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Too much, too little. Entropy and statistics as tools for hydrolog. A science of irregular distribution of data and events

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[Quelle: https://d-nb.info]

In den letzten Jahrzehnten hat die Anzahl von Extremwetter-Ereignissen im gleichen Tempo zugenommen wie die Häufigkeit von Regen- und Trockenwetterperioden. Extremes Wetter verursacht zahlreiche Naturgefahren wie Überschwemmungen, Murgänge und Kolmation, sowie auch Ernteausfälle und Waldbrände. Während Hydrologen sich im Rahmen der Dringlichkeit der Klimakrise mit komplexen Prozessen auseinandersetzen müssen, können die Daten für ihre Modelle einerseits knapp sein, wie dies der Fall ist in der Region des Globalen Südens, oder andererseits zu zahlreich und verrauscht. Dieses Szenario ungleich verteilter Daten und (Wasser-)Ereignisse war die Motivation für die vorliegende Dissertation. Der Text untersucht die folgenden fünf Themen: (1) Erosionsmodellierung von Gullys, (2) Bewertung der Sedimentausbeute in nicht vermessenen Becken, (3) Blitzdürre – Definition und Schlüsselfaktoren, (4) Identifizierung solcher Ereignisse und (5) die Werkzeuge, mit denen Hydrologen Probleme im Zusammenhang mit extremen Wetterbedingungen und deren Auswirkungen angehen können. Diese fünf Fragen führten zur Erstellung von vier wissenschaftlichen Arbeiten und einer interaktiven App zur Identifizierung von Blitzdürren. Die ersten beiden Veröffentlichungen befassen sich mit der Modellierung von Gullyerosion. Im ersten Artikel untersuchen wir die Schlüsselvariablen, um die langfristige Erosion durch Gullys erfolgreich zu modellieren. Wir präsentieren auch ein physikalisch-basiertes Modell für kleine permanente Gullys, die einen weit verbreiteten Erosionsprozess in der Semiarid-Region Brasiliens darstellen. In der zweiten Abhandlung schlagen wir eine neuartige Gleichung für die Schubspannungsverteilung in Kanalbetten und Wänden vor. Diese Gleichung führt, zusammen mit dem im ersten Papier vorgelegten Modellrahmen, zu einem neuartigen entropiebasierten Gullyerosionsmodell, das die Simulation der Gullyerosion und die Bewertung der Gesamterosion für Beitragsflächen von bis zu 8 Hektar ermöglicht. In der dritten Publikation stellen wir eine neuartige Methode zur Berechnung der Sedimentausbeute und des Abgabeverhältnisses in einem ereignisbasierten Zeitrahmen vor. Die Technik kombiniert eine temporale Downscaling-Methode und ein gut veröffentlichtes Sedimenttransportmodell, die beide auf dem Prinzip der maximalen Entropie basieren, einem Werkzeug der Informationstheorie, das es dem Modellierer ermöglicht, die beste Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zu identifizieren, ohne dabei unbewiesene Hypothesen zuzulassen. Die vorgeschlagene Methode lieferte vielversprechende Ergebnisse: Sie bewertete die Sedimentausbeute mit einer Nash-Sutcliffe-Effizienz von 0,96. Im letzten Artikel untersuchen wir die Definition und die Schlüsselfaktoren für das Auftreten von Blitzdürre im mitteleuropäischen Ackerland.

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Bücher, Broschüren

DWA-Themen T1/2021, August 2021. Auswirkungen von landwirtschaftlichen Maßnahmen auf die Beschaffenheit des Sicker- und Grundwassers
DWA-Themen, Band T1/2021
Inhaltsgleich mit DVGW-Information Wasser Nr. 109.
2021, 162 S., 106 Abb., 27 Tab.,

 

 

Der Themenband ergänzt das Merkblatt DWA-M 911 "Möglichkeiten der Effizienzkontrolle von Maßnahmen zur grundwasserschonenden Bodennutzung am Beispiel des Stickstoffs" mit einer bundesweiten Beispielsammlung für den Einsatz von Maßnahmen, Anbauverfahren und Fruchtfolgen zur Reduzierung des Stickstoffaustrags in der Landwirtschaft. Die Beispiele umfassen einerseits betriebliche Maßnahmen und Verfahren zur Steuerung des Stickstoffaustrags. Andererseits werden Maßnahmen und Auswirkungen auf der Ebene von Einzugsgebieten mit einem breiten regionalen Querschnitt vorgestellt und schließlich Landesprogramme zur Nitratminderungsstrategie und Umsetzung der Vorgaben der EG-Wasserrahmenrichtlinie. Zielgruppe: in der Landwirtschaft Tätige und landwirtschaftliche Berater*innen, Verantwortliche für die Steuerung der Nährstoffflüsse in der Umwelt. Der DWA-Themenband wird inhaltsgleich als DVGW-Information Wasser Nr. 109 erscheinen.

