserknappheit für Spieler 1 und seine Sub-Spieler auftritt. Deshalb ist die Zusammenarbeit für diesen Spieler und seine Sub-Spieler die beste Strategie. Das Risiko fehlender Zusammenarbeit wird durch andere Spieler und Sub-Spieler verursacht. Die Methoden der Spieltheorie ermöglichen Verbesserungen sowohl für verschiedene Interessengruppen als auch im gemeinschaftlichen Rahmen bis hin zur politischen Ebene. Dies umfasst die Wasserverteilung, den Schutz der Wasserqualität, die Festlegung von Wasserpreisen und die Abschätzung und Kompensation ökologischer Kosten. KW - China KW - Wasserwirtschaft KW - Spieltheorie KW - Simulation KW - Wasserbewirtschaftung KW - Konflikte KW - Spieltheorie KW - Simulation KW - Szenarioanalysen KW - Water resources KW - Conflicts KW - Game theory KW - Simulation KW - Scenario analysis Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5869 ER - TY - THES A1 - Obst, Ronald T1 - Optimierung der Probenahme unter besonderer Berücksichtigung des Mobilitätsverhaltens von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in fünf typischen ostbrandenburgischen Bodenprofilen T1 - Optimization of sampling, with particular attention to the mobility behaviour of PAHs in 5 typical soils Ostbrandenburg N2 - Für eine Konzeption boden- und grundwasserverträglicher Folgenutzung von Altlastenstandorten werden Kenntnisse über Mechanismen und Einflussfaktoren für die Freisetzung akkumulierter Substanzen und deren Transport benötigt. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, einen Beitrag über Einflussfaktoren, die die Mobilität der polyzyklischen Aromaten im Boden steuern, zu liefern. Unter Nutzung und Zusammenführung bisheriger Erkenntnisse aus der Vor-Ort-Analytik wurde ein Beprobungsschemata entwickelt, welches das räumlich variable Verlagerungsverhalten der PAK in verschiedenen Böden Brandenburgs rationell beschreibt. Unter natürlichen Witterungsbedingungen wurden aufgeschlossene Bodenprofile horizontweise beprobt und das Verlagerungsverhalten von PAK in Abhängigkeit von Bodenparametern untersucht. An den feldgemischten Bodenproben wurden neben der PAK-Analytik folgende physiko-chemische Einflussfaktoren auf eine PAK-Mobilisierung ermittelt: Hydrosedimentation und röntgenografische Untersuchungen zur Bewertung von Feinstfraktionen im Bodenmaterial; Kornverteilungen mittels Siebanalysen zur Ermittlung der kf -Werte für die Bewertung von Durchlässigkeit und Sorptionsfähigkeit der untersuchten Böden; Wassergehalt, Glühverlust und organischer Kohlenstoffgehalt; pH-Werte, elektrische Leitfähigkeit und Karbonatgehalte. Sehr hohe PAK-Gehalte in der Gley-Braunerde wie am Standort Erkner, im Humuspodsol wie in Beeskow sowie in der vergleyten Rostbraunerde wie in Berlin-Britz ziehen eine Hemmung des Stoffabbaus nach sich. In diesen Böden bestehen günstige Voraussetzungen für eine hohe Freisetzung organischen Materials. Bei schluffreicher Ausprägung der Matrix kann eine Sorption begünstigt werden. Die PAK-Gehalt/Glühverlust-Korrelationen der jeweiligen ortstypischen Leitböden mit deutlich abweichenden Messwerten deuten auf besonders belastete Böden bzw. anthropogene Matrices. Die als bedeutsam erkannten Eigenschaften der organischen Substanz treten in ihrem Einfluss auf die Höhe der PAK-Tiefenverlagerung dann deutlich in Erscheinung, wenn die untersuchten Standorte geringe Unterschiede in solchen substrat-bedingten Bodeneigenschaften aufweisen, die für Adsorptionsvorgänge und für die Fließbedingungen der Bodenlösung maßgeblich sind. Anderenfalls (Acker-Auengley wie in Bad Freienwalde) sind es vor allem diese substratbedingten Eigenschaften, die letztlich die stattfindende Freisetzung bestimmen. Es konnte gezeigt und bestätigt werden, dass hohe Ton und Schluffgehalte, hohe Gehalte an pedogenen, wenig kristallinen Eisenoxiden (Gley-Braunerde in Erkner), hohe Gehalte an austauschbarem Ca2+ und Mg2+ durch Adsorptions- und Ausfällungs-prozesse zur Verrin-gerung der Freisetzung von organischem Material beitragen. Es wird in den PAK-kontaminierten Böden trotz ihrer nur geringen Wasserlöslichkeit unter Mitwirkung der organischen Substanz teilweise in großen Mengen PAK mobilisiert. Die Möglichkeit einer an den organischen Kohlenstoff gekoppelten Tiefenverlagerung bis in das Grundwasser wurde in der reliktischen Gley-Braunerde in Erkner deutlich. Vergleyte Rostbraunerden des Standortes Berlin-Britz zeigen eine durch hohe Durchlässigkeiten und gelöstes organisches Material begünstigte Verlagerung der PAK aus dem Oberboden mit dem Sickerwasser. Die Qualität der organischen Masse (Zersetzungsgrad) spielt neben ihrer Menge eine wesentliche Rolle für die Schadstoffmobilisierung. Untersuchungen zum Einfluss des löslichen organischen Materials auf die Mobilisierung und Tiefenverlagerung von Schadstoffen müssen deshalb