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Simulation von Mehrphasenvorgängen in porösen Medien unter Einbeziehung von Hysterese-Effekten

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[Quelle: http://elib.uni-stuttgart.de]

Die Arbeit entstand im Rahmen des Forschungsprogramms der Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung VEGAS. Sie befaßt sich mit einem zentralen Thema zur Beschreibung von Schadstoffausbreitung und Transport im natürlichen Untergrund: das Ausbreitungsverhalten von nicht mischbaren oder nur gering löslichen Stoffen, welche sich im Untergrund als getrennte Phasen in Konkurrenz zu Bodenluft und Bodenwasser bzw. zum Grundwasser bewegen. Ein großer Teil der wassergefährdenden Flüssigkeiten ist dieser Stoffklasse zuzurechnen, darunter die häufigsten Grundwasserkontaminanten wie Mineralölprodukte und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Man bezeichnet diese Stoffgruppen als NAPL (NonAqueous-Phase-Liquids). Die Ausbreitung von NAPL im Untergrund wird vorwiegend durch Schwerkraft, Kapillarkräfte und Viskosität beeinflußt. Diese Kräfte bestimmen nicht nur das Versickerungsverhalten der Substanzen, sondern sind letztlich auch maßgebend für die Restsättigung, die immobil im Untergrund verbleibt und somit als Langzeit-Schadstoffquelle wirken kann. Das Verständnis und die quantitative Erfassung der Bewegung von NAPL im natürlichen Untergrund ist eine zwingende Voraussetzung für die zielgerichtete Entwicklung geeigneter Sanierungstechnologien. Deshalb hat sich eine Reihe von experimentellen Forschungsprojekten mit verschiedenen Fragestellungen zu diesem übergeordneten Thema befaßt. Hand in Hand mit diesen experimentellen Arbeiten wurden Simulationsverfahren für Mehrphasenvorgänge in porösen Medien weiterentwickelt mit dem Ziel, mit Hilfe der numerischen Modelle die komplexen Mehrphasenströmungsprozesse in einem heterogenen Untergrund einer Prognose zugänglich zu machen. Im Rahmen dieser Arbeiten hatte die Dissertation das Ziel, ein Methodenkonzept zur Integration von Heterogenitäten auf unterschiedlichen Skalen in die Modellbetrachtung zu entwickeln, wobei besonderes Augenmerk auf die Berücksichtigung von Hysterese-Effekten gelegt wurde. Sie liefert damit einen wichtigen Beitrag zur numerischen Simulation von Mehrphasenprozessen im natürlichen Untergrund und zum besseren Verständnis des Ausbreitungsverhaltens von hydrophoben Schadstoffen in Boden und Grundwasser.

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Flurbereinigungsplanung und Ökosystemschutz als Rechts- und Governance-Problem
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Das Instrument der Flurbereinigung bietet zahlreiche Möglichkeiten, um Ökosysteme zu schützen, wiederherzustellen, zu erweitern oder zu verbessern. Mit Hilfe dieses Instruments kann der Staat unter bestimmten Voraussetzungen die Eigentumsstruktur an Flächen im ländlichen Raum neu ordnen, um damit die Landschaft in vielfältiger Hinsicht zu verändern. Während das Verfahren in der Vergangenheit in erster Linie dazu eingesetzt wurde, die Landschaft unter (agrar-)ökonomischen Gesichtspunkten zu optimieren, kann die Betrachtung der Funktionen und Leistungen von Ökosystemen Anreize dafür schaffen, Flurbereinigung verstärkt für ökologische Zwecke einzusetzen. Die Untersuchung lotet insoweit den bereits vorhandenen Spielraum des geltenden Gesetzestextes aus, analysiert dazu die komplexe eigentumsrechtliche Systematik der Flurbereinigung und setzt sich detailliert mit ihren Instrumentarien auseinander. Die Autorin zeigt Optionen auf, wie durch eine veränderte Handhabung der einschlägigen gesetzlichen Grundlagen oder deren Weiterentwicklung de lege ferenda die Flurbereinigung noch weit effektiver als bisher für ökologische Zielsetzungen eingesetzt werden kann, und sie erläutert die Vorteile der Flurneuordnung gegenüber klassischen naturschutzrechtlichen Instrumenten. Einen Schwerpunkt bildet die Frage, wie das wissenschaftliche Konzept der Ökosystemleistungen die Privatnützigkeit der Flurbereinigung erweitern und dem Instrument dadurch einen weitaus breiteren Einsatzbereich eröffnen könnte. Die Arbeit enthält daher sowohl für Naturschutzorganisationen, Anwälte oder Wissenschaft wie auch für alle Behörden, die für die Anwendung und Weiterentwicklung des Flurbereinigungsverfahrens zuständig sind, wichtige Hinweise und zahlreiche Anregungen.

