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Digitale Grundwasserneubildungskarte von Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Hamburg und Bremen – Erstellung und Auswertungsbeispiele –

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2006

Autorin/Autor:
Ralf Kunkel, Heye Bogena, Björn Tetzlaff & Frank Wendland

Schlagworte:
Grundwasserneubildung, digitale Karte, GROWA

Zitierung:
KUNKEL, R., H. BOGENA, B. TETZLAFF & F. WENDLAND (2006): Digitale Grundwasserneubildungskarte von Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen, Hamburg und Bremen– Erstellung und Auswertungsbeispiele. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (5), 212–220

Im Rahmen von Forschungskooperationen des Forschungszentrums Jülich mit dem Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung (NLfB), dem Geologischen Dienst Nordrhein-Westfalen (GD NRW) und der Umweltbehörde Hamburg wurde eine zusammenhängende, flächendeckende digitale Karte der Grundwasserneubildung für die vier Bundesländer erstellt. Hierzu wurde das im FZ Jülich entwickelte Wasserhaushaltsmodell GROWA verwendet. Die Berechnung erfolgte geschlossen unter Verwendung von digitalen, landesweit verfügbaren Datensätzen. Aufbauend auf den Modellergebnissen zur Grundwasserneubildung wurden drei Beispiele für die vielfältigen Auswertungsmöglichkeiten dieser digitalen Karte aufgezeigt.

Gesamtes HyWa Heft 5, 2006

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Modellierung von Arsen in der Mulde

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 4,
August 2006

Autorin/Autor:
Christiane Zarfl, Jörg Klasmeier und Michael Matthies

Schlagworte:
Arsen, Elbehochwasser, Mulde, inverse Modellierung, Schwebstoffe

Zitierung:
ZARFL, C., J. KLASMEIER & M. MATTHIES (2006): Modellierung von Arsen in der Mulde. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (4), 169–177

Ausgehend vom Elbe-Hochwasser 2002, das die Frage der zusätzlichen Mobilisierung von Schwermetallen aus dem Sediment aufwarf, wurde die Normalsituation der Arsenbelastung im Einzugsgebiet der Mulde, einem Nebenfluss der Elbe, analysiert. Auf der Basis von vier Messkampagnen aus den Jahren 1992 und 1993 wurde ein datenbasiertes Massenbilanzmodell erstellt und kalibriert, das die gemessenen Arsenkonzentrationen gut abbildet. Durch inverse Modellierung konnten die Eintragsfrachten aus verschiedenen Quellen bestimmt werden. Neben einer erhöhten geogenen Hintergrundbelastung wird Arsen durch Erosion, Abschwemmung und Auslaugung aus den Halden der Bergbau- und Verhüttungsregionen des Einzugsgebietes in das Gewässer eingetragen. Die Analyse der Daten und Modellrechnungen ergab, dass so die Nebenflüsse Zschopau und das Schwarzwasser stark zur Arsenbelastung des Mulde-Hauptlaufes beitragen. Da alle vier Messkampagnen in Zeiten mit nur geringen Niederschlägen durchgeführt wurden, ist keine Aussage über einen erhöhten Eintrag durch Niederschlagsereignisse möglich. Der Muldestausee in der Vereinigten Mulde (bei Bitterfeld) stellt eine Schwebstoffsenke und somit auch eine Senke für das partikulär gebundene Arsen dar, das mit dem Schwebstoff zu 63 % im See sedimentiert. Anhand des Modells konnte gezeigt werden, dass diese Senke den beobachteten Konzentrationssprung in den Messergebnissen erklären kann. Stromabwärts von Muldenstein bewirkt eine Erhöhung des Eisengehaltes der Partikel eine verstärkte Arsensorption an den Partikeln, wodurch sich das Verhältnis zwischen partikulär gebundenem und gelöstem Arsen (ausgedrückt als Verteilungskoeffizient Kd) um eine Größenordnung erhöht (von 34 auf 388 m³/kg). Beim Vergleich der Modellergebnisse mit den gemessenen Arsenkonzentrationen fällt allerdings eine Unterschätzung der Werte in der Freiberger Mulde (v.a. in der gelösten Phase) auf. Es wird vermutet, dass hier zusätzliche, diffuse Arseneinträge stattfinden, die mit den vorliegenden Informationen und Daten noch nicht näher spezifiziert werden können. Es wurde ein Referenzszenario aus mittleren Parameterwerten erstellt, das die durchschnittlichen Arsenkonzentrationen unter Normalbedingungen im Einzugsgebiet der Mulde widerspiegelt. Ein Vergleich des Referenzszenarios mit Messergebnissen des Jahres 2003 zeigt, dass die Einträge aus den Halden über lange Zeit eine konstante Quellstärke aufweisen und sich die Situation nach dem Hochwasser wieder auf Normalbedingungen eingestellt hat. Weitere Untersuchungen, auch im Hinblick auf die Einträge bei Starkregenereignissen, benötigen eine zeitlich höher aufgelöste Datenbasis und zusätzliche Messungen in den stark belasteten Nebenflüssen.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2006

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Extreme Hochwasserereignisse an deutschen Talsperren

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 4,
August 2006

Autorin/Autor:
Bastian Klein, Andreas Schumann und Markus Pahlo

Schlagworte:
Hochwasser, Talsperren, Bemessung, Hüllkurven, Hochwasserrückhalt

Zitierung:
KLEIN, B., A. SCHUMANN & M. PAHLOW (2006): Extreme Hochwasserereignisse an deutschen Talsperren. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (4), 162–168

Für die hydrologische Bemessung von Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken werden Bemessungsereignisse benötigt, die mit Hilfe statistischer oder deterministischer Methoden abgeschätzt werden können. Um den Wissensstand über extreme Ereignisse mit gemessenen Daten zu verbessern, bereitet die Arbeitsgruppe „Dams and Floods“ des „Club for European National Committees” der ICOLD (International Commission of Large Dams) eine Sammlung beobachteter extremer Hochwasserereignisse an Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken in Europa vor. Mit diesen Daten können gewählte Bemessungsereignisse verglichen und auf ihre Realitätsnähe überprüft werden.
Die hierfür von deutschen Talsperrenbetreibern erhobenen Daten werden mit Hüllkurven aus der Literatur verglichen und für Plausibilitätsprüfungen der Abschätzungen extremer Ereignisse an deutschen Talsperren und Hochwasserrückhaltebecken aufbereitet.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2006

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Verfahren zur landesweiten Priorisierung von Hochwasserschutzmaßnahmen in Sachsen

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2006

Autorin/Autor:
Martin Socher, Hans-Ulrich Sieber, Günther Müller und
Peter Wundrak

Schlagworte:
Hochwasserschutz, Hochwasserschutzpläne, Priorisierungsverfahren

Zitierung:
SOCHER, M., H.-J. SIEBER, G. MÜLLER & P. WUNDRAK (2006): Verfahren zur landesweiten Priorisierung von Hochwasserschutzmaßnahmen in Sachsen. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (3), 123–130