mit der standorttypischen gelösten organischen Substanz durchgeführt werden, da berücksichtigt werden muss, dass infolge veränderter Umweltbedingungen auch zu Veränderungen an der organischen Substanz kommt, die wiederum für die Schadstoffmobilisierung von entscheidender Bedeutung sein können. Die statistische Auswertung des umfangreichen Datenmaterials zeigte, dass Wassergehalt und pH nur einen geringen Einfluss auf die PAK-Konzentration haben. Verbesserte Bestimmtheitsmaße werden erzielt, wenn zusätzlich kf, TOC und Glühverlust in die Korrelationen einbezogen werden. Liegt eine größere, statistisch relevante Anzahl von Messwerten eines Bodentyps vor, so werden die theoretisch zu erwartenden Beziehungen zwischen den Gehalt an organischer Substanz und dem PAK-Gehalt in der Korrelation deutlich sichtbar. Für eine weiterführende Klärung direkter Abhängigkeiten zwischen Extraktionsverhalten von PAK und spezifischen Matrixeigenschaften sind Bodenproben mit definierten Korngrößen und Wassergehalten gezielt mit PAK zu kontaminieren und anschließend zu extrahieren. N2 - For the conception of a compatible groundwater and soil reuse of contaminated sites the knowledge of mechanisms and influencing factors are needed for the release of accumulated substances and their transport. The available study had the goal of providing a contribution over influencing factors, which steer the mobility of polycyclic aromatics in soils. Under the use and the unification of past realisations from on-site analytics a sampling plan was developed, to rationally describe the spatially variable transport be-haviour of the PAH in different soils. Under natural weather conditions productive soil profiles horizon-wise, were sampled and the misalignment behaviour (path behaviour) of PAH in addiction of soil parameters was examined. In the field-mixed soil samples apart from PAH analytics the following physiochemical influencing factors were analysed on a PAH mobilisation: Hydraulic sedimentation and radiographic investigations for the evaluation of fine fractions in the soil material; grain size distributions by means of sieve analysis for the determination of kf-values for the evaluation of permeability and absorption ability of the examined soils; water content, loss in ignition and organic carbon content; pH values, electrical conductivity and carbonate contents. Very high PAH contents in the Gleyic Arenosols as at the location Erkner, in the Mollic Podzol as in Beeskow as well as in the Gleyic Rust Arenosols as in Berlin Britz involve an inhibition of the material decomposition. In these soils favourable condi-tions for a high release of organic material exist. With silt-rich development/shaping of the matrix absorption can be favoured. The PAH content/annealing loss-correlations of the respective local typical benchmark soils with clearly deviating measured values point to particularly loaded soils and/or anthropogenic matrix. As important recognized characteristics the organic substances clearly step in their influence on the height of the PAH depth reallocation into feature, if the examined locations exhibit small differences in such substrate conditioned soil characteristics, which are relevant for absorption processes and for the flow conditions of the soil solution. Otherwise (Mollic Gleysols from flood plain deposits as in Bad Freienwalde) there is, above all these substrate conditioned characteristics, which determine in the long run the occurred disposal. That high clay/tone and silt contents, high content of pedogenic, little crystalline ferric oxides (Gleyic Arenosols in Erkner), high contents of exchangeable Ca2+ and Mg2+ could be shown and confirmed by adsorption and precipitation processes contribute to the decrease of the release of organic material. The possibility of a depth reallocation into the groundwater, coupled to organic carbon, became clear in the relict Gleyic Arenosols as in Erkner. Gleyic Rust Arenosols of the location Berlin Britz show one by high permeabilities and solved organic material favoured reallocation of the PAH from the surface soil with the leachate. The quality of the organic mass (decomposition degree) plays a substantial role for the pollutant mobilization apart from its quantity. Investigations of the influence of the soluble organic material on the mobilization and depth reallocation of pollutants must be accomplished therefore with the location-typical solved organic substance, considered that due to changed environmental condition also changes in the organic substance comes, which can be again for the pollutant mobilization of crucial importance. The statistical evaluation of the extensive data showed that water content and pH only have a minor influence on the PAH concentrations. Improved certainty