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 - Hydrologie KW - Wasserbewirtschaftung KW - Klimaänderungen KW - Landnutzungsänderungen KW - Anpassungsoptionen KW - Adaptation strategies KW - Hydrology KW - Climate change KW - Land use change KW - Water management KW - Lausitz KW - Hydrologie KW - Klimaänderung KW - Wasserwirtschaft KW - Landnutzung KW - Anpassung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32262 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 - Land use change KW - Climate change impact assessment KW - Trend analysis KW - Lausitzer Flusseinzugsgebiete KW - Trendanalyse KW - Klimawandelimpaktanalyse KW - Landnutzungswandel KW - Unsicherheit KW - Uncertainty KW - Lusatian river catchments KW - Spree KW - Schwarze Elster KW - Einzugsgebiet KW - Klimaänderung KW - Klimamodell KW - Wasserwirtschaft KW - Landnutzung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-32519 ER - TY - THES A1 - Gröschke, Andreas T1 - Eisenhaltige Schlämme aus Grubenwasserreinigungsanlagen des Lausitzer Braunkohlereviers T1 - Iron-containing sludges from mine water treatment plants in the Lusatian lignite mining district N2 - Bei der Behandlung saurer Grubenwässer fallen in den Grubenwasserreinigungsanlagen des Lausitzer Braunkohlereviers jährlich rund 13 Mio. m³ Schlamm an. Dabei handelt es sich überwiegend um carbonathaltige Eisenhydroxidschlämme. Die Schlämme werden in Tagebauseen, spezielle Absetzbecken oder in ausgekohlte Tagebaubereiche eingeleitet. Der Umgang mit diesen Dünnschlämmen setzt Kenntnisse ihres Umweltverhaltens voraus. Zur Charakterisierung ihrer Eigenschaften wurde mit dem Schlamm-Modell ein komplexes Instrumentarium entwickelt. Das physikalische, das mineralogische und das chemische Teilmodell beinhalten jeweils allgemeine Modellvorstellungen, Aussagen zur Untersuchungsmethodik sowie eine entsprechende Charakterisierung der Schlämme aus dem Lausitzer Braunkohlerevier. Im Rahmen der Arbeit wurden Frisch- und Altschlämme aus 6 Grubenwasserreinigungsanlagen, ein synthetisch erzeugter Schlamm, ein Schwertmannitschlamm sowie die Flockungsmittel Weißfeinkalk und Weißkalkhydrat untersucht. Neben physikalischen und chemischen Analysen sowie Säuretitrationen und pH-stat-Versuchen wurden phasenanalytische Untersuchungen (Röntgendiffraktometrie, Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, energiedispersive Röntgenmikroanalyse, Thermogravimetrie) durchgeführt. Auf Grundlage der Untersuchunsgergebnisse wurden ein Klassifizierungs- und ein Untersuchungsschema für die Schlämme aus den Lausitzer Grubenwasserreinigungsanlagen abgeleitet. N2 - The treatment of acid mine drainage leads to the formation of about 13 million cubic meters of sludge per year in mine water treatment plants in the Lusatian lignite mining district. These are predominantly carbonate containing ferric hydroxide sludges. The sludges are discharged into mining lakes, special settling ponds or areas of abandoned open cuts. The disposal and use of low-density sludge requires the knowledge of their environmental behavior. Therefore, the so-called sludge model was developed, a complex set of generic tools characterising sludge properties. The physical, mineralogical and chemical sub-models include general model conceptions, the description of methods of the investigation and the according characterization of sludges specific for the Lusatian lignite mining district. Fresh and aged sludges from six treatment plants were investigated as well as one sample of synthesized sludge, a schwertmannite sludge and the treatment chemicals quicklime and hydrated lime. In addition to physical and chemical analyses, acid titrations and pH-Stat experiments as well as phase analyses (X-ray diffraction, transmission and scanning electron mikroscopy, energy dispersive X-ray analysis, thermogravimetric analysis) were performed. Based on the results a classification and investigation scheme for sludges from treatment plants in the Lusatian lignite mining district was developed. 