Die nach § 31 d Wasserhaushaltsgesetz geforderte Aufstellung von Hochwasserschutzplänen führt dazu, dass in großem Umfang wasserbauliche Maßnahmen für den Hochwasserschutz vorgeschlagen werden. Deren inhaltliche und zeitliche Umsetzung erfordert neben der entsprechenden Programmatik und Finanzierung eine fachlich begründete Priorisierung. Diese sollte für alle vorgeschlagenen Maßnahmen gleichermaßen anwendbar sein und deren Notwendigkeit und Effizienz in einen Gesamtzusammenhang mit den von ihnen ausgehenden wasserwirtschaftlichen und Schutzeffekten stellen. Das dafür notwendige Priorisierungsverfahren sollte es auch ermöglichen, große und kleine Maßnahmen gleichermaßen zu bewerten und zu priorisieren.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2006

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„Versteckt hinter den Mittelwerten“ – die Variabilität des Abflussregimes

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2006

Autorin/Autor:
Martin Pfaundler, Rolf Weingartner und Robert Diezig

Schlagworte:
Abflussregime, Variabilität, Periodizität, Trendanalyse

Zitierung:
PFAUNDLER, M., R. WEINGARTNER & R. DIEZIG (116): „Versteckt hinter den Mittelwerten“ – die Variabilität des Abflussregimes. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (3), 116–123

Die Abweichungen des saisonalen Abflussganges einzelner Jahre vom langjährigen mittleren Abflussregime stehen im Mittelpunkt des vorliegenden Aufsatzes, der das Ausmaß der interannuellen Variabilität der monatlichen Abflüsse anhand von Abflussdaten aus der Schweiz beschreibt. Es wird eine Kenngröße vorgestellt, welche die quantitative Erfassung dieser Variabilität ermöglicht. Die Untersuchungsergebnisse verdeutlichen, dass sich die bestehende Typisierung der schweizerischen Abflussregimes sehr gut eignet, um das Ausmaß der interannuellen Abflussvariabilität abzuschätzen. Letztere setzt sich einerseits aus den Schwankungen des saisonalen Musters (Periodizität) und andererseits aus den Fluktuationen des Jahresabflusses (absolutes Niveau der Abflusskurven) zusammen. Aus den Untersuchungen geht deutlich hervor, dass die Gesamtvariabilität zum größeren Teil durch die Periodizität bestimmt wird. Die vorgestellte Kenngröße wird auch für Trendanalysen verwendet, um längerfristige Veränderungen in der Variabilität zu erkennen.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2006

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Hydrologische Prozessforschung zur Hochwasserentstehung im Löhnersbach-Einzugsgebiet (Kitzbüheler Alpen, Österreich)

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 2,
April 2006

Autorin/Autor:
Nils Tilch, Stefan Uhlenbrook, Jens Didszun, Jochen Wenninger,
Robert Kirnbauer, Birgit Zillgens und Christian Leibundgut

Schlagworte:
Hochwassergenese, hydrologische Prozesse, Tracer, alpiner Landschaftsraum, N-A-Modellierung

Zitierung:
TILCH, N., S. UHLENBROOK, K. DIDSZUN, J. WENNINGER, R. KIRNBAUER, B. ZILLGENS & C. LEIBUNDGUT (2006): Hydrologische Prozessforschung zur Hochwasserentstehung im Löhnersbach-Einzugsgebiet (Kitzbüheler Alpen, Österreich). – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (2), 67–78

Das Abflussgeschehen des Löhnersbaches (bei Saalbach, Kitzbüheler Alpen) variiert je nach Gebietszustand und Niederschlagscharakteristik erheblich. Mit Hilfe geophysikalischer und tracerhydrologischer Methoden konnten in einem mikroskaligen Teileinzugsgebiet mehrere, für diesen zentral alpinen Landschaftraum charakteristische Abflusskomponenten identifiziert sowie Informationen zu deren Herkunftsräumen, zeitlich variablen Dynamik und Abfluss-Beiträgen erzielt werden. Derartige Ergebnisse bieten die Grundlage für verbesserte
prozessorientierte Niederschlag-Abfluss-Modellierungen.

Gesamtes HyWa Heft 2, 2006

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Einsatz von Wasserhaushaltsmodellen zur kontinuierlichen Abflussvorhersage in Baden-Württemberg

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 2,
April 2006

Autorin/Autor:
Annette Luce, Ingo Haag und Manfred Bremicker

Schlagworte:
Wasserhaushalt, Abflussvorhersage, LARSIM, Bodenwasser

Zitierung:
LUCE, A., I. HAAG & M. BREMICKER (2006): Einsatz von Wasserhaushaltsmodellen zur kontinuierlichen Abflussvorhersage in Baden-Württemberg. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (2), 58–66

Bei der Hochwasser-Vorhersage-Zentrale der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg werden mit dem Wasserhaushaltsmodell LARSIM täglich für ca. 90 Pegel Abflussvorhersagen berechnet, die bis zu 7 Tage in die Zukunft reichen. Die hierbei innerhalb von LARSIM eingesetzten Verfahren zur automatisierten Modellnachführung werden erläutert. Die Möglichkeiten, die sich aus den kontinuierlichen Abflussvorhersagen ergeben, werden diskutiert.

Gesamtes HyWa Heft 2, 2006

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Modellgestützte Analyse des Gebietswasserhaushaltes für ein Einzugsgebiet im Berliner Nord-Osten

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 1,
Februar 2006

Autorin/Autor:
Bernd Pfützner, Silke Mey, Gunnar Nützmann und Eckhart Scheffler

Schlagworte:
Wasserhaushalt, Oberflächen-Grundwassermodell, Wasserdargebot, Entscheidungsfindung

Zitierung:
PFÜTZNER, B., S. MEY, G. NÜTZMANN & E. SCHEFFLER (2006): Modellgestützte Analyse des Gebietswasserhaushaltes für ein Einzugsgebiet im Berliner Nord-Osten. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (1), 12–19

Es werden modellgestützte Wasserhaushaltsanalysen für ein Einzugsgebiet im Nordosten Berlins vorgestellt, dessen hydrologisches Regime im letzten Jahrhundert maßgeblich durch die Abwasserverrieselung geprägt wurde. Ziel der Untersuchungen war die Ableitung von Bewirtschaftungsalternativen. Als Modellgrundlage wurde ein gekoppeltes Oberflächenwasser-Grundwasser-Modell verwendet. Das Ergebnis der Simulationen zeigt, dass durch die Einstellung des Rieselfeldbetriebes die mittleren Abflüsse um 80 % gesunken sind und sich dieser Effekt durch die geänderten meteorologischen Verhältnisse in den 90er Jahren noch beträchtlich verstärkt hat, so dass die im Gebiet etablierten Feuchtgebiete und Teichsysteme dauerhaft nicht aus dem natürlichen Wasserdargebot des Gebietes erhalten werden können. Die Simulationen verschiedener Szenarien zur Stützung und Verbesserung des Wasserhaushalts liefern Grundlagen für die Bewertung und Entscheidungsfindung.