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Bodenschutz in der Praxis
UTB, Band 4820
2017, 360 S., 134. 22 cm, Softcover
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Heinrich Jennes
Entwerfen statt Bauen
Ein architekturphilosophisches Plädoyer für die Rehabilitation des Bodens
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Planungsbereich "Baufeldfreimachung/Rückbau"
Schriftenreihe des AHO, Band 18
2., überarb. Aufl.
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Reguvis Fachmedien

 

 

Die Revitalisierung von alten Gewerbe- und Industriestandorten spielt in der heutigen Zeit zunehmend eine Rolle, da der Flächenverbrauch reduziert wird und Innenstadtgrundstücke an Attraktivität gewinnen. Allerdings stellt die aus der Vornutzung resultierende Belastung von Grundstücken häufig ein starkes Investitionshemmnis dar. Zielsetzung der Baufeldfreimachung ist die Beseitigung von Bauwerken, Verkehrs- und Leitungsanlagen sowie von schadstoffhaltigem Boden, um ein für eine Anschlussnutzung unbelastetes und hindernisfreies Baufeld zu erhalten. Da die in Par. 33 Abs. 3 HOAI beschriebenen Leistungen nicht geeignet waren, die auftraggeber- und auftragnehmerseitigen Anforderungen an ein spezifiziertes Leistungsbild zu erfüllen, hat die AHO-Fachkommission "Baufeldfreimachung/Altlasten" bereits 2004 ein Leistungsbild entwickelt. Das Heft umfasst ein tabellarisches, in sich geschlossenes Leistungsbild für Planungsleistungen mit allen relevanten Leistungsstufen.

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Anke Anger
Monetäre Anreize und Finanzierungsmöglichkeiten zur Optimierung des Bodenschutzes
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Die Arbeit beschäftigt sich mit den rechtlichen Rahmenbedingungen, die das Bauplanungs- und Naturschutzrecht für Maßnahmen der Flächenerhaltung vorgeben und überprüft diese auf ihre Wirksamkeit sowie die Kostenfolgen. Des Weiteren werden die nachsorgenden bodenschützenden Maßnahmen beleuchtet, die maßgeblich die Erfassung und Beseitigung von Bodenverunreinigungen beinhalten. In der Praxis reichen die planungs- und ordnungsrechtlichen Instrumente aber nicht aus, um die fortschreitende Flächeninanspruchnahme und die Bodenverunreinigungen zu reduzieren. Daher untersucht die Autorin die Einsatzmöglichkeiten von Abgaben in Bezug auf ihre Steuerungsfunktion und als Finanzierungsquellen für einen wirksamen Bodenschutz und bewertet diese. Im steuerlichen Bereich liegen verschiedene Reformmodelle der Grundsteuer vor, deren Vor- und Nachteile die Autorin im Hinblick auf einen wirksamen Bodenschutz hin vergleicht und diskutiert. Im nicht steuerlichen Bereich prüft sie die Gestaltungsmöglichkeiten bei Gebühren und Beiträgen sowie den Sonderabgaben mit Bezug auf den Bodenschutz. Als Ergänzung zum abgabenrechtlichen Instrumentarium werden die Flächenausweisungs- und Versiegelungsrechte auf ihre Wirkung zur Verringerung der derzeitigen Flächeninanspruchnahme hin untersucht.

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Forschungsberichte

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Benno Bliemetsrieder, Miriam Kaube, Christian Scherer, Regina Schwerd, Christoph Schwitalla, Friederike Externbrink
Untersuchung der Auswaschungen von Bauelementen aus Holz, Kunststoff, Metall und Glas zur Bewertung der Auswirkungen auf Boden und Grundwasser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2999
2017, 381 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Grundanforderung Nr. 3 (BWR 3) der neuen europäischen Bauproduktenverordnung adressiert die Punkte Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz. Ziel dieser Grundanforderung ist es, Gefahren für die natürlichen Lebensgrundlagen durch bauliche Anlagen abzuwehren und die hohen Schutzgüter Grundwasser und Boden vor verschlechternden Einflüssen zu bewahren. Für Bauelemente in der Gebäudehülle bzw. im Gebäudeumfeld, die der Witterung ausgesetzt sind, stellt sich die Frage nach einem möglichen Eintrag gefährlicher Stoffe aus diesen Bauelementen in Boden, Grund- und Oberflächenwasser. Die zuständigen normungsgebenden Stellen sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene haben den Handlungsbedarf zu dieser Thematik erkannt und aufgegriffen. Obwohl bereits verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung stehen, existieren bislang noch zu wenige Erfahrungswerte zu vielen Bauelementen.