mass are obtained, if additionally kf, TOC and Annealing loss into the correlations are included. If a larger, statistically relevant number of measured values of a type of soil are pre-sent, then those theoretically expecting relations between the content of organic substance and the PAH content in the correlation become clearly visible. For a resuming clarifying of direct dependence between extraction behaviour on PAH and specific matrix characteristics soil samples with defined grain size and water contents are to be contaminated purposefully with PAH and extracted afterwards. KW - Brandenburg KW - Bodenprofil KW - Polycyclische Aromaten KW - Transport KW - Probenahme KW - Probenahmeoptimierung KW - Transportverhalten KW - PAK-Mobilität KW - Bodenprofile KW - Korrelationen KW - Optimization of sampling KW - Spatially variable transport KW - PAH mobility KW - Soil profiles KW - Correlations Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-9562 ER - TY - THES A1 - Islam, Md. Shafi Noor T1 - Cultural landscape changing due to anthropogenic influences on surface water and threats to mangrove wetland ecosystems : a case study on the Sundarbans, Bangladesh T1 - Veränderung einer Kulturlandschaft infolge anthropogener Einflüsse auf Oberflächengewässer und Bedrohung von Mangrovenökosystemen am Beispiel der Sundarbans, Bangladesch N2 - Cultural landscapes are areas of exceptional beauty, containing superlative natural phenomena and are of ecological importance. At present cultural landscapes and wetlands are the most spectacular global issues for economic growth and balancing of ecosystems. The Sundarbans has an outstanding universal value where the cultural landscape was shared by the indigenous pastoral society over thousand years ago and it is still visible. The site is representing significant ongoing ecological and biological processes in the evolution and development of mangrove ecosystems and communities of plants and animals. It is situated in the Ganges transboundary catchment which is known as the single largest stretch of productive mangrove ecosystems in the world. It covers 10,000 km² between Bangladesh and India. The Sundarbans portion of Bangladesh is about 62 % and covers an area of 6017 km². It was declared as world natural heritage site by the UNESCO in 1997 and as a Ramsar site in 1992 already. There is an agglomeration of biodiversity with 66 different species of mangroves growing there. For comparison: 70 species of mangroves are found in the world. A large part of mangrove wetlands in Bangladesh, almost 45 %, have disappeared within the last three decades. The Gorai River is the main tributary of the Ganges which supplies downstream freshwater to the Sundarbans and ensures the ecosystems balance in the coastal region. Since the diversion of the Ganges water at Farakka Barrage in India from early 1975, the salinity level has increased drastically in the south western part of the region. Due to the reduction of the Ganges flows the industries are facing serious problems. Inequality control of the products and fragile affects are demonstrating on agriculture, fisheries, navigation, and hydromorphology, quality of drinking water and mangrove wetlands ecosystems. As a result, about 170,000 hectares (20.4%) of new land has been affected by various degrees of salinity during the last three decades. 38 % of the country’s territory and 33 % of its population is already affected by salinity intrusions. The saline front defined by the 0.5 dS/m isohaline has penetrated in the Nabaganga River as far north as Magura is far from the coast (240 km). Similarly about 6 dS/m has penetrated 173 km from the Sea in the Atharobanka River to the vicinity of the off-take from the Madhumati River. The research findings are showing 10805-21610 dS/m salinity is the best productive range in Sundarbans, where only 20 % of the area is within 32415 dS/m range of salinity and 80 % of the area (4813.60 km²) has a salinity rate over 32414 dS/m. The dominant species Heritiera fomes and Ceriops decendra are affected by top-dying disease which is recognised as key management concern. Procedures of water salinity modelling of 13 rivers in the Sundarbans region lay out increasing salinity trends. Fourier Polynomial Models have been done on 13 rivers where the time series approach (4 years) has been considered. The results show that only one river has crossed the salinity threshold line of 20 ppt or 43,220 dS/m which was the maximum value in 2000. Whereas 6 rivers have crossed in 2001, 8 rivers have crossed in 2002 and important 11 rivers have crossed the water salinity threshold line in 2003. According to average peak values of river water salinity there are 4 rivers (basin 1, 2, 3 and 4) that are in good condition, two rivers (basin 7 