Wasserbezogene Extremereignisse wie die Dürre- und Niedrigwasserperioden der vergangenen Jahre führten in vielen deutschen Mittelgebirgsregionen zu negativen Auswirkungen auf den quantitativen Zustand ihrer Grundwasserressourcen und Oberflächengewässer sowie den Zustand der darüber liegenden Waldgebiete. So auch im Soonwald. Für ein nachhaltiges Management und eine zukunftsgerechte Bewirtschaftung ist das grundlegende Verständnis der Funktion der dynamischen Grundwasserspeicher, der Grundwasserneubildung und der Resilienz der Grundwasserressourcen gegen klimatische Veränderungen von großer Bedeutung.

Im Rahmen des Moduls Wald und Wasser im Projekt Klimawald 2100 soll die Dynamik und Resilienz der dem Gebiet des Soonwaldes unterliegenden Grundwasserressourcen simuliert, analysiert und bewertet werden.

Die Hydrogeologie im Soonwald ist durch komplexe Lagerungsverhältnisse des Ausgangsgesteins geprägt: Ursprünglich horizontale unterdevonische Schichten aus Quarzit und Tonschiefer wurden durch tektonische Vertikalbewegungengefaltet und aufgeschichtet. Einfache Speichermodelle sind daher ungeeignet, um die jahreszeitlichen Herkunftsräume des Grundwassers zu modellieren. Die Simulation des Grundwasserhaushalts wird deswegen durch einen kombinierter Ansatz, bestehend aus der Bewertung von Umwelttracern, Zeitreihenanalysen und Modellsimulationen mit einem schrittweise komplexierbaren Speichermodell erfolgen. Anhand von Umwelttracern (stabile Wasserisotope, Nitrat, Silikat) werden Herkunftsräume und zeitliche Komponenten des Grundwassers nachvollzogen werden. Auf diese Weise erschließt sich ein Überblick über die grundwasserbezogenen Reaktionsräume im Soonwald.

Konkret wird die Untersuchung im Einzugsgebiet des Ellerbachs am Pegel Schleifmühle, sowie dem Pegel Argenschwang am Gräfenbach im oberen Einzugsgebiet des Ellerbachs, dessen Einzugsgebiet überwiegend durch den Soonwald geprägt ist, durchgeführt.

Fortsetzungsprojekt:

Im Kontext urbaner Sturzfluten infolge von Starkregenereignissenbilden hydrologische Grundlagendaten wie qualitativ hochwertige Wasserstands- und Abflusszeitreihen und langjährige hydrologische Kenngrößen (z.B. Mittlerer Abfluss MQ, Mittlerer Niedrigwasserabfluss MNQ etc.) die Grundvoraussetzung für ein effizientes Flussgebietsmanagement. Eine gute Datengrundlage ist überdies für die erfolgreiche Kalibrierung von Hochwasservorhersage-Modellen oder auch die hydraulische Ermittlung von Überschwemmungsflächen im Rahmen der EU-Hochwasserrisikomanagementrichtlinie unabdingbar. Darüber hinaus stellt der Abfluss mit seinen unterschiedlichen Zeitbezügen eine bedeutsame Planungs- und Bemessungsgröße im naturnahen Wasserbau (z.B. über die Kennwerte Q30 & Q330 beim Bau von Fischaufstiegsanlagen) und für Anlagen des technischen Hochwasserschutzes dar. Von diesen Herausforderungen und Anforderungen im Bereich der Hydrologie und Wasserwirtschaft sind auch die Stadt Trier und die umgebende Mittelgebirgsregion direkt betroffen.

Betrieb des Abflusspegels Kloster Olewig, Trier

Gefördert durch die Stadt Trier (Phase II, 2022 - 2024)

Untersuchung und Charakterisierung der Sediment-Dynamik Flussauf- &- Abwärts der Talsperre Bitburg-Prüm 2022-2023

Vorstudie zur Vorbereitung der Entschlammung der Talsperre Bitburg-Prüm zur Untersuchung der Fragen:

• Kann es durch Feinsedimente zu Kolmatierungen/ Zusetzung des Interstitials unterhalb der Talsperre kommen?
• Welche Fließgeschwindigkeiten/ Abflüsse sind notwendig, um die Feinsedimente in Schwebe zu halten?
• Welche Korngrößen können bei welchen Abflüssen noch transportiert werden?
• Welche Auswirkungen hat die Verlagerung organischer Substanz aus der Talsperre?
• Welche Fracht transportiert die Prüm an?