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 KW - Lignite mining KW - PHREEQC modelling KW - Surface complexation KW - Ferric hydroxide sludge KW - Acid mine drainage treatment Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1647 ER - TY - THES A1 - Schuh, Alfred T1 - Eishochwasser an Oder und Elbe aus historischen und meteorologischen Gesichtspunkten und im Hinblick auf mögliche Gefährdungen T1 - Ice related floods on Oder and Elbe river from a historical and a meteorological point of view and potential risks N2 - Die Dissertation 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. N2 - The thesis is divided into several parts. The historical part shows the chronology of the ice floods on Oder and Elbe from 1700 to today and compares the causes of then and now. The meteorological part of the influences of weather situations for Greater Europe and the North Atlantic Oscillation are examined for ice floods with the aim of predicting them. In the third part the hazard of making an ice flood is documented, starting with the process of ice forming, growth of the ice thickness, moving forwards of the ice frontier and the blockage through the ice. This results in high water levels rise. These are favored by vegetation on the banks, narrow bridge openings, sandbanks, narrowing of the outflow profile, reduced gradient and by the Tide. Because of these reasons the dikes, flood control facilities and other structures and buildings are endangered and damaged. The last part deals with the fight against ice floods through icebreakers. KW - Inlandeis KW - Hochwasserschaden KW - Deich KW - Eishochwasser KW - Nordatlantische Oszillation KW - Prozess der Eisbildung KW - Schmale Brückenöffnungen KW - Blockaden durch Eis KW - North Atlantic Oscillation KW - Process of ice forming KW - Ice floods KW - Narrow bridge openings KW - Blockage through the ice Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23582 ER - TY - RPRT A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Hüttl, Reinhard, F. T1 - Initial development of the artificial catchment 'Chicken Creek' - monitoring program and survey 2005-2008 N2 - This report introduces the monitoring installations of the artificial catchment 'Chicken Creek' and summarizes results of the measurement in the period 2005-2008, covering various aspects and compartments from meteorology and hydrology, soil and soil solution chemistry, vegetation and soil fauna to limnology and surface patternsfor the period 2005 to 2008. This volume is the beginning of a series with results of the ongoing Chicken Creek monitoring program. N2 - Dieser Bericht beschreibt die Monitoringeinrichtungen des künstlichen Wassereinzugsgebietes "Hühnerwasser" und fasst die Ergebnisse der Untersuchungen in den Jahren 2005 bis 2008 für die Meteorologie und Hydrologie, den Boden, die Bodenlösungschemie, die Vegetation und Bodenfauna, bis hin zur Limnologie und zu Oberflächenformen zusammen. Dieser Band ist der Beginn einer Reihe mit Ergebnissen des laufenden Monitoringprogramms im Einzugsgebiet Hühnerwasser. T3 - Ecosystem development - 2 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Monitoring KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek KW - Monitoring Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20732 SN - 1867-7800 ER - TY - THES A1 - Feldmann, Lutz T1 - Optimierung des Mitteleinsatzes für Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgewässern im urbanen Raum T1 - Automatic optimization of flood-protection measures at rivers in urban areas N2 - Die Ausarbeitung von wirtschaftlichen Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgewässern stellt insbesondere im urbanen Raum aufgrund vieler Randbedingungen eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Darüber hinaus ist die Variantenstudie mit hydraulischer Modellierung und belastbarer Kostenermittlung ein zeit- und kostenintensiver Prozess. Aus vielen herkömmlichen Variantenstudien gehen Planungen hervor, ohne alle Einsparpotenziale auszuschöpfen. Mit dieser Arbeit wird ein Planungswerkzeug zur computergestützten automatischen Optimierung von Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgewässern entwickelt. Dafür wird die Variantenstudie automatisiert, indem die Variantenbildung, die hydraulische Berechnung und die Variantenbewertung in einem Optimierungssystem miteinander verknüpft werden. Nach entsprechender Konfiguration bewertet das Optimierungssystem automatisch verschiedenste Varianten in iterativer Vorgehensweise. Damit die Suche nach der Vorzugsvariante zielorientiert erfolgt, wird das System von einem heuristischen Optimierungsalgorithmus gesteuert. Das entwickelte Planungswerkzeug bietet eine substanzielle Unterstützung bei der Beantwortung gestalterischer Fragestellungen im Wasserbau und der Kostenoptimierung von Hochwasserschutzmaßnahmen an Fließgewässern. Zur Berechnung der Wasserspiegellage und anderer für die Bewertung einer Variante relevanter hydraulischer Parameter kommt das Programm WSPR2007 der Firma PSW-Knauf, Jugenheim zum Einsatz. Die Einbindung von anderen