and 9) carry the moderate situation and 7 rivers (basin 5, 6, 7, 8, 10, 12 and 13) carry the high salinity rate in the dry season, which are major threats for mangrove ecosystems in the Sundarbans. The high salinity zone is located in the south-western corner of the Sundarbans; the previous values were 38,898-54,025 dS/m while the present values are 54,025 – 69,152 dS/m. Furthermore the area has been extended from South to North and East to West direction. The Fourier Polynomial models show the cyclic increasing behaviour of water salinity in the Sundarbans Rivers. Considering the results of all models and threshold values of water salinity for the Sundarbans case, it is clearly indicated and forecasted the message that upstream fresh water supply is necessary and emergent for the protection of cultural landscapes and mangrove wetlands ecosystems in the Sundarbans region. As priority is given by surface water salinity modelling, statements are formulated to support planning activities and to protect a special natural heritage site. The findings of this study would be a potential contribution to make a comprehensive management plan for the long-term conservation and protection of the cultural landscape and mangrove wetlands ecosystem in the Sundarbans region. N2 - Kulturlandschaften sind oft Gebiete von außergewöhnlicher Schönheit, die sowohl natürliche Phänomene repräsentieren, als auch von ökologischer Bedeutung sind. Kulturlandschaften und insbesondere Feuchtgebiete zählen zu den wichtigsten globalen Kernpunkten für Wirtschaftswachstum und für das Gleichgewicht von Ökosystemen. Das Ökosystem der Sundarbans hat einen überragenden universellen Wert. Bereits vor über tausend Jahren wurde diese Kulturlandschaft von der einheimischen Landbevölkerung genutzt. Dies ist auch heute noch sichtbar. Am Ökosystem der Sundarbans lassen sich die biologischen Prozesse und die ökologische Entwicklung der Mangrovenökosystem und der Lebensräume von Pflanzen und Tieren erkennen. Die Sundarbans liegen im Einzugsgebiet des die nationalen Grenzen überschreitenden Ganges. Sie sind weltweit bekannt als größtes und ergiebiges Mangrovenökosystem. Das Mangrovenökosystem umfasst eine Fläche von 10.000 km² zwischen Bangladesch und Indien. Der Anteil von Bangladesh an den Sundarbans beträgt 62% und umfasst ein Gebiet von 6017 km². Im Jahr 1997 wurde es von der UNESCO zum Weltnaturerbe erklärt und gemäß der Ramsar-Konvention als Ramsar-Feuchtgebiet im Jahr 1992. Das Gebiet schließt eine Artenvielfalt mit 66 Mangrovenarten ein. Zum Vergleich: Es gibt bislang 70 bekannte Mangrovenarten auf der Erde. Ein sehr großer Teil, fast 45 % der Mangrovenfeuchtgebiete von Bangladesch, sind in den letzten drei Dekaden verschwunden. Der Gorai-Fluß ist der Hauptarm des Ganges, der die Sundarbans stromabwärts mit Frischwasser versorgt und das Gleichgewicht des Ökosystems in der Küstenregion gewährleistet. Seit Anfang des Jahres 1975 wird der Ganges im Farakka Stauwehr (Indien) umgeleitet. Seitdem ist der Salzgehalt im westlichen Teil der Region drastisch gestiegen. Durch die Verringerung des Flussbetts des Ganges steht die Industrie vor ernsthaften Problemen bezüglich der Qualitätskontrolle der Produkte. Auswirkungen sind auch für die Landwirtschaft, die Fischerei, den Schiffsverkehr, die Hydromorphologie, die Qualität des Trinkwassers und die Ökosysteme der Feuchtgebiete der Mangrovenwälder zu verzeichnen. Durch die Versalzung sind bereits ca. 170,000 Hektar (20.4%) Neuland während der letzten drei Dekaden betroffen. Das entspricht 38 % des Hoheitsgebiets von Bangladesch. Die Versalzung hat sich bereits auf 33% der Bevölkerung ausgewirkt. Die Salzfront, die durch die 0.5 dS/m Isohaline definiert wird, ist bereits in den Nabaganga Fluss bis zur Stadt Magura, die 240 km von der Küste entfernt ist, eingedrungen. Im Atharobanka Fluss, der 173 Kilometer vom Meer entfernt ist, wird nahe des Abzweiges des Madhumati Rivers ein Salzgehalt von ca. 6 dS/m gemessen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass das Ökosystem der Sunderbans einen mittleren Salzgehalt von 10805-21610 dS/m aufweist, wobei 20 % des Gebietes einen Salzgehalt von 32415 dS/m und 80 % des Gebiets (4814 km²) einen Salzgehalt über 32414 dS/m aufweisen. Die dominierenden Arten Heritiera fomes und Ceriops decendra sind davon intensiv betroffen. Dies gilt als auffälligstes Ereignis in den Sundarbans. Die Modelle für den Salzgehalt von 13 Flüssen in der Region der Sundarbans zeigen steigende Tendenzen des Salzgehaltes. Die Ergebnisse der Fourier-Modelle zeigen, dass nur ein Fluss den Grenzbereich des Salzwassergehaltes (20 ppt oder 43,220 dS/m) im Jahr 2000 übersteigt. Dagegen überschreiten bereits im Jahr 2001 6 Fließgewässer, im Jahr 2002 8 Fließgewässer und im Jahr 2003 11 Fließgewässer den