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DWA-Themen T2/2017, März 2017. Niederschlagserfassung durch Radar und Anwendung in der Wasserwirtschaft
DWA-Themen, Band T2/2017
2017, 99 S., 64 Abb., 5 Tab.,

 

 

Die Niederschlagsmessung mit Hilfe der Radartechnik hat seit den 90er Jahren stetig zugenommen. Dazu haben nicht nur die technischen Entwicklungen, sondern auch die zunehmenden Anforderungen der Nutzer beigetragen. In zahlreichen Projekten wurden bis heute gute Grundlagen für Vorsorgemaßnahmen und Handlungsoptionen für die Stadt- und Raumplanung, den Bevölkerungsschutz, die Wasserwirtschaft, die Energiewirtschaft und die Landwirtschaft entwickelt, um durch Starkregen besonders gefährdete Gebiete zu identifizieren und Grundlagen für deren Entwicklung bereitzustellen. Das Themenheft stellt den aktuellen Stand der Radarprodukte des Deutschen Wetterdienstes für die Niederschlagserfassung vor und bewertet und erläutert die Möglichkeiten und Grenzen von mit Radar erfassten Niederschlagsinformationen. Abschließend wird eine Übersicht über die Anwendungen der Radarprodukte in der Wasserwirtschaft gegeben.

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DWA-Themen T 2/2013, September 2013. Wechselwirkungen zwischen Grund- und Oberflächenwasser
DWA-Themen, Band T 2/2013
2013, 157 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Grundwasserleitern und Oberflächengewässern prägen entscheidend den Landschaftswasserhaushalt. Der weitaus größte Anteil des Wassers in oberirdischen Gewässern sickert aus den angrenzenden Grundwasserspeichern ein. Bei hohen Wasserständen durch Hochwasser erfolgt umgekehrt eine Rückspeicherung von Oberflächenwasser in die angrenzenden Grundwasserleiter. Es wird über die in den letzten Jahren zahlreich entwickelten und auch angewandten Verfahren und Modelle für die Beschreibung und Quantifizierung der hydrologischen, hydraulischen, geochemischen und biologischen Prozesse zwischen Grund- und Oberflächenwasser berichtet, Fallbeispiele ergänzen die grundsätzlichen Erläuterungen.

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DWA-Themen T 5/2012, Oktober 2012. Grundwasserbiologie - Grundlagen und Anwendungen
DWA-Themen, Band T 5/2012
Inhaltsgleich mit DVGW-Information Nr. 75.
2012, 237 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Der DWA-Themenband wurde mit dem Ziel verfasst, den aktuellen Stand des Wissens insbesondere im Hinblick auf die wasserwirtschaftliche Praxis zusammenzufassen. Die einzelnen Kapitel des Bandes sind als eigenständige Einheiten konzipiert und ordnen sich in die thematischen Bereiche (1) Organismengruppen im Grundwasser, (2) Stoffwechselleistungen der Mikroorganismen, (3) Biologische Prozesse im Grundwasser und Anwendungsbeispiele, (4) Probenahme und Untersuchungsmethoden sowie (5) Rechtliche Rahmenbedingungen. Mit praktischen Beispielen werden im Band die biologischen Prozesse im Grundwasser erläutert und Anregungen zur Bearbeitung spezifischer Fragestellungen gegeben. Die Schrift richtet sich sowohl an Entscheidungsträger auf der Ebene der Länder und Kommunen als auch an Ingenieure und Planer sowie Mitarbeiter von Forschungseinrichtungen.