Gefördert durch den Talsperrenbetreiber Verbandsgemeinde Bitburger Land

BMBF Verbundvorhaben in der Ausschreibung Wasser-Extremereignisse (WaX):

Notabflusswege sind Wege, die das Wasser bei Überlastung der planmäßigen Entwässerungsstruktur – oft als Sturzflut – oberirdisch durch die Bebauung nimmt. Das Teilprojekt der Universität Trier befasst sich mit der Entwicklung eines drohnenbasierten Ansatzes zum belastungsabhängigen Nachweis von Notabflusswegen in der bestehenden Siedlungsstruktur um eine zielgenaue Umsetzung von Hochwasservorsorgemaßnahmen zu ermöglichen.

Kooperationspartner: Hochschule Koblenz (Projektkoordination), Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, Kaiserslautern, disy Informationssysteme GmbH, Karlsruhe, Hochschule Trier, Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbH, Thür

Gefördert durch das BMBF, 2022-2025

Im Kontext urbaner Sturzfluten infolge von Starkregenereignissenbilden hydrologische Grundlagendaten wie qualitativ hochwertige Wasserstands- und Abflusszeitreihen und langjährige hydrologische Kenngrößen (z.B. Mittlerer Abfluss MQ, Mittlerer Niedrigwasserabfluss MNQ etc.) die Grundvoraussetzung für ein effizientes Flussgebietsmanagement. Eine gute Datengrundlage ist überdies für die erfolgreiche Kalibrierung von Hochwasservorhersage-Modellen oder auch die hydraulische Ermittlung von Überschwemmungsflächen im Rahmen der EU-Hochwasserrisikomanagementrichtlinie unabdingbar. Darüber hinaus stellt der Abfluss mit seinen unterschiedlichen Zeitbezügen eine bedeutsame Planungs- und Bemessungsgröße im naturnahen Wasserbau (z.B. über die Kennwerte Q30 & Q330 beim Bau von Fischaufstiegsanlagen) und für Anlagen des technischen Hochwasserschutzes dar. Von diesen Herausforderungen und Anforderungen im Bereich der Hydrologie und Wasserwirtschaft sind auch die Stadt Trier und die umgebende Mittelgebirgsregion direkt betroffen.

Betrieb des Abflusspegels Kloster Olewig, Trier

Gefördert durch die Stadt Trier (Phase I, 2018 - 2021)

Zahlreiche kleine und mittlere Gewässer in der Stadt Trier und im Landkreis Trier sind durch Neubaugebiete, neue Verkehrsflächen und der entsprechenden Infrastruktur beeinflusst. Die notwendig gewordenen Einrichtungen zur Niederschlagswasserbewirtschaftung und zur Abwasserbehandlung (Kläranlagenzuläufe) belasten die Gewässer während Hoch- und Niedrigwasserperioden. Insbesondere erhöhen sie das Hochwasserrisiko im Unterlauf und ziehen eine stoffliche Belastung des Gewässers nach sich. Ziel des Projektes ist die Vertiefung des Prozessverständnisses mikrobiologischer Selbstreinigungsprozesse in urbanen Gewässern, um sowohl allgemein, als auch speziell im Trierer Untersuchungsgebiet, das Management urbaner Gewässerbelastungen zu verbessern.

Gefördert durch die Nikolaus-Koch-Stiftung (2018 - 2020)

Der langfristige Wasserhaushalt bebauter Gebiete wird sowohl durch die vorherrschenden hydroklimatischen Bedingungen als auch durch Bebauungsstruktur und Oberflächeneigenschaften sowie die eingesetzten Regenwasserbewirtschaftungssysteme geprägt. Diese Besonderheit urbaner Einzugsgebiete verlangt eine prozessgerechte Berücksichtigung in hydrologischen Modellen, die für die Simulation des kurz- und langfristigen Wasserhaushalts von Siedlungsflächen (Abflussbildung, Grundwasserneubildung und Verdunstung) genutzt werden. Das frei verfügbare Simulationstool RoGeR_WB_Urban ist in der Lage die relevanten hydrologischen Prozesse zeitlich und räumlich hoch aufgelöst abzubilden und Maßnahmen zur Regenwasserbewirtschaftung zu berücksichtigen. Anhand des Modells sowie begleitender Langzeitmessungen und Feldexperimente werden verbesserte Grundlagendaten zur Parametrisierung von stadthydrologischen Modellen abgeleitet. In weiteren Arbeitsschritten werden standardisierte und übertragbare Methoden zur Bestimmung des Referenzzustandes für den naturnahen Wasserhaushalt sowie zur Entwicklung von Klimaszenarien für die stadthydrologische Modellierung und Stadtplanung entwickelt.