Grenzwert des Salzgehalts. Entsprechend den mittleren Höchstwerten des Salzgehaltes sind 4 Fließgewässer (Bassin 1, 2, 3 und 4) in gutem Zustand, 2 Fließgewässer (Bassin 7 und 9) im mittleren und 7 Fließgewässer (Bassin 5, 6, 7, 8, 10, 12 und 13) im schlechten Zustand während der trockenen Jahreszeit. Dies ist eine der Hauptbedrohungen für die Ökosysteme der Mangrovenwälder in den Sundarbans. Die Zone mit dem hohen Salzgehalt liegt im südwestlichen Teil der Sundarbans. Lagen die Werte früher bei 38898-54025 dS/m, so sind es aktuell Werte von 54025 - 69152 dS/m, des Weiteren hat sich das Gebiet von Süden nach Norden und von Osten nach Westen vergrößert. Die Fourier-Modelle zeigen eine kreisförmige Zunahme des Salzgehaltes in den Flüssen der Sundarbans. Fasst man die Ergebnisse der Dissertation zusammen, so lässt sich folgendes feststellen: 1. Es ist eindeutig zu erkennen, dass die Süßwasserversorgung lebenswichtig für den Schutz der Kulturlandschaft und des Ökosystems der Sundarbans ist. 2. Zur Vorhersage der Entwicklung der Sunderbans hat die Modellierung der Wassergüte, insbesondere des Salzgehaltes, höchste Priorität. 3. Administrative Anweisungen zum Schutz dieses Weltkulturerbes sind auszuarbeiten. 4. Die Erkenntnisse dieser Forschungsarbeit tragen dazu bei, einen langfristigen Managementplan für die Erhaltung und den Schutz der Kulturlandschaften und des Ökosystems der Sundarbans zu erstellen. KW - Sundarbans KW - Kulturlandschaft KW - Anthropogener Einfluss KW - Ökosystem KW - Oberflächengewässer KW - Kulturlandschaft KW - Sundarbans KW - Mangrovenökosystem KW - Salzgehalt KW - Management-Plan KW - Cultural landscape KW - Sundarbans KW - Mangrove wetlands ecosystems KW - Water salinity KW - Management plan Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5882 ER - TY - THES A1 - Fongwa, Ernest Anye T1 - A business modelling approach using petri nets to preserve ecosystem services by community-based financial participation T1 - Modellierung von Geschäftsprozessen mit Petri-Netzen zur Erhaltung von Ökosystemdienstleistungen auf der Grundlage einer finanziellen Beteiligung von Gemeinden N2 - Nature protection has been a challenge for a long time due to continuous activities that reduced ecological processes and functions of the natural environment. These ecological processes and function provide huge benefits to humans and their communities known as Ecosystem Services (ES). ES are the benefits people derive from natural ecosystems. Many policy measures such as legal and voluntary protections have been used to preserve ES. But continuous increasing threats on the natural environment show that additional policy instruments are needed to achieve targets for environmental protection and sustainability. There are increasing land degradation, desertification, flooding, water shortage, climate change, which is mainly due to the sinks in ES. The problem is that ES are often considered as free goods making it different for their preservation. Even though tax policy for payment for ES has been used to encourage their preservation, they are reducing in supply. This is due to social dilemmas like differences in preferences, free riders and “tragedy of the Common” problems that are usually the case in resource distribution. Therefore tax systems may not lead to substantial preservation of ES. This has been argued on using utility theories and introduced market-base instruments for preserving ES as one way of achieving policy targets for nature protection. But for this Market for Ecosystem Services (MES) to grow, incentive and motivation schemes are needed to encourage multi-actors interaction in them. This has led to the establishment of a Community-based Financial Participation (CFP) framework as incentive and motivation schemes for business development for preserving ES. This thesis uses socio-economic and ecological concepts to argue for MES and developed a business modelling framework with Petri net. This involves multi-actors’ interaction for the demand and supply for ES (multi-agent interaction) that are modelled for estimating their flows over a landscape for supporting policy targets based on market structures. It also modelled future scenario for achieving environmental balancing for preserving ES and provide a management framework for MES. The management scheme comprises of an estimating model for ES, and models for management scheme and CFP. This provides the basis of using Petri net modelling framework for CFP to foster the growth of MES as options for preserving ES. Petri nets modelling techniques is used in simulating multi-agent interaction for the demand and supply of ES that are couple with management and CFP models to form a unified system approach. Petri nets have been used in many disciplines, but this is the