Gesamtes HyWa Heft 1, 2006

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Raum-zeitliche Variabilität von Ereignisabflussbeiwerten in Österreich

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
50. Jahrgang, Heft 1,
Februar 2006

Autorin/Autor:
Ralf Merz, Günter Blöschl und Juraj Parajka

Schlagworte:
Abflussbeiwert, raum-zeitliche Variabilität, Abflussereignis, Basisabfluss, Bodenfeuchte

Zitierung:
Merz, R., G. BLÖSCHL & J. Parajka (2006): Raum-zeitliche Variabilität von Ereignisabflussbeiwerten in Österreich. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 50 (1), 2–11

In dieser Arbeit wurden für den Zeitraum 1981-2000 Abflussbeiwerte von ca. 50 000 Ereignissen in 326 österreichischen Einzugsgebieten
ausgewertet. Die Einzugsgebietsfläche betrug zwischen 80 und 10.000 km². Es wurden flächendeckende Gebietsniederschläge in einer stündlichen Auflösung ermittelt. Schneerückhalt und Schneeschmelze wurden durch Modellierung der täglichen Wasserbilanz mit Hilfe eines kontinuierlichen Konzeptmodells berücksichtigt. Durch Basisabflussabtrennung und Ereignisabtrennung wurden Ereignisabflusshöhen
aus stündlichen Abflussdaten bestimmt und mit den Ereignisniederschlagshöhen verglichen.
Die Auswertungen zeigen große regionale Unterschiede der Abflussbeiwerte in Österreich, die auf eine zentrale Rolle der Bodenfeuchte für die Größe des Abflussbeiwertes hindeuten. In den niederschlagsreichen und damit meist sehr feuchten Regionen am Alpennordrand
sind die Abflussbeiwerte überwiegend sehr hoch, während im niederschlagsarmen Osten deutlich kleinere Abflussbeiwerte auftreten. Die Untersuchungen zeigen, dass durch Erhöhung der Bodenfeuchte die Schneeschmelze indirekt einen großen Einfluss auf den Abflussbeiwert hat, während der Einfluss der Niederschlagsdauer geringer ist. Abschließend wurden die Kurvennummern des SCS-CN Verfahrens aus den beobachteten Abflussdaten rückgerechnet und mit den aus den Gebietseigenschaften bestimmten Kurvennummern verglichen. Die großen Unterschiede zeigen Defizite des SCS-CN Verfahrens für die hier untersuchten Gebiete auf.

Gesamtes HyWa Heft 1, 2006

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Der Bewegungsbeginn kohäsionsloser Sedimente

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 6,
Dezember 2005

Autorin/Autor:
Stefan Vollmer, Klaus Träbing und Franz Nestmann

Schlagworte:
Gewässersohle, Sedimente, dynamischer Auftrieb, Turbulenzen, Transportvorgänge, Strömungsfeld, Modellierung

Zitierung:
VOLLMER, S., K. TRÄBING & F. NESTMANN (2005): Der Bewegungsbeginn kohäsionsloser Sedimente. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 49 (6), 295–308

Durch die Untersuchung der vertikalen Druckgradienten in der obersten Sedimentschicht wird das Prozessverständnis der Destabilisierungsvorgänge der Gewässersohle entscheidend erweitert. In bestehenden Ansätzen zum Bewegungsbeginn von Sohlenelementen bzw. zum Sedimenttransport wird die Permeabilität der Gewässersohle und die Ausbreitung von turbulenzinduzierten Druckschwankungen in den Porenraum vernachlässigt. Die turbulente Liftkraft wird bisher ausschließlich aus der Betrachtung der Oberflächenströmung abgeleitet. Diese durch die kohärenten turbulenten Strukturen der sohlennahen Strömung induzierte Liftkraft konnte durch die Integration des vertikalen Druckgradienten über das Volumen des betrachteten Sohlenelementes exakt berechnet werden. Für das Integral der ermittelten Exponentialfunktion, welche die Druckausbreitung in die oberste Kornlage beschreibt, wurde eine geschlossene Lösung gefunden. Die zeitlich mittleren Kraftanteile aus der Anströmung eines Sohlenelementes (dynamischer Auftrieb und Schub) wurden durch Integration der Geschwindigkeitsverteilung über die angeströmte Kornfläche berechnet. Die Bilanzierung aller an einem Korn angreifenden Kräfte für unterschiedliche Lagerungs- und Strömungssituationen erfolgt mittels numerischer Berechnung. Die analytisch hergeleitete Kräftebilanzierung konnte anhand der klassischen Untersuchungen von FENTON & ABBOTT (1977; zum Einfluss der Exposition) und COLEMAN (1967; zum Einfluss der Korn-Reynoldszahl) validiert werden. Die Berechnungen bestätigen die Hinweise aus der Literatur, dass die individuellen Kornlagerungsbedingungen eine erhebliche Bedeutung für den Kraftansatz haben. Bei den verschiedenen Untersuchungen muss nach quasi-stationären und instationären Kraftanteilen differenziert werden. Der Einfluss der instationären turbulenzinduzierten Kraftanteile nimmt mit zunehmender Anströmfläche gegenüber den zeitlich mittleren Kraftanteilen ab und spielt somit insbesondere für kleinere Körner eine Rolle, die im Strömungsschatten Größerer liegen. Die detaillierte Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Rauheitselementen einer Sohle und dem sohlennahen Strömungsfeld erweitert das Prozessverständnis der komplexen Transportvorgänge bei Korngemischen (Transportkörper-/ Deckschichtbildung). Durch die entwickelte analytische Lösung für den kritischen Shields-Parameter werden die hydraulischen Einflüsse (von Schubspannung, Turbulenzintensität, Gefälle, relative Fließtiefe) auf den Bewegungsbeginn weit reichend geklärt und abgebildet. Die Verknüpfung der hier vorgestellten analytischen Berechnung des Bewegungsbeginnes mit neuen Konzepten zur räumlich hoch auflösenden Erfassung der Sohlenstruktur und des umgebenden Strömungsfeldes ermöglicht verbesserte Sedimenttransportmodellierungen.

Gesamtes HyWa Heft 6, 2005

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Erweiterung eines eindimensionalen hydrodynamischen Flussmodells zur Differenzierung der hydraulischen Eigenschaften für Flussgerinne und Überflutungsbereiche bei Hochwassersimulationen mit Hilfe eines verzweigten Gewässernetzes und dynamischer Diskretisierung

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 6,
Dezember 2005

Autorin/Autor:
Karl-Erich Lindenschmidt und Jan Rauberg

Schlagworte:
Hochwassersimulation, Saale, hydraulische Eigenschaften, hydrodynamisches Modell

Zitierung:
LINDENSCHMIDT, K.-E. & J. RAUBERG (2005): Erweiterung eines eindimensionalen hydrodynamischen Flussmodells zur Differenzierung der hydraulischen Eigenschaften für Flussgerinne und Überflutungsbereiche bei Hochwassersimulationen mit Hilfe eines verzweigten Gewässernetzes und dynamischer Diskretisierung. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 49 (6), 288–295

In der folgenden Studie soll am Beispiel einer Fließstrecke entlang der Saale simuliert werden, wie sich ein Hochwasser auf das Fließverhalten in der Aue selbst und in dem Flussgerinne auswirkt. Dafür wurde eine Erweiterung des eindimensionalen (1D) hydrodynamischen Modells DYNHYD vorgenommen, indem ein verzweigter Ansatz des Fließnetzwerkes (quasi-2D) für die Abbildung der Aue eingesetzt wurde. Da die diskretisierten Einheiten der Aue nicht trocken fallen dürfen, wurden die Einheiten bei gegebenem Flutwassereintritt bzw. -austritt der Aue dynamisch während der Hochwassersimulation eingefügt bzw. entfernt. Das Modell wurde für die mittlere Saale zwischen Bad Kösen und Bad Dürrenberg kalibriert und validiert und anschließend eingesetzt, um die Auswirkung einer vorgesehenen Deichrückverlegung innerhalb dieser Fließstrecke bei Schkortleben zu untersuchen. Dabei wird gegenübergestellt, wie sich verschiedene Rauhigkeiten der Aue hydrologisch auf die Aue selbst und das Gerinne auswirken. Mit dieser Modifikation können die hydraulischen Eigenschaften (Durchfluss, Fließgeschwindigkeit, Wasserspiegellage) des Gerinnes und der Aue differenziert betrachtet werden. Ein Ausblick für weitere Untersuchungen an Großauen, Poldersystemen und Flutwasserausbreitungen hinter Deichbrüchen schließt die Studie.