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DWA-Themen T 1/2012, Juli 2012. Schadensanalysen und Projektbewertung im Hochwasserrisikomanagement
DWA-Themen, Band T 1/2012
2012, 140 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Ein wichtiger Aspekt bei der Planung und Umsetzung wasserwirtschaftlicher Projekte in Deutschland ist die Projektbewertung der geplanten Maßnahmen und ihre Einordnung im Rahmen von Hochwassermanagementplänen. Die DWA hat bereits im Jahr 2008 eine erste Arbeitshilfe zu diesem Themenkomplex als DWA-Themenband "Arbeitshilfe Hochwasserschadensinformationen" herausgegeben. Mit dem nun vorgelegten Band der DWA-Themen wird dieses Gesamtthema der Projektbewertung von Hochwasservorsorgemaßnamen u. a. auf der Grundlage eines Seminars, das im Jahr 2010 ausgerichtet wurde, um den aktuellen Stand der Technik ergänzt und erweitert. Mit praktischen Beispielen werden Anregungen zur Erarbeitung individueller Lösungen für jede einzelne Fragestellung im Rahmen der Projektbewertung vorgestellt. Ziele sind die umfassende Darstellung der heute zur Verfügung stehenden Vorgehensweisen zur Projektbewertung von Hochwasservorsorgemaßnahmen, um qualitativ hochwertige Planungen und Entscheidungsgrundlagen zu entwickeln, sowie deren Einordnung ins Hochwasserrisikomanagement.

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Forschungsberichte

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Hochwasser-Kolloquium vom 24.Okt.1991 in Bad Liebenzell. 3.Bericht zum Hochwasser
Bauforschung, Band T 2487
1992, 70 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Am 24.10.1991 veranstalteten der Wasserwirtschaftsverband Baden-Württemberg e.V. und der Regionalverband Nordschwarzwald in Bad Liebenzell das Kolloquium "Hochwasserbewirtschaftung in der Region Nordschwarzwald am Beispiel von Enz und Nagold". Ziel des Kolloquiums war es, die unterschiedlichen Interessenlagen im Flußgebiet der Nagold zum Hochwasserschutz aufzuzeigen. Zentrale Frage war die Diskussion, ob es realistische Alternativen zu dem Großprojekt eines Hochwasserspeichers gibt. Anlaß hierzu war die Aufarbeitung der Hochwasserereignisse von 1990 durch den Regionalverband Nordschwarzwald. Zur Verbesserungd des Hochwasserschutzes im Nagoldtal standen dabei 3 Vorschläge zur Überprüfung an: 1. Waldachspeicher als Einzelmaßnahme, 2. Flutmuldenkonzept, 3. Lokale Ausbau- und Schutzmaßnahmen. Vom beauftragten Ingenieurbüro Wald und Corbe konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, daß das Prinzip der dezentralen Maßnahmen nach Vorschlag 3 am wirkungsvollsten ist. Auf den Bau eines ökologisch und ökonomisch fraglichgen Wasserrückhaltebeckens an der Waldach kann somit verzichtet werden. (-y-)

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Wolfgang Hartl
Pestizidrückstände in Boden- und Grundwasserproben des Bezirkes Gänserndorf
Bauforschung, Band T 2322
1989, 45 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Umweltbundesamt hat in Zusammenarbeit mit Landwirten aus dem Bezirk Gänserndorf, einem der fruchtbarsten und landwirtschaftlich am intensivsten genutzten Gebiet Österreichs, Untersuchungen auf Pestizidrückstände (Pflanzenschutzmittelrückstände) in Boden und Grundwasser durchgeführt. Boden- und Grundwasserproben wurden auf jene Pestizide untersucht, deren Anwendung im Bezirk Gänserndorf allgemein üblich und weit verbreitet ist. Es handelt sich dabei um die Fungizide Bayleton 25 (Triadimefon), Vigil (Diclobutrazol) und Tilt 250 EC (Propiconazol) sowie um die Herbizide 2,4-D, 2,4-DP, MCPA und MCPP. In den Bodenproben wurden relativ hohe Werte mit bis zu 35 ppb Fungizidwirkstoff und bis zu 5 ppb Fungizidwirkstoff bedeutet, daß 15 Wochen nach der Applikation noch max. 80% der bei der Spritzung ausgebrachten Wirkstoffmenge in den obersten 20 cm Boden gefunden wurden. Aus diesen Bodenrückstandswerten konnten jedoch keine unmittelbaren Bodenschädigungen abgeleitet werden. Demgegenüber kam es bei den Herbiziden zu teilweise sehr starken Überschreitungen der EG-Grenzwerte für Trinkwasser. 9 von 11 Grundwasserproben lagen bezüglich der 2,4-D-Rückstände und alle Grundwasserproben bezüglich der 2,4-DP-Rückstände über dem EG-Trinkwassergrenzwert für pestizide Einzelwirkstoffe von 0,1 ppb. Die in der EG erlaubte Gesamtkonzentration für pestizide Wirkstoffe im Trinkwasser (0,5 ppb) wurde in allen Grundwasserproben überschritten. (-y-)

