Habilitations- und Promotionsvorhaben

Dominik Scholand, M.Sc.

Suspendierte Stoffe oder Schwebstoffe in Fließgewässern machen den Hauptanteil an Feststoffen in Fließgewässern aus und haben daher einen maßgeblichen Einfluss auf den Flussbau, den Hochwasserschutz, die Gewässergüte und Ökologie sowie die energiewirtschaftliche Nutzung von Flüssen. Eine kontinuierliche Überwachung des Schwebstoffgehalts innerhalb der Fließgewässer und die Identifizierung potentieller Erosions- und Verlandungsflächen innerhalb der Gewässer ist daher notwendig, um jährliche Frachten abschätzen zu können. Durch direkte Messverfahren kann die Schwebstoffkonzentration (SSC) in Form von abfiltrierbaren Feststoffen gravimetrisch bestimmt werden. Eine alternative Methode mit deutlich weniger Aufwand besteht in der indirekten Messung der SSC durch die Bestimmung der Trübung. Hierdurch kann eine kontinuierliche Messreihe am Pegelstandort aufgezeichnet und über eine individuelle Korrelationsfunktion in Abhängigkeit von den Korneigenschaften in eine SSC umgerechnet werden. Für eine verbesserte Abschätzung können zudem Quellen und Fließwege für Schwebstoffpartikel innerhalb der Einzugsgebiete identifiziert werden. Insbesondere in ruralen Gebieten sind häufig Erosions- und damit verbundene Transportprozesse von landwirtschaftlichen Nutzflächen durch den Einfluss von Wind und Wasser ein maßgeblicher Faktor für den Eintrag von Schwebstoffen in Fließgewässer. Das Ziel des Forschungsvorhabens liegt in der Analyse von unterschiedlichen hydrologischen und meteorologischen Einflussfaktoren auf Transportprozesse von Partikeln. Im Anschluss an die Datenanalyse der Transportdynamik und Gebietskonnektivität auf unterschiedlichen Zeit- und Raumskalen soll eine Abschätzung der Schwebstoffkonzentration unter Anwendung von Filtermethoden erfolgen. Sowohl die kontinuierliche Aufzeichnung als auch die Abschätzung des Partikeleintrags von Ackerflächen ermöglichen ein verbessertes Prozessverständnis des Schwebstoffeintrags in Fließgewässer.

Lidia Nersissian, M.Sc.

Die Betrachtung der Abflussbildung nimmt in der Hydrologie einen immer größeren Stellenwert ein, da viele Fragestellung z.B. Prognosen für den Hochwasserschutz, von Abflussbildungsprozessen abhängig sind. Zur Bestimmung des abflusswirksamen Niederschlages die in DVWK (2003) gegebene Empfehlung einer modifizierten Form des SCS-Verfahrens nach Kleeberg & Overland (1989) für das Mittelgebirgseinzugsgebiet Fischbach (35,6 km²) angewendet. Bei diesem Verfahren werden im Gegensatz zu dem klassischen Curve-Numver Number-Verfahren des amerikanischen Soil Conservation Services (SCS), die Anfangsverluste angepasst, sowie die Hangneigung und die Spannweite der Vorfeuchte miteinbezogen. Das Einzugsgebiet wird in seine charakteristischen Eigenschaften wie Landnutzung (Wald, Wiese, Ackerfläche), Bodenart und Topographie abgebildet. Darauf aufbauend wird eine ausgewählte Ackerfrucht auf allen Ackerflächen implementiert, um für ein bestimmtes Starkregenereignis den abflusswirksamen Niederschlag für jede Fläche zu berechnen und miteinander zu vergleichen. Dazu wird eine Curve-Number (CN) nach DVWK (2003) abhängig von der Art der Landnutzung und den hydrologischen Bodenklassen zugeordnet. Als Datengrundlage werden Niederschlagsdaten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) und der ihwb-Wetterstation herangezogen. Aussagen zu hydrologischen Bodenklassen und der Landnutzung wurden aus den Bodenflächendaten (BFD50) vom HLNUG gewonnen. Diese standortorientierte Anwendung soll zum besseren Verständnis von Zusammenhängen sensitiver Parametern (CN-Wert, Hangneigung und Vorregen-Index) führen.

Paula Grosser, M.Sc.

Niedrigwasser- und Dürreperioden können schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben. Sie beeinflussen Quantität und Qualität des Wassers und haben somit Auswirkungen auf das Wohlbefinden der Lebewesen und ihrer Ökosysteme. Darüber hinaus hat Wasserknappheit Einfluss auf viele wirtschaftliche Bereiche, besonders auf das Agrarwesen und die Schifffahrt.

Deshalb ist es von großer Wichtigkeit die hydro-meteorologischen Prozesse, die Trockenphasen hervorrufen, zu verstehen. Eben diese Prozesse erforscht das ihwb seit dem Frühjahr 2019 auf der räumlichen Skala eines Einzugsgebiets (EZG). Das Mittelgebirgs-EZG der Gersprenz umfasst ca. 500 km² und ist Teil der Flussgebietseinheit Rhein. Eine Niedrigwasseranalyse mit historischen Messdaten von zwei Pegeln wurde durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Wasserstände im Einzugsgebiet merklich sinken.

Da Niedrigwasser stark klimaabhängig ist, wurden zusätzlich historische Klimadaten analysiert. Eine besondere Rolle spielte dabei die Identifikation von Dürreperioden. Wie Niedrigwasser kann auch Dürre durch Kennwerte definiert werden. Es wurden der Standardized Precipitation Index (SPI) und der Standardized Precipitation Evaporation Index (SPEI) berechnet. Die jeweiligen Zeitreihen wurden analysiert und verglichen.

Zusätzliche wurden die Auswirkungen des Klimawandels auf Trockenheit und Dürre untersucht. Anhand von zwei Szenarien RCP8.5 und RCP2.6 wurden die Entwicklung von Trockenheit und Dürre für ein emissionsreiches und ein emissionsarmes Szenario für den Zeitraum 2011-2100 analysiert. Die dazu verwendeten Klimaprojektionen sind Teil des Bias-korrigierten Kernensembles des Deutschen Wetterdienstes (DWD).

Es zeigte sich, dass unter dem emissionsreichen Szenario die Sommer tendenziell trockener und die Winter feuchter werden. Darüber hinaus wurden Tendenzen in Bezug auf das Ausmaß der Dürren und die Länge der Dürreperioden identifiziert. Alle extremen Entwicklungen wurden unter dem RCP2.6-Szenario merklich abgeschwächt.