Gesamtes HyWa Heft 6, 2005

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Das erweiterte Potamontypieverfahren zur ökologischen Bewertung von Bundeswasserstraßen (Fließgewässertypen 10 und 20: kies- und sandgeprägte Ströme, Qualitätskomponente Makrozoobenthos) nach Maßgabe der EU-Wasserrahmenrichtlinie

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2005

Autorin/Autor:
Franz Schöll, Arne Haybach und Bernd König

Schlagworte:
ökologische Bewertung, Wasserrahmenrichtlinie, Bundeswasserstraßen, indikative Verfahren

An Flüssen und Strömen ist eine leitbildorientierte Bewertung auf Grund anthropogener und biologischer Veränderungen mit großen
Schwierigkeiten verbunden, da sich Referenzbiozönosen für große Flüsse im Gegensatz zu kleineren Fließgewässern nicht mit der erforderlichen Genauigkeit formulieren lassen.
Das vorliegende Verfahren weist hierzu einen Ausweg: Nicht die Referenzbiozönose eines Flusses wird zur Beurteilung des ökologischen Zustandes herangezogen, sondern die in den großen Fließgewässern vorkommenden Arten. Dieses indikative Verfahren erlaubt es, Flüsse und Ströme ökologisch zu charakterisieren, ohne dass ihre ursprüngliche Besiedlung im Detail bekannt ist.

Gesamtes HyWa Heft 5, 2005

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PAI-OFF: Eine neue Strategie zur Hochwasservorhersage in schnell reagierenden Einzugsgebieten

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2005

Autorin/Autor:
Gerd H. Schmitz, Johannes Cullmann, Wilfried Görner, Franz Lennartz und Werner Dröge

Schlagworte:
Hochwasservorhersage, kleine Einzugsgebiete, Modellierung, PAI-OFF, künstliche neuronale Netze

PAI-OFF (Process Modelling and Artificial Intelligence for Online Flood Forecasting) ist eine neue Methodik, die zuverlässige Hochwasservorhersagemodelle auf dem aktuellsten Wissensstand einer Echtzeitanwendung für den operativen Einsatz zugänglich macht. Die Auflösung des Widerspruchs zwischen der rechenintensiven und anspruchsvollen Nutzung solcher Modelle und der Forderung des operativen Betriebs nach robusten, unkomplizierten und schnellen Vorhersagesystemen gelingt durch die Verbindung von hydrologisch/hydraulischen Prozessmodellen mit aufgabenspezifisch adaptierten, künstlichen neuronalen Netzen (ANN). Dazu wird zunächst auf der Basis von Beobachtungsdaten und abflussrelevanten Einzugsgebietscharakteristika ein prozessorientiertes, gekoppeltes hydrologisch/hydraulisches Modell des Einzugsgebietes erstellt. Dieses berechnet auf der Grundlage einer orttypischen meteorologischen Charakterisierung Szenarien, die alle physikalisch möglichen und sinnvollen Konstellationen der Hochwasserentstehung abdecken. Unter Ausnutzung der im Vergleich zu klassischen Niederschlags-Abflussmodellen zusätzlichen Information aus der gebietsbezogenen meteorologischen Analyse entsteht so eine Datenbank, die insgesamt die Reaktion des Einzugsgebietes auf alle Hochwasser auslösenden Niederschläge unter den unterschiedlichsten Bedingungen beschreibt. Eine auf die Problematik abgestimmte Lernstrategie überträgt diese hydrologisch/hydraulische Charakteristika des Einzugsgebiets unter Einbeziehung der hochwasserrelevanten Merkmale der Ereignis-Vorgeschichte auf das neuronale Netz. Damit überwindet PAI-OFF die entscheidende Restriktion der eingeschränkt verfügbaren Beobachtungs-(Lern)daten, an der bisherige Versuche ANN zur Hochwasservorhersage zu nutzen scheiterten. Die benannten Arbeitsschritte werden nur einmalig für ein bestimmtes Einzugsgebiet durchgeführt. Anschließend kann PAI-OFF ohne nennenswerten Aufwand routinemäßig als Werkzeug zur Hochwasservorhersage
eingesetzt werden. Dabei kommen die generellen Vorteile neuronaler Netze wie Einfachheit, Schnelligkeit, Robustheit und die Fähigkeit sich im laufenden Betrieb noch besser dem Verhalten des Einzugsgebiets anzupassen, bzw. die Auswirkung von Änderungen z.B. der Landnutzung graduell zu berücksichtigen („learning by doing“), voll zum Tragen und nutzen dabei alle Vorteile einer gewissenhaften und modernen hydraulisch/hydrologischen Modellierung. Das volle Potential von PAI-OFF ist bei der Einbeziehung von Flussabschnitten mit deutlichem Rückstaueinfluss, entsprechenden Nebenflusseinmündungen etc. oder der Einbeziehung von Unsicherheiten erst wirklich auszuschöpfen.

Gesamtes HyWa Heft 5, 2005

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Das GLOWA Volta Projekt: Untersuchungen zum nachhaltigen Umgang mit der Ressource Wasser im Voltabecken von West Afrika

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 4,
August 2005

Autorin/Autor:
Eva Youkhana, Bianca Arendt, Harald Kunstmann, Nicola Martin, Charles Rodgers und Paul L.G. Vlek

Schlagworte:
GLOWA, Voltabecken, Wasserhaushalt, Messnetz, Decision Support System , globaler Wandel

Das GLOWA Volta Projekt ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt, das sich im Rahmen des Programms “Globaler Wandel des Wasserkreislaufs” (GLOWA) mit dem Wasserhaushalt im westafrikanischen Voltabecken befasst. Übergeordnetes Ziel des Projektes ist es, Entscheidungsträgern im Wassersektor in Ghana und in Burkina Faso ein Entscheidungsunterstützungssystem an die Hand zu geben, das die Umsetzung einer nachhaltigen integrierten Wasserbewirtschaftung erleichtern soll. Dies wird technisch erreicht durch eine Kombination von hydrologischen und meteorologischen Beobachtungsmessnetzen, sozioökonomischen Untersuchungen, umfangreichen Simulationsmethoden in den verschiedenen Forschungsdisziplinen sowie einer engen Verzahnung mit lokalen Einrichtungen und Entscheidungsträgern. Der vorliegende Artikel gibt eine Zusammenfassung über Ziele, wissenschaftliche Methoden und ausgewählte erste Ergebnisse des Projekts. Der Anstoß eines politischen Dialogs, der die Integration des Decision Support System (DSS) in die regionalen Bewirtschaftungsstrategien erst ermöglicht, wird abschließend erörtert.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2005