Projekt in Zusammenarbeit mit und finanziert durch die Universität Freiburg (2017 - 2018)

Die im Rahmen von Monitoringaufgaben entnommenen Schwebstoffe in Oberflächengewässern werden mit unterschiedlichen Entnahmeverfahren gewonnen, so dass sich die Frage nach der Vergleichbarkeit physikalischer, chemischer und radiologischer Messwerte des Probenmaterials stellt. Verschiedentlich wurden in der Vergangenheit Probenahmeverfahren verglichen, ohne dass es zu einheitlichen Anwendungen vor allem kostengünstiger Sammelmethoden gekommen wäre. Um belastbare Daten zur Schwebstoffqualität zu erheben, werden im vorliegenden Projekt mehrere Verfahren zur Schwebstoffgewinnung geprüft und hinsichtlich ihrer Praxistauglichkeit optimiert. Dabei werden Kurzzeitsammelmethoden wie Durchflusszentrifuge und Hydrozyklon den zeitintegralen Beprobungsverfahren (Phillips-, BISAM-Sammler) gegenüber gestellt. Die Eignung der Verfahren wird im Rahmen eines Langzeitmonitorings am Rhein überprüft und bewertet.

Wir danken dem Ruderverein Treviris für seine Unterstützung zur Nutzung des Steges in der Mosel.

In coherence with the land development and urbanisation process, the area of impervious surfaces increases in central Europe. In comparison to natural surfaces, the sealing of soil surfaces leads to faster runoff generation and larger stormwater discharges in natural drainage systems. With the aim controlling the flood risk and to minimize the input of pollution into the receiving streams, rainwater management is of utmost important. The above-mentioned objectives are central parts of the European water directives (2000/60/EC and 2007/60/EC). The results of the Luxembourgish project LuxFlush and of the Interreg IIIb project WaReLa show a significant negative impact of urban stormwater on receiving streams. In this context, the transboundary cooperation provides comprehensive development potentials (e.g. comparison of procedures and exchange of experience). The chosen investigation areas, the heterogeneous catchments of the Luxembourgish Pétrusse and Mess as well as the German Olewiger Bach, will be part of this project and a close cooperation between transboundary partners is intended.

Antecedent hydro-meteorological conditions, rainwater management practices and affiliated man-made structures induce differences in the sequence of discharges as well as in the chemical composition of urban stormwater sources of water and pollutants. The comprehension of measured hydrological and hydrochemical data and calculated variables (e.g. runoff coefficient, chemical loads) will lead to the extraction of typical patterns for several sources. Beside the influence of direct connected sewerages, the receiving waters are affected by diffuse sources (e.g. leachate, relocation and exchange processes). The interactions of several sources and processes within the watershed are intricate within the flood events. Therefore this project will combine new data and applications with present results in anticipation of further findings. The equations, generated will give the possibility to estimate an influence of urban rainwater pollution on water quality during flood events, dry weather conditions, and on groundwater quality.

Kooperationspartner: CRP-Gabriel Lippmann, TU-Berlin

Urban development is an on-going process. The infrastructure of urban areas is designed to collect precipitation and convey it out of the watershed into sewers and surface water channels. In the past few years, the awareness of the ecological and environmental value of small urban waters and their relevance as an integral part of urban areas has been raised. A sustainable environmental handling of urban waters, with respect to flood prevention, ecological improvement and water quality, is a fundamental European objective (water framework direction 2000/60/EC; flood risk directive 2007/60/EC). Previous research has pointed out the negative impact of stormwater runoff on receiving watercourses. Decentralisation of runoff storage is a step towards stormwater drainage sustainability. The construction of retention basins as an on-site detention policy is a popular management practice because of easy implementation and high impact. Renaturation of canalised river stretches in urban environments lead to improvement of ecological and environmental value of small urban waters. 

Small urban waters and retention basins receive their input directly from runoff of urban environments. A large amount of pollutants found in urban stormwater runoff originate from sealed surfaces e.g. roads, rooftops and backyards. Heavy metals and ecotoxicologically relevant organic substances are of most concern in urban stormwater. As a result, water quality must often first be improved by e.g. discharging the first flush to wastewater treatment plants before releasing them to retention areas and re-naturalized river stretches.

The objective of this research study is to investigate the influence of stormwater management practices on water quality. Therefore, the load of selected organic and inorganic pollutants in urban runoff will be measured, the enhancement of water quality due to renaturation of canalised river stretches and first flush discharge to sewerages as well as the pollutant’s behaviour in retention areas regarding to filling substrates are to be studied.