Programmen wäre nach der Entwicklung entsprechender Schnittstellen zum Datenaustausch zwischen hydraulischem Modell und Optimierungssystem möglich. Für die Variantenbildung sind zunächst die Freiheitsgrade bei der Planung von Hochwasserschutzmaßnahmen zu definieren. Um den Hochwasserschutz zu verbessern, werden Ufererhöhungen, Veränderungen der Gerinnebreiten sowie Veränderungen der Sohlenhöhen und des Sohlengefälles untersucht. Zudem kann wahlweise die Anhebung von das Gewässer kreuzenden Brücken bei der Optimierung berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit gilt ein Planungsziel als erfüllt, wenn der Bemessungsdurchfluss ohne Ausuferungen abfließt. Bei der Automatisierung der Variantenstudie ist die Vorgabe des Optimierungsalgorithmus zu beachten, dass eine Variante über eine begrenzte Anzahl Entscheidungsvariablen abzubilden ist. Um dem gerecht zu werden, werden Parametrisierungsansätze entwickelt, die die Schnittstelle zwischen dem Algorithmus und dem hydraulischem Modell bilden. Zur Parametrisierung werden Bézierkurven verwendet, mit denen die Gewässergeometrie nachgeformt wird. Über die Veränderung der entsprechenden Bézierpunkte können verschiedenste Geometrien gebildet und hydraulisch untersucht werden. Für den Optimierungsalgorithmus stellen die Bézierpunkte die Entscheidungsvariablen dar. Wahlweise können durch eine entsprechende Programmoption für den Planzustand Mittel- und Niedrigwasserrinnen im Gewässer vorgesehen werden. Zur Variantenbewertung werden die Kosten für Hochwasserschutzmaßnahmen kalkuliert, die anfallen, um das Bemessungshochwasser schadlos abzuleiten. Hierfür werden Kostenfunktionen für technische Hochwasserschutzmaßnahmen im Detaillierungsgrad einer Entwurfsplanung entwickelt. Um die Leistungsfähigkeit des entwickelten Optimierungssystems zu beurteilen, wird es an einfach nachvollziehbaren Testfällen angewendet. Mit den Anwendungsbeispielen – die auf Daten der Vereinigten Weißeritz im Stadtgebiet von Dresden basieren – wird das Optimierungssystem zur Lösung praxisnaher Problemstellungen eingesetzt. Mit dem angesetzten Bemessungsdurchfluss werden Hochwasserschutzmaßnahmen erforderlich. Es wird untersucht, wie sich Sohleneintiefungen gegenüber Brückenanhebungen verhalten und welche Auswirkungen Gerinneaufweitungen auf die Kosten haben. Im Vergleich zu Lösungen, die in herkömmlicher Vorgehensweise ausgearbeitet wurden, zeigt sich die gute Leistungsfähigkeit des Optimierungssystems. Bei den verschiedenen Anwendungsbeispielen wird stets der richtige Lösungsansatz erkannt, und die Feinabstimmung ermöglicht die Ausarbeitung sehr detaillierter und kostenoptimierter Vorzugsvarianten. Aufgrund der Automatisierung der Variantenstudie wird es möglich, nach der Konfiguration des Systems ohne viel Aufwand des Ingenieurs, die Auswirkungen von verschiedenen Bemessungsgrößen wie Durchfluss und Freibord auf die Kosten zu ermitteln. Die Ergebnisse der automatischen Optimierung sind gut nachvollziehbar, weil eine transparente Aufbereitung der kalkulierten Kosten möglich ist. Darüber hinaus liegt von jeder optimierten Vorzugsvariante der Geometriedatensatz des hydraulischen Modells vor, so dass die Möglichkeit zur Prüfung der hydraulischen Berechnungen gegeben ist. Die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Fragestellungen können ohne Anpassungen am Optimierungssystem auf andere Fließgewässer angewendet werden. Es sind lediglich die für die Planung relevanten Randbedingungen über Schnittstellen einzupflegen. N2 - The design of large-scale flood-protection systems for urban rivers is a complex task with many variables and constraints to consider. To evaluate a design, river hydraulics must be computed and costs for flood-protection measures must be calculated in detail. Finding economical solutions is a time-consuming and costly process. In this dissertation an automatic optimization system is described, which enables an engineer to design cost-efficient solutions for defined levels of urban river flood protection. The automatic optimization process is similar to that of the conventional, manual design process, and analyzes input variables iteratively. Each iteration builds a flood-protection system by combining flood-protection measures, computes the water surface, and evaluates the system by determining investment costs for the chosen flood-protection measures. Throughout the optimization process, which is controlled by an optimization algorithm based on Evolutionary Strategies, costs are minimized. To increase flood protection, changes