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Die Bedeutung der Gerinneprozesse für die Verknüpfung von Abflussbildung und Stofftransport – eine Analyse mit Hilfe künstlicher Hochwasserwellen in zwei mesoskaligen Mittelgebirgseinzugsgebieten

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 4,
August 2005

Autorin/Autor:
Andreas Kurtenbach, Andreas Krein, Wolfhard Symader

Schlagworte:
Abflussbildung, Stofftransport, Hochwasser, Mittelgebirge, Gerinneprozesse, Schwebstoffe

Die hydrologische und gewässerchemische Antwort eines Einzugsgebietes auf einen Niederschlagsimpuls setzt sich stets aus zwei Teilprozessgruppen zusammen. Die eine Prozessgruppe umfasst die raumzeitliche Dynamik der Quellenaktivierung und Transportwege des Wassers im Einzugsgebiet und die andere Prozessgruppe beschreibt die im Gerinne und verzweigten Gewässernetz ablaufenden Prozesse. Die Überlagerung beider Prozessgruppen im Verlauf von natürlichen Hochwasserereignissen führt zu komplexen Mustern interagierender Prozesse, die die Interpretation der Messsignale an einem Pegel sowie die Analyse von Hochwasserentstehung und fluviatilem Schadstofftransport erschweren. Sollen jedoch gewässerchemische Reaktionen auf einem Niederschlagsimpuls modelliert werden, um als Basis für ein Umweltmanagement zu dienen, müssen die relevanten Prozesse extrahiert und in beide Prozessgruppen getrennt erfasst werden.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2005

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Saisonale und räumliche Variabilität gelöster organischer Kohlenstoffverbindungen in Fließgewässern des nordostdeutschen Tieflandes

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 4,
August 2005

Autorin/Autor:
Anke Sachse, Jörg Gelbrecht und Christian E.W. Steinberg

Schlagworte:
organische Kohlenstoffverbindungen, Fließgewässer, Tiefland, Variabilität

Die Konzentration und Zusammensetzung gelöster organischer Kohlenstoffverbindungen in Gewässern ist abgängig von allochthonen und autochthonen Quellen und Stoffumsetzungsprozessen. Um diese unterschiedlichen Eintagspfade und Prozesse zu unterscheiden, wurden Jahresdynamiken verschiedener Fließgewässerabschnitte aufgenommen, die von verschiedenen Einzugsgebietsstrukturen beeinflusst waren. Neben dem gelösten organischen Kohlenstoff als Summenparameter (DOC) wurden zusätzlich Verbindungsklassen wie Huminstoffe, Polysacharide und niedermolekulare Verbindungen quantifiziert und teilweise qualifiziert. In einigen Gewässerabschnitten war eine Erhöhung des DOC und der Huminstoffe durch den Einfluss von Niedermooren zu erkennen. In einem anderen Fließabschnitt fand eine Abnahme des DOC durch eine Verdünnung mit DOC-armen Grundwasser statt. Saisonal bedingte Einträge wie die autochthone DOC-Produktion führten zu einer Erhöhung von Polysachariden und niedermolekularen Huminstoffen mit einem geringen Anteil aromatischer Strukturelemente. Dies wurde besonders in der Wachstumsperiode in den Abläufen der durchflossenen Seen deutlich. Im Herbst führten vermutlich verstärkte Einträge aus dem Boden zu steigenden Konzentrationen des DOC und hochmolekularer, hocharomatischer Huminstoffe, besonders in den Fließabschnitten.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2005

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Modellierung anorganischer Schadstoffe in der Unteren Saale

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2005

Autorin/Autor:
Karl-Erich Lindenschmidt, Cornelia Hesse, Helmut Guhr und Martina Baborowski

Schlagworte:
Saale, Schwebstoffe, anorganische Belastung, Modellierung

In einem ca. 90 km langen, stofflich und gewässermorphologisch stark anthropogen überprägten Saaleabschnitt von Halle-Trotha bis zur Mündung wurde der Transport von Schwebstoffen, Salzen und ausgewählten Schwermetallen modelliert, um Möglichkeiten der Modellanwendung zu testen sowie beeinflussende Prozesse und Faktoren zu erkennen. Die Simulation erfolgte mit dem Modell WASP5, einem einbis dreidimensionalen, dynamischen Abfluss- und Gewässergütemodell der US-EPA. Modelliert wurden ein 14tägiger Kalibrierungs- und drei verschieden lange Validierungszeiträume sowie die Ergebnisse einer dreitägigen Saalebereisung mit dichterem räumlichen Messnetz. Es zeigte sich, dass vor allem bei der Simulation der Salze gute Ergebnisse erzielt werden konnten, was auf ihren konservativen Charakter zurückzuführen ist. Bei einigen Salzbildnern (Cl-, Na+, Ca2+) wurde jedoch eine Differenz zwischen gemessenen ein- und ausgetragenen Frachten festgestellt. Diese hat ihre Ursache in industriellen Einleitungen aus der Sodaproduktion. Die Ursache für die oft erhöhten Simulationsergebnisse einiger Schwermetalle nach Einträgen aus einem das Mansfelder Land entwässernden Nebenfluss der Saale (z.B. Zn, Cu, Pb) konnte nicht eindeutig geklärt werden, ist aber wahrscheinlich in allmählichen Anlagerungs- und Sedimentationsprozessen zu suchen.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2005

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Charakterisierung redynamisierter Flussuferabschnitte an der Mittleren Ruhr anhand ihrer Laufkäferzoenosen

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2005

Autorin/Autor:
Karsten Hannig und Jörg Drewenskus

Schlagworte:
Renatuierung, Mittlere Ruhr, ökologische Gewässerbewirtschaftung

Die Effizienz der ökologischen Gewässerbewirtschaftung wird im Rahmen des Gewässerauenprogrammes „Mittlere Ruhr“ anhand ausgewählter Bio-Indikatoren, der Laufkäfer (Carabiden), dokumentiert. Die seit ca. 15 Jahren durchgeführten Redynamisierungsmaßnahmen durch den Erwerb von Uferschutzstreifen und folgender Zulassung von Uferabbrüchen belegen hiermit nachweislich die Schaffung wertvoller
Lebensräume für Fauna und Flora, wie z.B. Schotterbänke und Uferabbrüche.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2005

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Hydrologische Differenzierung von Standorten in einem alpinen Einzugsgebiet in Abhängigkeit von physisch-geographischen Parametern

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 2,
April 2005

Autorin/Autor:
Sabine Hensold, Volker Wichmann und Michael Becht

Schlagworte:
Oberflächenabfluss, alpines Einzuggebiet, hydrologische Prozesse, GIS

Die Untersuchung wurde im nordwestlich von Garmisch-Partenkirchen gelegenen Einzugsgebiet des Lahnenwiesgrabens (Ammergebirge) durchgeführt. Auf 34 Standortflächen wurden die feldgesättigten hydraulischen Leitfähigkeiten mit einem Guelph-Permeameter ermittelt. Anhand digital vorliegender Karten der Vegetation, der Böden und der Geologie wurden die Messergebnisse mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) klassifiziert und anschließend im Einzugsgebiet regionalisiert. Die resultierende Karte liefert flächendeckende Informationen über das hydrologische Verhalten einzelner Standortkombinationen. So sind beispielsweise Rückschlüsse auf die Bereitschaft
zur Bildung von Oberflächenabflüssen möglich. Eine Einschätzung der hydrologischen Standorteigenschaften ist auch für die Modellierung von hydrologischen und geomorphologischen Prozessen von Bedeutung.