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Andreas Koch, Roland Weiß, Gerhard Volland
Untersuchungen zur Verifizierung der Eignung des Algentests nach DIN 38412-33 für wässrige Eluate bei der Prüfung von Schleierinjektionen
Bauforschung, Band T 3301
2013, 123 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Ermittlung und umwelthygienischen Bewertung der biologischen Prüfung von Bauprodukten (hier: Schleierinjektionen von Polyacrylatsystemen) wurde in der Vergangenheit bei einigen Produkten eine hohe Algengiftigkeit (GA >> 8) gemäß der DIN 38412-33 "Bestimmung der nicht giftigen Wirkung von Abwasser gegenüber Grünalgen (Scenedesmus-Chlorophyll-Fluoreszenttest) über Verdünnungsstufen" nachgewiesen. Aufgrund der hohen Algentoxizität im Eluat des Säulentests ergeben sich für diese Produkte häufig Schwierigkeiten hinsichtlich der Beurteilung, ob die Zulassungsanforderungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt), Berlin, für Bauprodukte, die erst nachträglich im Boden und Grundwasser aushärten, eingehalten werden. Die chemische Zusammensetzung dieser Bauprodukte und die in den wässrigen Eluaten von Säulenelutionsversuchen bisher nachgewiesenen gelösten Inhaltsstoffen geben zum Teil keine eindeutigen Hinweise, auf welche Stoffe die ermittelte Algentoxizität zurückzuführen ist. Es galt daher zu klären, ob für die hohen Algentoxizitäten ggf. andere Ursachen vorliegen und ob für den Algentest gemäß DIN 3841 2-33 Grenzen hinsichtlich seiner Anwendbarkeit bei der ökotoxikologischen Beurteilung von Polyacrylaten bestehen.

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Konstantin Terytze, Evelyn Giese, Robert Wagner
Validierung des Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstests als Bestandteil einer ökotoxikologischen Testbatterie zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen von Bauprodukten auf Böden. Tl.2
Bauforschung, Band T 3147
2007, 67 S., 21 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Neben aquatischen Tests und der Ermittlung der biologischen Abbaubarkeit sind im Entwurf des Merkblattes "Bewertung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ökotoxikologische Testverfahren. Mit den Testverfahren soll sichergestellt werden, dass es nicht zur Beeinträchtigung der Lebensraumfunktion von Böden durch die mobilisierbaren Anteile von Bauprodukten kommt. Im Entwurf des Merkblattes werden der Ammoniumoxidationstest (DIN/ISO 15685) und der Bodenatmungstest (DIN/ISO 17155) genannt. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die im Vorgängervorhaben festgestellte Eignung der beiden genannten terrestrischen Testverfahren an zwei weiteren Böden zu prüfen, einen geeigneten Testboden vorzuschlagen und die Ergebnisse hinsichtlich der Entwicklung ökotoxikologischer Testbatterien zu interpretieren. Als Bauprodukte wurden ein Bodeninjektionsmittel auf Acrylatbasis und ein Kanalrohrsanierungsmittel eingesetzt und mittels Säulenelution nach SCHÖSSNER im Hygieneinstitut Gelsenkirchen eluiert. Als Böden wurden ein schwach humoser und ein stark humoser Sandboden ausgewählt und mit den Eluaten inkubiert. Die terrestrischen Testverfahren wurden nach ein- und 12-wöchiger Inkubationszeit an der TU Berlin durchgeführt. Um die Ergebnisse der aquatischen und terrestrischen Tests vergleichen zu können und auch die Eignung der aquatischen Verfahren zu überprüfen, wurden parallel dazu am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie der Leuchtbakterienlumineszenstest (DIN EN ISO 11348) und der Abbautest (OECD-Screening-Test 301 E) durchgeführt. Es wurden Bewertungsmaßstäbe für die terrestrische Ökotoxizität von Bauprodukten erarbeitet.