in the height of river banks and protective walls, the width, the depth and the slope of the channel, and the height of bridges are considered. To vary these parameters automatically, parameterization approaches are applied, which connect the optimization algorithm with the one-dimensional hydraulic river model. Cost-functions are developed and applied to rate each flood-protection system by calculating the investment costs required to realize runoff without flooding. Several test cases are used to analyze the performance of the automatic optimization system. It is shown, that the automatic optimization system solves given problems well and generates realistic, natural river designs. By applying the automatic optimization system to a known problem taken from literature, the correct solution is found in a reasonable computing time. Further the automatic optimization system is applied to a real-world problem. The computed results compare well with the conventionally generated solutions, however, investment costs can be reduced significantly. Once the automatic optimization system is configured to a problem, it generates detailed and reliable solutions automatically. This allows a comprehensive analysis of how discharge, freeboard and other boundary conditions affect the costs. The comparable data supports the decision-making process and the economical expenditure of financial resources. The evaluation of flood-protection systems can be extended further to consider ecological interests, for example. To determine longterm operating efficiency, annualized maintenance costs can be considered as well. KW - Fliessgewässer KW - Hochwasserschutz KW - Kostenoptimierung KW - Automatische Optimierung KW - Hochwasserschutz KW - Wirtschaftliche Mittelverwendung KW - Wirtschaftlichkeit KW - Kostenfunktionen KW - Automatic optimization KW - Flood protection KW - Financial resources KW - Cost-efficient KW - Cost functions Y1 - 2009 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-11376 ER - TY - THES A1 - Bauer, Oliver T1 - Potenziale des Wasser- und Stoffrückhalts in Niederungsgebieten des pleistozänen Tieflands zur Minderung der Nährstoffbelastung in Fließgewässern N2 - Die Arbeit dokumentiert die Entwicklung von Algorithmen, mit denen auf mesoskaliger Ebene die Auswirkungen des Wassermanagements in grundwasserregulierten Niederungen auf deren Wasserrückhalt abgeschätzt werden können, ebenso wie damit verbundene Änderungen der Nährstoffeinträge in Fließgewässer. Dies geschieht auf der Grundlage breitenverfügbarer Gebietsinformationen, die in dem Geographischen Informationssystem ARC/INFO verarbeitet werden. Den zeitlichen Bezug bilden langjährige Monatsmittel. Die Algorithmen wurden auf das ca. 1900 km² große Einzugsgebiet des Rhin im Nordwesten des Landes Brandenburg angewendet. Dazu wurde eine Grundvariante entwickelt, für die sich die Grundwasserhaltung aus der Landnutzungsverteilung der 1990er Jahre ableitet. Weitere fünf Szenarien folgen möglichen zukünftigen Zielstellungen der Land- und der Wasserwirtschaft. Der auch auf andere Gebiete des nordostdeutschen Tieflands übertragbare Modellansatz reagierte auf sämtliche Eingabeparameter plausibel. Ein Szenarienvergleich ergab eine Minderung des Gebietsabflusses um 45% zur Grundvariante, was einer Minderung von Stoffeinträgen in die Gewässer von bis zu 177 t N/a und 11 t P/a entspricht. N2 - This work documents the development of algorithms to estimate the effects of water table management in regulated bottom lands on the water retention at the mesoscale level, likewise the associated changes of nutrient immissions in running waters. This is done on the basis of broad-available information, which is processed in the Geographical Information System ARC/INFO. Temporal data base on longtime monthly means. The algorithms have been applied to the approx. 1900 km² large catchment area of the River Rhin, situated in the northwest of the country Brandenburg. Therefore a basic variant was developed, for which the groundwater management is derived from the distribution of land use in the decade of 1990. Other five scenarios follow potential future goals of land and of water management. The model approach, being transferable to other areas of the northeastern German lowlands, reacted to all input parameters plausibly. A comparison of the scenarios showed a reduction of the area discharge around 45% to the basic variant, which corresponds to a decrease of nutrient immissions into the waters of up to 177 t N/a and 11 t P/a. KW - Deutschland