Gesamtes HyWa Heft 2, 2005

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Räumliche Niederschlagsschätzung aus Punktmessungen und Radar am Beispiel des Elbehochwassers 2002

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 2,
April 2005

Autorin/Autor:
Uwe Haberlandt, Andreas Schumann und Uwe Büttner

Schlagworte:
Niederschlag, Elbehochwasser, Kreuzvalidierung, Wetterradar, Niederschlagsabschätzung

Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der räumlichen Schätzung von Kurzzeitniederschlägen für die Analyse und Modellierung von Hochwasserereignissen. Am Beispiel der Starkniederschläge vom 10. bis 13. August 2002, welche das Extremhochwasser im Osterzgebirge verursacht haben, werden Tages- und Stundensummen vergleichsweise mit konventionellen und geostatistischen Verfahren räumlich interpoliert. Schwerpunkt ist die räumliche Schätzung von Stundenniederschlägen bei geringer Stationsdichte unter Einbeziehung von Zusatzinformationen über die Topographie des Gebietes, über die Niederschlagsverteilung aus dem dichteren Messnetz der Tagesstationen und aus Wetterradardaten. Auf Basis von Kreuzvalidierungen wird gezeigt, dass hier für Tagesniederschläge nahezu alle Interpolationsverfahren ähnlich gute Ergebnisse liefern, während für die Schätzung der Stundenniederschläge die geostatistischen Verfahren im Vorteil sind. Insbesondere durch die Einbeziehung von Zusatzinformationen aus dem Messnetz der Tageswerte und der umliegenden Wetterradarstationen kann die räumliche Niederschlagsschätzung für Stundenwerte deutlich verbessert werden.

Gesamtes HyWa Heft 2, 2005

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Von der Abflussbildungsprozessforschung zur prozess-orientierten Modellierung – ein Review

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 1,
Februar 2005

Autorin/Autor:
Stefan Uhlenbrook

Schlagworte:
Abflussbildung, Modellierung, Tracer, hydrologische Prozesse, Modellkalibrierung

Abflussbildungsprozesse bestimmen maßgeblich die Fließ- und Stoffdynamik in einem Einzugsgebiet in allen Raum- und Zeitskalen. Somit sind die Kenntnis und die modellhafte Beschreibung dieser Prozesse von fundamentaler Bedeutung für die Hydrologie, Wasserwirtschaft und ihre Nachbardisziplinen. Dieser Aufsatz ist dreigeteilt: (1) Zuerst soll der Stand der Forschung bzgl. Abflussbildungsprozesse in verschiedenen Raumskalen und deren experimentelle Bestimmungsmöglichkeiten dargelegt werden. Hierbei wird insbesondere auf das Potential von Tracermethoden in Verbindung mit klassischen hydrometrischen Verfahren eingegangen. (2) In einem nächsten Schritt wird der
Stand der Forschung bei der prozess-orientierten Modellierung zusammenfassend dargelegt. Insbesondere wird darauf eingegangen, wie experimentell gewonnene Prozesserkenntnisse, welche häufig in kleineren Skalen erarbeitet wurden, in Einzugsgebietsmodelle für die hydrologische Mesoskala integriert werden können. Es werden auch Grenzen der zurzeit verfügbaren Modelle diskutiert, die sich in den Modellunsicherheiten dokumentieren. Als mögliche Verbesserungen werden zum einen räumliche Diskretisierungen der Modelle aufgrund der dominanten Abflussbildungsprozesse und zum anderen umfassende Modellkalibrierungen und -validierungen unter Verwendung unterschiedlicher Daten (multi-response data) vorgeschlagen. (3) Abschließend werden einige Schlussfolgerungen angestellt und Bemerkungen über den zukünftigen Forschungsbedarf gemacht.

Gesamtes HyWa Heft 1, 2005

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Abflusshöhe – Sickerwasserrate – Grundwasserneubildung – Drei Themen im Hydrologischen Atlas von Deutschland

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
49. Jahrgang, Heft 1,
Februar 2005

Autorin/Autor:
Petra Jankiewicz, Jörg Neumann, Wilhelmus H.M. Duijnisveld, Gerd Wessolek, Peter Wycisk und Volker Hennings

Schlagworte:
Abflusshöhe, Sickerwasser, Grundwasserneubildung, Hydrologischer Atlas, Modelle

Die Wasserhaushaltsgrößen Abflusshöhe, Sickerwasserrate und Grundwasserneubildung werden innerhalb des Hydrologischen Atlas von Deutschland (HAD) als eigenständige Themen in den Kapiteln Oberflächenwasser, Bodenwasser und Grundwasser behandelt. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass sie thematisch eng miteinander verknüpft sind und z.T. sogar dieselben Prozesse beschreiben. Die entsprechenden Kartendarstellungen beruhen auf voneinander unabhängigen, speziell für die Anforderungen des HAD neu entwickelten Methoden. Im vorliegenden Beitrag werden die unterschiedlichen Modellkonzeptionen vorgestellt sowie die daraus resultierenden Ergebnisse verglichen und diskutiert.

Gesamtes HyWa Heft 1, 2005

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GLOWA-Danube – Ein multiskaliger Validierungsansatz zur Simulation nachhaltigen Wasserhaushaltsmanagements in der Oberen Donau mit ENVISAT-Daten

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 6,
Dezember 2004

Autorin/Autor:
Wolfram Mauser, Ralf Ludwig, Alexander Löw und Winfried Willems

Schlagworte:
Donau, GLOWA, Wasserhaushalt, Fernerkundungsdaten, Modellierung, Bodenfeuchte

Das Projekt GLOWA-Danube (www.GLOWA-Danube.de) behandelt als Teil von GLOWA (www.glowa.org) anhand der Oberen Donau (Pegel Achleiten) exemplarisch die Zukunft des Wasserhaushalts eines komplexen, mesoskaligen (A=77.000 km²) Einzugsgebiets einer Gebirgs-Vorland-Konstellation in den gemäßigten Mittelbreiten. Die Hauptaufgabe von GLOWA-Danube ist die Entwicklung und Anwendung des integrierten Entscheidungs-Unterstützungssystems DANUBIA, um für interessierte Stakeholder alternative Szenarien der Wassernutzung auf ihre Nachhaltigkeit hin zu untersuchen. DANUBIA berücksichtigt die wesentlichen natürlichen wie gesellschaftlichen Prozesse. Fernerkundung und GIS-Techniken bilden die Basis des integrierten Beobachtungs-Konzepts in DANUBIA. Es wird die Architektur von DANUBIA, die gewählten Modellansätze und Daten, erste Ergebnisse der Modellierung des Ist-Zustandes sowie eine erste erfolgreiche Validierung von Ergebnissen der Modellierung der Oberflächenfeuchte mit Mikrowellen-Fernerkundungsdaten von ENVISAT vorgestellt.