first attempt in its use for modelling ES. CFP has also been developed with the framework of the research for this thesis. UNESCO Biosphere Reserve Spreewald (BRSW) in the Lusatian region of south Brandenburg in Germany is taken as an experimental area for testing the concepts and models developed within the thesis research. The results of this thesis show that MES is a potential for achieving targets for preserving ES, which can contribute to nature protection. This has been justified through data sampling, analytical schemes and management support systems that have been provided in the business modelling and simulation framework in this thesis. N2 - Seit langer Zeit ist der Naturschutz eine Herausforderung aufgrund der fortlaufenden Aktivitäten, die ökologische Prozesse und Funktionen der natürlichen Umwelt beeinträchtigen. Diese ökologischen Prozesse und Funktionen stellen für die Menschen und ihre Gemeinschaften einen sehr großen Nutzen in Form von Ökosystem-Dienstleistungen (engl.: Ecosystem Services, ES) dar. ES sind der Gewinn, den Menschen aus den natürlichen Ökosystemen ziehen. Viele politische Maßnahmen wie gesetzliche und freiwillige Schutzmaßnahmen zielen darauf ab, ES zu bewahren. Aber zunehmende Bedrohungen der natürlichen Umwelt zeigen, dass zusätzliche politische Instrumente zur Erreichung von Umweltschutzzielen und zur Förderung der Nachhaltigkeit notwenig sind. Zunehmende Devastierung, Versteppung, Überschwemmungen, Wasserknappheit und Klimaveränderungen werden hauptsächlich durch die Verringerung der verfügbaren ES verursacht. Das Problem ist, dass ES häufig als kostenlose Waren angesehen werden, was ihre Erhaltung erschwert. Das Angebot an ES verringert sich trotz einer Steuerpolitik als Zahlung für ES. Dies ist auf soziale Dilemmata wie unterschiedliche Präferenzen, die Trettbrettfahrerproblematik und die „Tragödie der Allgemeinheit“ zurückzuführen, die für Ressourcenverteilungsprobleme typisch sind. Folglich können Steuersysteme möglicherweise nicht wesentlich zur Erhaltung von ES beitragen. So wurde in der Nutzentheorie argumentiert, was zur Einführung marktbasierter Instrumente zur Erhaltung von ES und zur Erreichung politischer Ziele im Naturschutz führte. Aber für das Wachstum dieses Marktes von Ökosystem-Dienstleistungen (MES) sind Anreiz- und Motivationsentwürfe erforderlich, um die Interaktion mehrerer Aktoren in ihnen anzuregen. Dies führt zur Einrichtung eines gemeinschaftsbasierten Rahmens der finanziellen Beteiligung (CFP) als Anreiz- und Motivationsentwurf für gesellschaftliche Entwicklung für den Erhalt von ES. Diese Doktorarbeit verwendet sozioökonomische und ökologische Konzepte, um für MES zu argumentieren und entwickelt ein Geschäft, das diesen Rahmen mit einem Petrinetz modelliert. Dieses bezieht Interaktionen der Multiagenten für die Nachfrage und das Angebot der ES mit ein (Multiagenten Interaktion). Das Modell schätzt die Flüsse von ES auf der Grundlage eines Entscheidungshilfesystems zur politischen Zielerreichung. Es modelliert auch ein zukünftiges Szenarium für die Erreichung einer Umweltbilanz für den Erhalt von ES und stellt einen Managementrahmen für MES zur Verfügung. Der Managemententwurf besteht aus einem Schätzmodell für ES und Modellen für den Managemententwurf und CFP. Dies ist die Basis für die Anwendung des Petrinetzmodellierungsrahmens, damit CFP das Wachstum von MES als Möglichkeit für den Erhalt von ES fördert. Die Petrinetzmodellierungstechniken werden verwendet um Multiagent-Interaktionen der Nachfrage und des Angebotes von ES zu simulieren. Diese sind mit dem Management und den CFP-Modellen in einem einheitlichen System gekoppelt (Einheitsmodell). Petrinetze sind in vielen Disziplinen verwendet worden, aber dieses ist der erste Versuch einer Anwendung zur Modellierung von ES. CFP ist im Rahmen der Forschung für diese Doktorarbeit entwickelt worden. Das UNESCO-Biosphärenreservat Spreewald (BRSW) in der Lusatian Region von Südbrandenburg in Deutschland wird als experimenteller Bereich für die Prüfung der Konzepte und der Modelle zugrunde gelegt, die in der Doktorarbeit entwickelt werden. Die Resultate dieser Doktorarbeit zeigen, dass MES ein Potenzial besitzt, die Ziele für den Erhalt von ES zu erreichen, was zum Naturschutz beitragen kann. Dieses wurde durch Datenprobenahme, analytische Entwürfe und Managementstützsysteme gezeigt, die im Geschäftsmodellieren und im Simulationsrahmen in dieser Doktorarbeit entwickelt worden sind. KW - Biosphärenreservat Spreewald KW - Ökosystem KW - Dienstleistung KW - Petri-Netz KW - Modellierung KW - Ökosystemdienstleistungen KW - Geschäftsmodellieren KW - Petrinetze KW - CFP KW - UNESCO-Biosphärenreservat Spreewald KW - Ecosystem services KW - Business modelling KW - Petri nets KW - CFP KW - UNESCO Biosphere Reserve