KW - Niederung KW - Oberflächengewässer KW - Eutrophierung KW - Wasserrücklage KW - Mathematisches Modell KW - Wasserrückhalt KW - Stoffrückhalt KW - Wiedervernässung KW - Melioration KW - Grundwasserhaltung KW - Water table management KW - Controlled drainage KW - Subirrigation Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000420 ER - TY - RPRT A1 - Elmer, Michael A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Gerwin, Werner A1 - Hüttl, Reinhard F. T1 - The artificial catchment 'Chicken Creek' - initial ecosystem development 2005-2010 N2 - This volume summarizes the monitoring activities and results at the ‘Chicken Creek’ catchment for the period 2005 to 2010. The development in all ecosystem compartments is assessed, classified, and compared to more mature systems with regard to functional relevance and succession stage. In a final synopsis, the whole catchment is evaluated with regard to ecosystem development and an outlook is given on the expected trends both in the short and the medium term. N2 - In diesem Band werden die Dauerbeobachtungen und ihre Ergebnisse im Einzugsgebiet "Hühnerwasser" im Zeitraum 2005 bis 2010 zusammengefasst. Die Entwicklung aller Ökosystemkompartimente wird abgeschätzt, eingeordnet und mit weiter entwickelten Systemen hinsichtlich funktioneller Relevanz und Sukzessionszustand verglichen. In einer abschließenden Zusammenfassung wird die ökosystemare Entwicklung des Gesamteinzugsgebietes bewertet und ein Ausblick auf die erwarteten kurz- und mittelfristigen Trends gegeben. T3 - Ecosystem development - 3 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Monitoring KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek KW - Monitoring Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-23730 SN - 1867-7800 ER - TY - RPRT A1 - Gerwin, Werner A1 - Schaaf, Wolfgang A1 - Biemelt, Detlef A1 - Elmer, Michael A1 - Maurer, Thomas A1 - Schneider, Anna T1 - The Artificial catchment 'Hühnerwasser' (Chicken Creek): construction and initial properties N2 - In this first volume of the series ‘Ecosystem Development’, the geographic situation of the artificial catchment 'Chicken Creek', its construction and fundamental structures, as well as an outline of the comprehensive monitoring program are introduced. Established in autumn 2005 thanks to financial support from the Brandenburg University of Technology and the State of Brandenburg itself, the monitoring program was set up in order to document the highly dynamic development of this initial-phase system and describe the newly emerging structures both qualitatively and quantitatively. The data provided by the central monitoring project can also be used as the fundamental basis for a number of other scientific projects. The objective of this series is to document this important research site, including the changes occurring during the ongoing initial stages of ecosystem development. Whereas this volume presents the site itself and the general concept of the monitoring investigations, the following volumes in the series will present the results gathered during each phase of the investigative period. N2 - In diesem ersten Band der Schriftenreihe "Ecosystem Development" werden die geographische Situation, der Bau und grundlegende Strukturen sowie das umfassende Monitoringprogramm im künstlichen Wassereinzugsgebiet "Hühnerwasser" vorgestellt. Im Herbst 2005 konnte mit finanzieller Unterstützung durch die BTU Cottbus und das Land Brandenburg das Monitoringprogramm eingerichtet werden, um die hoch dynamischen Entwicklungen dieses initialen Systems zu dokumentieren und die sich neu entwickelnden Strukturen sowohl qualitativ wie auch quantitativ zu beschreiben. Die durch das zentrale Monitoring gewonnenen Daten können als grundlegende Basis für zahlreiche wissenschaftliche Projekte genutzt werden. Das Ziel dieser Schriftenreihe ist die Dokumentation dieses wichtigen Forschungsgeländes mit seinen Veränderungen während der andauernden Initialphase der Ökosystementwicklung. Während dieser Band die Fläche selbst und das generelle Konzept der Monitoringuntersuchungen vorstellt, befassen sich die folgenden Bände der Reihe mit den Ergebnissen verschiedener Untersuchungszeiträume. T3 - Ecosystem development - 1 KW - Welzow KW - Braunkohlentagebau KW - Rekultivierung KW - Wassereinzugsgebiet KW - Ökosystem KW - Ökosystem KW - Künstliches Wassereinzugsgebiet KW - Hühnerwasser KW - Ecosystem KW - Artificial catchment KW - Chicken Creek Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20725 SN - 1867-7800 ER -