Der quantitative Vergleich von Verteilungsmustern der Oberflächenfeuchte, wie sie aus ENVISAT-ASAR Daten abgeleitet wurden, zeigt bei einer Auflösung von 30 m eine gute Übereinstimmung mit in-situ Messungen. Darauf aufbauende Ableitungen der Oberflächenfeuchte-Information mit einer räumlichen Auflösung von 150 m, 1 km bzw. 25 km, wie sie von zukünftigen global operierenden Bodenfeuchtemissionen, wie SMOS oder HYDROS, erhoben werden, zeigen gute Übereinstimmung mit den Resultaten der Bodenfeuchtemodellierung in DANUBIA. Damit steht eine neue, unabhängige, räumliche und global übertragbare Validierungsmethode der sensitiven Bodenwasserbewegung in hydrologischen Modellen zur Verfügung.

Gesamtes HyWa Heft 6, 2004

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Der Zusammenhang zwischen atmosphärischer Zirkulation und Niederschlag in Baden-Württemberg

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 6,
Dezember 2004

Autorin/Autor:
Sven Kotlarski, Siegfried Demuth, Stefan Uhlenbrook und
Thomas Reich

Schlagworte:
Niederschlag, Baden-Württemberg, Variabilität, atmosphärische Zirkulation

Die großskalige atmosphärische Zirkulation ist entscheidende Steuergröße für das Auftreten von Niederschlag an einem gegebenen Ort zu einem gegebenen Zeitpunkt und beeinflusst dadurch auch die Entstehung hydrologischer Extreme. Mittels Korrelations- und Regressionsanalyse werden statistische Beziehungen zwischen großskaligen Zirkulationsparametern (Zonalindizes und Wetterlagenklassifikationen) und dem Niederschlag in Baden-Württemberg aufgestellt. Es zeigt sich, dass diese Beziehungen sowohl deutlichen räumlichen als auch zeitlichen Variabilitäten im Jahresverlauf unterliegen. So führt eine verstärkte Zonalität der Strömung insbesondere in orographisch exponierten Regionen und in den Wintermonaten zu hohen Niederschlagsmengen. Während des Sommers ist eine wesentlich größere Bandbreite atmosphärischer Zirkulationsmuster mit bedeutenden Niederschlägen verbunden als im Winter. Die Abschätzung der täglichen und monatlichen Niederschlagssummen mittels multipler linearer Regression in Abhängigkeit des Auftretens einzelner Wetterlagen gelingt am besten in exponierten Hochlagen während der Herbst- und Wintermonate. Die ausgeprägte Topographie des Untersuchungsraumes wird als entscheidender Steuerungsfaktor für das Auftreten von Niederschlag bei gegebenen makroskaligen atmosphärischen Verhältnissen identifiziert.

Gesamtes HyWa Heft 6, 2004

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Entwicklung und Einsatz eines hydroakustischen Messsystems zur Untersuchung der Dynamik des Geschiebetransportes und quantitativen sowie qualitativen Charakterisierung des bewegten Materials

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2004

Autorin/Autor:
Andreas Krein, Wolfhard Symader, Michael Eiden und Holger Klinck

Schlagworte:
Geschiebetransport, akustische Messung, Hydrophon, Messung Geschiebetransport

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den beiden Fragen, ob akustische Messungen in Fließgewässern für eine zeitlich hoch aufgelöste Betrachtung des Geschiebetransportes geeignet sind, und welche Möglichkeiten der Charakterisierung des Geschiebematerials bezüglich Masse sowie Form über die akustischen Signale bestehen. Aufgezeichnet wurden die Signale mit Laptop oder Data Rekorder, die über Kabel mit Hydrophonen gekoppelt waren. Dazu wurden diese Unterwassermikrophone direkt auf die Unterseiten 3 mm dicker und 30 x 30 cm großer Edelstahlplatten montiert, die als Kontaktfläche für das sich darüber bewegende Geschiebe dienten. Nach mehreren Versuchsreihen im Labor, die grundlegende Zusammenhänge zwischen Geschiebegröße, -form und -gewicht sowie resultierendem Signal hervorbrachten, konnte das Messsystem im Gelände getestet werden. In mehreren künstlich erzeugten Hochwasserwellen im kleinen Riverisbach und einer Winterhochwasserwelle in der Mosel bei Trier können gleichartige Strukturen des Signalverlaufs der Geschiebebewegung herausgearbeitet werden, die sich aus der Kinetik der Hochwasserwelle erklären lassen. Die höchsten Transportraten treten im Anfang des ansteigenden Astes und hinter den Wellenscheiteln auf. Zu Beginn der Wellen ist die ansteigende Transportkraft des Wassers sowie das Vorhandensein lockerer gelagerten Materials verantwortlich. Die Erhöhung des Geschiebetransportes hinter den Wellenscheiteln ist auf den abnehmenden Druck der Wellen auf den Sedimentkörper zu erklären, so dass sich Material aus den Gerinnebetten löst und mobilisiert wird. Die Charakterisierung des Geschiebematerials hinsichtlich Form und Masse stellt sich für die Geländemessungen als noch eingeschränkt heraus und konnte erst unter Laborbedingungen für homogene Korngrößen und Einzelsteine gelöst werden. Aus den Geländeexperimenten lässt sich allerdings herauslesen, dass im ansteigenden Ast überwiegend grobes und eckiges Material in Reptation bewegt wird, hinter den Wellenscheiteln dann kleinere und rundere Komponenten überwiegend in Saltation.

Gesamtes HyWa Heft 5, 2004

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Sauerstoffaustausch am Neckar: Die Bewertung von Wiederbelüftungsformeln auf Grundlage eines Gastracerversuchs

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 5,
Oktober 2004

Autorin/Autor:
Ingo Haag, Gerhard Schmid und Bernhard Westrich

Schlagworte:
Tracer, Wiederbelüftung, Sauerstoffaustausch, Sauerstoffhaushalt

Theoretische Grundlagen, konzeptionelle Modellvorstellungen und Vorhersageformeln zum Gasaustausch über die freie Wasseroberfläche von Fließgewässern werden vorgestellt. Anhand der Ergebnisse eines Gastracerexperiments im Neckar werden die vorgestellten Vorhersageformeln hinsichtlich ihrer Eignung für die Simulation des Sauerstoffhaushalts bewertend verglichen.