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K. Terytze, Evelyn Giese, Robert Wagner
Ermittlung der Eignung des Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstests zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen von Bauprodukten auf Böden. Tl.1
Bauforschung, Band T 3077
2005, 58 S., m. 17 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Entsprechend dem Merkblatt zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt sind ökotoxikologische Tests für terrestrische Testsysteme vorzusehen. Die Arbeiten sind die Grundlage für die Entwicklung einer ökotoxikologischen Testbatterie für die Bewertung von Bauprodukten entsprechend Stufe 2, Schritt 3 "Ermittlung und Bewertung der biologischen Parameter" des Bewertungskonzeptes zur Ermittlung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser. Voruntersuchungen des Fraunhofer Instituts haben gezeigt, dass die im Merkblatt bisher genannten terrestrischen Testsysteme nur eine geringe Sensitivität aufweisen und zum Teil mit einem erheblichen Arbeits- bzw. Zeitaufwand verbunden sind, so dass es alternativer Methoden bedarf. Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, die Eignung des Ammoniumoxidationstests (DIN/ISO 15685) und Bodenatmungstests (DIN/ISO 17155) zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten auf die Bodenbiologie nachzuweisen. Da auch hinsichtlich der aquatischen Tests nur wenige Untersuchungsergebnisse für Bauprodukte vorliegen, wurde vergleichend der Leuchtbakterien-Luminiszenz-Hemmtest (DIN EN ISO 11348-1 bis 3) und der Algentest (DIN 38412-33) sowie der OECD-Screening-Test 301-E zur Überprüfung der Abbaubarkeit der Bauprodukt-Eluate durchgeführt. Es wurden zwei Bauprodukte untersucht (Kanalrohrsanierungs- und Bodeninjektionsmittel). Durch Säuleneluation wurden am Hygieneinstitut Gelsenkirchen jeweils zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten Eluate für die Tests gewonnen, deren aquatische und terrestrische Wirkung mit den o.g. Verfahren untersucht wurde. Die aquatischen Tests und die Untersuchung der Abbaubarkeit wurden an der FHG-IME Schmallenberg, die terrestrischen Tests an der TU Berlin mit zwei Böden durchgeführt, von denen einer ein sorptionsschwacher Sandboden als Simulation des worst case war. Um Fragen der Alterung und der Metabolitenbildung berücksichtigen zu können, wurden die terrestrischen Tests nach 3 Monaten wiederholt. Die Ergebnisse zeigten

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Wilhelm Püttmann
Praktische Anwendung eines risiko-orientierten Bewertungsansatzes bei Grundwasserschäden durch Mineralölprodukte. Endbericht
Bauforschung, Band T 3034
2004, 65 S., 8 Abb., 1 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Um die praktische Anwendbarkeit des zunächst entwickelten theoretischen Ansatzes überprüfen zu können wurde das vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) an die J.W. Goethe-Universität Frankfurt am Main vergebene Forschungsvorhaben angekoppelt an ein bereits laufendes Forschungsvorhaben des Umweltbundesamtes zum Thema "Langzeituntersuchungen zu den Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung natürlicher Selbstreinigungsprozesse für ausgewählte Schadstoffe am Beispiel kontaminierter Liegenschaften" (SELMA). Im Rahmen dieses Projektes wurde bereits seit dem Jahr 2000 an einem ehemals militärisch genutzten Standort das Grundwasser im Abstrom eines durch Mineralöl-Kohlenwasserstoffe verursachten Schadens analysiert.

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Zeitschriftenartikel

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Koschel, Sebastian; Lennartz, Bernd
Bewertung des ackerbaulichen Ertragspotenzials in der Regiopolregion Rostock anhand des Müncheberger Soil-Quality-Ratings
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2020

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DWA-Stellungnahme zur Verordnung zur Änderung der Düngeverordnung und anderer Vorschriften. Referentenentwurf vom 20. Dezember 2019
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2020

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Bertermann, David; Wagner, Jan; Jocic, Nikola; Schwarz, Hans; Stegner, Johannes
Erdkabel-Systemdesign mit Unterstützung von Geodaten
bbr Leitungsbau, Brunnenbau, Geothermie, 2020

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Koschel, Sebastian; Mansfeldt, Tim; Dorau, Kristof
Redoxkarten und Bodenschutz. Hilfsmittel zur räumlichen Visualisierung reduzierender Bedingungen im Brücker Bruch, Köln
Bodenschutz, 2019

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Sperling, Carina; Valentin, Ingo; Kastler, Michael
Die Karte der Bodenkühlleistung in der Stadt Düsseldorf. Ein Instrument für Bodenschutz und Klimaanpassung
Bodenschutz, 2019

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