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Fridtjof Bauer
Die unterirdischen Abflußverhältnisse im Dachsteingebiet und ihre Bedeutung für den Karst-Wasserschutz
Bauforschung, Band T 2315
1989, 84 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Dachstein ist eines der größten Karstmassive Österreichs. Zahlreiche Gemeinden in den Bundesländern Oberösterreich, Steiermark und Salzburg beziehen ihr Trinkwasser aus den Quellen rings um das Gebirge. Diese Trinkwasservorkommen sollen durch eine Schongebietsverordnung vor Beeinträchtigungen, die sich aus verschiedenen Nutzungen (Gletschergebiet, Skipisten, Schutzhütten, Truppenübungsplatz, Land- und Forstwirtschaft) ergeben können, geschützt werden. Um die Einzugsgebiete der Quellen und das unterirdische Abflußverhalten zu erkunden, wurden von der Abteilung Wasserhaushalt von Karstgebieten in den Jahren 1984-1986 insgesamt 19 Einspeisungen mit Fluoreszentracern durchgeführt und nach dem neuesten Stand der Meßtechnik ausgewertet. Dabei wurden die Ergebnisse der bereits im Zeitraum 1953-1960 durchgeführten pionierhaften Sporentriftversuche überprüft und ergänzt. Dem Vergleich der mit diesen beiden Untersuchungsmethoden erzielten Ergebnisse wird in diesem Bericht besonderes Augenmerk geschenkt. (-z-)

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Johannes Grath, Martin Tschulik
Grundwasseruntersuchungen im Bereich der Katastralgemeinde Nonndorf
Bauforschung, Band T 2317
1989, 64 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Aufbauend auf Grundwasseruntersuchungen im Raum des unteren Kamptales wurden seitens des Landes Niederösterreich und des Umweltbundesamtes weitergehende Untersuchungen hinsichtlich der Nitratbelastung des Grundwassers im Gebiet der Kastralgemeinde Nonndorf, Marktgemeinde Gars am Kamp, durchgeführt. Für diese Untersuchungen wurden, zusätzlich zu dem durch die Hausbrunnen gegebenen Meßstellennetz, Grundwassersonden errichtet sowie entsprechende Wasserproben entnommen und analysiert. Die Ergebnisse wurden unter Berücksichtigung vorhandener Kenntnisse über relevante Rahmenbedingungen, wie z.B. der hydrogeologischen Situation und der lokalen landwirtschaftlichen Bewirtschaftungspraxis, ausgewertet und interpretiert. Entsprechend diesen Ergebnissen ist im Gebiet der Katastralgemeinde Nonndorf von einer Überlagerung von Einflüssen aus der Landwirtschaft mit Einflüssen aus unsachgemäßer Abwasserbeseitigung und der Lagerung von Wirtschaftsdünger auszugehen. Die Studie zeigt also, daß im verbauten Bereich durch bauliche Unzulänglichkeiten massive Grundwasserverunreinigungen auftreten können, aufgrund derer eine Versorgung aus Hausbrunnen unmöglich wird. (-z-)

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Manfred Sutterer
Wasserwirtschaftlicher Ressourcenschutz in Regionalplanung und Fachplanung. Referat zur Referendarausbildung im Innenministerium Stuttgart
1985, 20 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Zeitschriftenartikel

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Schwefel, Robert; Jordan, Sylvia; Köhler, Antje; Hupfer, Michael
Wie reagieren Seen auf den Klimawandel? Prognosen und mögliche Anpassungsstrategien
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2023

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Härtel, Christoph
Polare Substanzen in der Ruhr
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2022

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Johst, Margret; Demuth, Norbert
Hochwasserfrühwarnung in Rheinland-Pfalz
Wasserwirtschaft, 2022

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Korrmann, Volker
Wirtschaftlichkeitsaspekte von dezentralem Flutschutz
KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 2022

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Lisa-Rempe, Marie; Stahl-van Rooijen, Natalie; Stoermer, Joachim; Peter, Jonas; Unger, Olga
Hochwasser 2021 in Bayern
Wasserwirtschaft, 2022

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Highlights aus dem Programm