Spreewald Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22930 ER - TY - THES A1 - Wagenschein, Dierk T1 - Einfluß der Gewässermorphologie auf die Nährstoffretention : Modellstudie am Beispiel der mittleren Weißen Elster T1 - Impact of river morphology on nutrient retention : a model study of the Weisse Elster River N2 - Hohe Nährstoffkonzentrationen können aquatische Ökosysteme stark belasten. Bei der integrierten Gewässerbewirtschaftung kommt der Quantifizierung der natürlichen Nährstoffsenken eine große Bedeutung zu. Für den anorganischen Stickstoff sind dies die biogene Assimilation und die benthische Denitrifikation. Denitrifikation wurde bisher vor allem auf der Prozessskala untersucht, eine räumlich differenzierte Erfassung auf mesoskaliger Ebene ist noch nicht erfolgt. Hauptziel dieser Arbeit ist die räumlich aufgelöste Quantifizierung des Nährstoffumsatzes - mit besonderer Berücksichtigung der Stickstoffretention – am Beispiel eines 70 km langen Flussabschnitts der Weißen Elster. Dies wird anhand von Längsschnitt- und Tag/Nacht-Beprobungen, bei denen auch der benthische Biofilm und die Sedimente berücksichtigt wurden, analysiert. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Durchführung von Modellanalysen. Es wurde eine modifizierte Version des Gewässergütemodells WASP verwendet. Damit wurden die Sensitivitäten morphologischer Faktoren untersucht sowie die Einfluss von Renaturierungsmaßnahmen auf den Nährstoffhaushalt analysiert. Unter sommerlichen Verhältnissen wurde eine erhebliche Stickstoffretention nachge­wiesen. Auf der 70 km langen Fließstrecke werden bis zu 32% der in das Gewässer eingetragenen N-Fracht durch Denitrifikation eliminiert. Die Denitrifikation schwankt räumlich sehr stark: Der Stickstoffrückhalt liegt zwischen 0,2 und 1,25 mgN/(l·d), die mittlere Denitrifikationsrate schwankt zwischen 240 mgN/(m2d) in einem kanalisierten Abschnitt und 639 mgN/(m2d) in einem naturnahen Bereich. Von den untersuchten morphologischen Faktoren hat die Länge der Fließstrecke den größten Einfluss auf den Stickstoffrückhalt. Eine Verlängerung der Fließstrecke um 10% bewirkt eine Verringerung der Nitrat-Konzentration um 2,7%. Die Auswirkungen der im Rahmen einer Szenarienanalyse betrachteten Renaturierungs­maßnahmen auf die Stickstoffbelastung sind gering. N2 - There is a high pressure of nutrients for many riverine and coastal ecosystems. For an efficient river water quality management the quantification of the natural sinks of nutrients is one of the main tasks. For inorganic nitrogen the assimilation by algae and the benthic denitrification are the largest sinks. Denitrification was mainly studied on the process scale, but there does not exist any approach, which quantifies denitrification for longer river sections. The main objective of this work is the spatial differentiated quantification of the nutrient turnover – with special regard to nitrogen retention – for a 70 km river section of the Weisse Elster River. The methodical approach consists of longitudinal measurement campaigns, day/night analyses and the investigation of periphyton and sediments. However, in the main it was focussed on model analyses. Instead a modified version of the water quality model WASP was used. Furthermore, the sensitivities of morphological features on nitrogen and phosphorus was analysed and scenario analyses were carried out. As a first result it was shown, that significant nitrogen retention takes place at summer conditions. Denitrification is the largest sink of inorganic nitrogen: up to 32% of the nitrogen load was eliminated for the 70 km river section. Nitrogen retention shows a strong spatial variation caused by the variability of denitrification and periphyton assimilation. The modelled values amount between 0.2 and 1.25 mgN/(l·d), the mean denitrification rate varies between 240 mgN/(m2d) in a channelized river section and 639 mgN/(m2d) in a natural river section. The sinuosity is the most sensitive morphological factor. An increase of 10% leads to a nitrate reduction of 2.7% at the end of the river section. The modelled impact of the most feasible river restoration measures on nitrogen load was low. The main reason is their small spatial scale. KW - Weiße Elster KW - Nährstoffretention KW - Geomorphologie KW - Fließgewässer KW - Nährstoffretention KW - Morphologie KW - Gewässergütemodellierung KW - River morphology KW - Nitrogen retention KW - River water quality modelling KW - Model identification Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-216 ER - TY - THES A1 - Specka, Xenia T1 - Analyse und Parametrisierung eines komplexen Agrarökosystemmodells für Fragestellungen der ökologischen Folgeabschätzung des Energiepflanzenanbaus T1 - Analysis and parameterisation of a complex agro-ecosystem model for