Gesamtes HyWa Heft 5, 2004

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Das Niedrigwasser 2003 in Deutschlands Stromgebieten

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 4,
August 2004

Autorin/Autor:
Jörg Uwe Belz, Heinz Engel und Peter Krahe

Schlagworte:
Niedrigwasser, Zeitreihenanalyse, Niedrigwasserjahr 2003

Das Jahr 2003 ging mit zahlreichen Hitzerekorden in die mitteleuropäische Witterungsgeschichte ein. Seine Folgen waren allerdings nicht allein über Wochen hinweg gut gefüllte Schwimmbäder und ausgedehnte Grillpartys in der Nachbarschaft – viele Bereiche des täglichen Lebens und der Volkswirtschaft litten unter Hitze und Wassermangel. Dies galt insbesondere auch für die Wasserwirtschaft und die Binnenschifffahrt. Die Abladetiefen in den Wasserstraßen wurden drastisch verringert, auf einigen Flüssen musste der Frachtverkehr abschnittsweise sogar eingestellt werden (Elbe). Vereinzelt kam es zu Schiffshavarien in den verengten und dichter befahrenen Fahrrinnen.

Die nachfolgende Analyse des Niedrigwassers in Deutschland erfolgt anhand der Aufzeichnungen repräsentativer Pegelstationen der großen Einzugsgebiete. Berücksichtigt wurden in diesem Zusammenhang Hofkirchen (Donau), Maxau (Rhein), Köln (Rhein), Dresden (Elbe), Neu Darchau (Elbe), Hohensaaten-Finow (Oder), Intschede (Weser) und Versen (Ems). Hierzu verwertbare Pegeldaten lagen bis zum Ende des März 2004 vor; mithin ist also das hydrologisch vom 1.4.2003 bis 31.3.2004 definierte Niedrigwasserjahr 2003 voll abgedeckt. Allerdings konnten ab Frühjahr 2003 zumeist nur plausibilisierte (noch ungeprüfte) Rohdaten verwendet werden, was allerdings aus Aktualitätsgründen gerechtfertigt erschien.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2004

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Niedrigwasser und Dürre – Eine europäische Perspektive

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 4,
August 2004

Autorin/Autor:
Siegfried Demuth

Schlagworte:
Niedrigwasser, Dürre, Trockenperiode

Der schnelle Wechsel von Hoch- und Niedrigwasserereignissen in den letzten Jahren hat zu Befürchtungen Anlass gegeben, dass sich die Dynamik des Wasserkreislaufs als Folge der globalen Erwärmung intensiviert. Die Hitzewelle im vergangen Jahr hat nicht nur Deutschland, sondern auch große Gebiete in Mittel-, West- und Südeuropa erfasst. Betroffen waren insbesondere Frankreich, Spanien, Portugal, Italien, Deutschland, Schweiz, Österreich, England, die Beneluxstaaten, Polen, die Slowakei, Kroatien, Rumänien und Ungarn. Kroatien wurde von der schwersten Dürre seit 50 Jahren heimgesucht. Die Hitzeperiode dauerte über drei Monate und die Sachschäden, insbesondere in der Agrar- und Forstwirtschaft, verursacht durch Ernteausfälle und großflächige Waldbrände, beliefen sich auf über 10,6 Mrd. € (Münchener Rück 2004). So lagen die Temperaturen im Jahr 2003 in ganz Deutschland im Mittel um ca. 3,4 °C über den Durchschnittswerten des Zeitraums 1961-1990, das entspricht einer Jährlichkeit von 450 Jahren. Im Gegensatz zur räumlichen Ausdehnung von Hochwasser haben die Dürre-Flächen eine ernorme Ausdehnung. Die durch Dürre beeinträchtigten Flächen lagen im vergangenen Jahr global in der Größenordnung von mehreren Millionen Quadratkilometern.

Die lange Trockenperiode führte in den europäischen Gewässern zu extrem niedrigen Wasserständen, die häufig die tiefsten Werte seit Beginn der Aufzeichnungen erreichten. So fiel z.B. der Wasserstand der Sava, einem Fluss in Kroatien, auf den tiefsten Stand seit 160 Jahren. In zahlreichen Flüssen war die Binnenschifffahrt eingeschränkt und Kraftwerksbetreiber erhielten Ausnahmegenehmigungen für die Einleitung von Kühlwasser um die Stromversorgung nicht zu gefährden, da die Temperaturen der Vorfluter über den zulässigen Werten lagen. Einige Kraftwerksbetreiber mussten jedoch ihre Produktion um bis zu 90 % herunterfahren; als Folge stiegen die Strompreise. Die Wasserversorgung in Deutschland schien jedoch nicht gefährdet zu sein. Es gab keine Berichte über Engpässe in der Versorgung.

Gesamtes HyWa Heft 4, 2004

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Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel in niedersächsischen Fließgewässern von 1994 bis 2001

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2004

Autorin/Autor:
Ralf Schäfer, Wolf-Ulrich Palm, Dieter Steffen und Wolfgang Ruck

Schlagworte:
Gewässermonitoring, Insektizide, Herbizide, Pflanzenbehandlungsmittel, aquatische Ökosysteme, Eintrag

Zitierung:
SCHÄFER, R., W-U. PALM, D. STEFFEN & W. RUCK (2004): Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel in niedersächsischen Fließgewässern von 1994 bis 2001. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 48 (3), 117–125

Um die Ertragsraten aufrecht zu erhalten, wird in der konventionellen Landwirtschaft auf die Nutzung großer Mengen an Dünger und chemischen Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmitteln zurückgegriffen. Letztere verbleiben nicht nur auf den landwirtschaftlichen Zielflächen sondern gelangen über verschiedene Pfade unter anderem in die Oberflächengewässer. Da diese Substanzen zum Teil Auswirkungen auf die aquatischen Ökosysteme und letztlich auch auf den Menschen haben können, ist die Umweltüberwachung unerlässlich. In allen Bundesländern existieren deshalb Institutionen, die für das Gewässermonitoring zuständig sind.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2004

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Konzentrationsänderung der PAK-Belastung von aquatischen Sedimenten – Darstellung und Probleme

Hydrologie und
Wasserbewirtschaftung
48. Jahrgang, Heft 3,
Juni 2004

Autorin/Autor:
Hubert Hellmann

Schlagworte:
Sediment, PAK, Deposition, Sedimentprofil, atmosphärischer Eintrag

Zitierung:
HELLMANN, H. (2004): Konzentrationsänderung der PAK-Belastung von aquatischen Sedimenten – Darstellung und Probleme. – Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 48 (3), 110–117

Die in aquatischen Sedimenten von kleineren, mittleren und sehr großen Binnenseen Deutschlands, Englands, Finnlands und den USA sowie von Ästuarien ermittelten PAK-Konzentrationen werden in Form von sieben Konzentrationskurven über den Zeitraum 1800-1990 dargestellt. Die Segmente der Bohrkerne sind hinsichtlich der Deposition datiert. Zur Vereinheitlichung der Ergebnisse verschiedener Arbeitsgruppen wird der Kurvenverlauf überwiegend auf den Leitparameter Fluoranthen (Fluo) abgestellt. Diese Grafiken enthalten den atmosphärischen Eintrag der PAK über den Luftstaub und fallweise den runoff und die Flüsse. Geeignete Sedimentprofile spiegeln daher die Situation der Luftverschmutzung mit pyrogenen Schadstoffen über mehr als ein Jahrhundert wider. Von Flüssen können Sedimentprofile wegen unregelmäßiger und wenig repräsentativer Sedimentation nur sehr eingeschränkt genutzt werden. Die sich bei einem Vergleich der Konzentrationskurven ergebenden Probleme werden dargestellt.

Gesamtes HyWa Heft 3, 2004

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