environmental impact assessment of energy crop cultivation N2 - In der vorliegenden Arbeit erfolgte sowohl eine Analyse als auch eine Weiterentwicklung des Agrarökosystemmodells MONICA (Model for Nitrogen and Carbon in Agro-ecosystems) für Anwendungen im Rahmen des Energiepflanzenanbaus. Grundlage der Modellanalyse bildeten Sensitivitätsanalysen der Modellparameter mit jeweils unterschiedlichen Fragestellungen. Es wurde eine Methode implementiert, die für die effiziente Durchführung von Sensitivitätsanalysen für komplexe dynamische Ökosystemmodelle mit umfangreicher Parameteranzahl entwickelt wurde. Mittels der Sensitivitätsanalyse wurden sowohl für eine Modellkalibrierung relevante Parameter identifiziert als auch das Verhalten des Modells analysiert. Dazu wurden die Morris- und die Extended FAST-Methode miteinander kombiniert. Eine eigenständige Implementierung der beiden Methoden ermöglichte die Parallelisierung der Modellberechnungen und die Ausführung auf einem Computer-Cluster. Im ersten Schritt der Sensitivitätsanalyse erfolgte eine Analyse und ein Vergleich der Parametersensitivität für verschiedene Fruchtarten. Anschließend wurden diejenigen Parameter identifiziert, die für einzelne pflanzen- und bodenspezifische Modelloutputs sensitiv waren. In einer zusätzlichen Sensitivitätsanalyse wurde die Variabilität der Parametersensitivität hinsichtlich einzelner Modelloutputs in Abhängigkeit von der Simulationszeit untersucht. Darauf aufbauend wurde der Anwendungsumfang des Modells für die Simulation von Energiepflanzen durch fruchtartenspezifische Optimierung der Parameter erweitert. Dafür wurde ein allgemeiner Ansatz entwickelt, der eine Kalibrierung von MONICA unter Verwendung einer eingeschränkten Datenbasis ermöglichte. Für die entwickelten Modellparametersätze der untersuchten Fruchtarten erfolgte eine Validierung an unabhängigen Daten. Es wurde gezeigt, dass für die neuen Energiepflanzen mit MONICA sowohl eine gute Abbildung der Ertragsbildungs- als auch der Bodenwasserdynamik erzielt wird. Abschließend erfolgte eine theoretische Untersuchung verschiedener Ansätze zur Modellvereinfachung und deren Anwendbarkeit in MONICA. Zum einen wurden Ansätze zur Verbesserung des Quellcodes analysiert, die auf eine Verbesserung der Nutzung und Weiterentwickelbarkeit des Modells abzielten. Zum anderen wurden Möglichkeiten zur Vereinfachung der Modellanwendung durch Reduktion des Modellfunktionsumfangs vorgestellt. N2 - In this thesis, both analysis and further development of the agro-ecosystem model MONICA (Model for Nitrogen and Carbon in Agro-ecosystems) were conducted for applications in the context of energy crop cultivation. Model analysis included different sensitivity analyses, each with a different objective. A method was used which has been developed for the efficient implementation of sensitivity analyses for complex dynamic ecosystem models with an extensive number of parameters. Sensitivity analysis was carried out to identify model parameters important for model calibration as well as to analyse the model’s behaviour. In this study, the Morris and Extended FAST methods were used in combination. The separate implementation of both methods allowed the parallelisation of model calculations and the execution of code on a multi-core computer cluster. In a first step, sensitivity of model parameters was calculated and analysed for different crops. Subsequently, parameters were identified which were sensitive to individual plant- and soil-specific model outputs. In a further study, the variability of parameter sensitivity as a function of simulation time was investigated for individual model outputs. Based on these analyses, the range of applications of MONICA was expanded to include new energy crops by crop-specific parameter optimisation. A general approach was developed which enables the calibration of MONICA using a limited data base. The newly developed model parameter sets for the analysed crops were validated against independent data. It was shown that MONICA was able to predict biomass growth and soil moisture dynamics well for the newly integrated energy crops. Finally, a study of different model simplification approaches and their applicability in MONICA was presented. Different approaches to improve the source-code were analysed which aimed at enhancing the model and its applicability. In addition, possibilities of simplifying the model by reducing the model’s functionality were discussed. KW - Energiepflanzen KW - Parametrisierung KW - Sensitivitätsanalyse KW - Agrarökosystemmodell KW - MONICA KW - Modellkomplexität KW - Parametrisierung KW - Sensitivity analysis KW - Agro-ecosystem model KW - MONICA KW - Model complexity KW - Parameterisation Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29633 ER -