Kooperationspartner: CRP-Gabriel Lippmann

Das Projekt hat im Sinne des Leitbildes „Leben im Klimawandel durch Anpassung und zukunftsorientiertes Landschaftsmanagement“ zum Ziel, die Wirkungen und Folgen des Klimawandels in Rheinland-Pfalz umfassend zu untersuchen. Alle Umweltbereiche und der gesamt Landnutzungssektor sind einbezogen. Folgende Teilziele werden verfolgt:

• Analyse der bisherigen und Abschätzung der künftigen Klimaentwicklung
• Entwicklung/Weiterentwicklung von Methoden
• Erkenntnisse über die zu erwartenden Folgen des Klimawandels (Vulnerabilität)
• Aufzeigen von Chancen und Risiken
• Erarbeitung wissenschaftlich fundierter Anpassungsoptionen
• Identifikation weiteren Forschungsbedarfs

www.klimawandel-rlp.de

Kohäsive Feinpartikel sind potentielle Träger von anorganischen und organischen Schadstoffen und spielen eine entscheidende Rolle beim Stoffaustausch zwischen Wasserkörper, Schwebstoff und Sediment. Daher ist die Kenntnis der Depositionsdynamik dieser Feinpartikel ein wichtiger Baustein für eine physikalisch basierte Modellierung des Schadstofftransfers in Fließgewässern. Jedoch sind Feldstudien zu kohäsiven Feinpartikeln selten, da geeignete Tracer und schnelle und effiziente Analysentechniken fehlen. Das übergeordnete Ziel unseres Projektes ist es, die Gerinnespeicherung kohäsiver Feinpartikel in einem natürlichen Mittelgebirgssystem bei variierenden hydrologisch-hydraulischen Randbedingungen zu quantifizieren (gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft).

Auswahl von Publikationen und Präsentationen:

Auswahl von Publikationen und Präsentationen:

Kurtenbach, A. & Gallé, T. (2008): Strategien zur Erfassung und Bewertung von Stoffflüssen als Bestandteil eines Flussgebietsmanagements. – KW Korrespondenz Wasserwirtschaft, 1, 77-84.

Kurtenbach, A., Gallé, T., Bierl, R., Welfring, J. & Schosseler, P. (2007): Calculating material fluxes at gauging stations: What does it tell us about the immission situation in the upstream basin. – The Science of the Total Environment (in preparation)

Kurtenbach, A u. Gallé, T. (2006): Strategien zur Erfassung und Bewertung von Stoffflüssen als Bestandteil eines Flussgebietsmanagements [Langfassung des Papers zu einem Vortrag auf dem siebten Workshop "Flussgebietsmanagement - Gegenwart und Zielhorizonte des Gewässerschutzes", 22/23 November 2006 in Essen].

URL: www.crte.lu/mmp/online/website/function/documentation/index_EN.html

Gallé, T. et al. (2006): Contribution of combined sewer overflow emissions to pollutant fluxes in the urbanised Alzette catchment in Luxembourg. – Vortrag auf dem "International Symposium on Sediment Dynamics and Pollutant Mobility in River Basins" (SEDYMO), TU Hamburg Harburg, March 26 to 29
 
Gallé, T., Gutzler, C. Bierl, R. (2006): Field-determined KOC partition coefficients for HOC: influence of particulate organic matter distribution along a WWTP affected longitudinal river profile. Posterpräsentation, SETAC Tagung, Den Haag, 7-11 Mai
 
Kurtenbach, A., Gallé, T., Welfring, J., Bierl, R. (2006): Effective monitoring strategies as a basis for reliable sediment and contaminant flux calculations for river basin management purposes. – Posterpräsentation auf dem "International Symposium on Sediment Dynamics and Pollutant Mobility in River Basins" (SEDYMO), TU Hamburg Harburg, March 26 to 29
 
Gallé, T. et al. (2005): Transient storage of particle-bound contaminants in river sediments: mobilisable sediments and longitudinal pollutant gradients downstream an SWTP outlet. - Posterpräsentation, SETAC Tagung, Lillé, 23-26 May
 
Gallé, T., Kurtenbach, A., Welfring, J., Bierl, R. (2005): Particulate phase transport of metals in rivers. Limits of accuracy and precision of whole water measurement methods. Posterpräsentation SETAC-Tagung, Lille 23-26 Mai

Die Dynamik des partikelgebundenen Schadstofftransportes ist ereignisgebunden und lässt sich in die Varianz innerhalb sowie zwischen Hochwasserwellen einteilen. Der erste Punkt wurde in diversen Arbeiten bereits untersucht, das jetzige DFG-Projekt soll Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den Ereignissen herausstellen und somit Forschungsneuland betreten. Hierzu werden alte Wellenergebnisse bezüglich der wissenschaftlichen Fragestellungen aufgearbeitet und mit einer großen Anzahl neuerer Ergebnisse ergänzt. Ein Hochwasserereignis wird als komplexe Reaktion des gesamten Einzugsgebietes auf einen Niederschlagsimpuls oder eine Schneeschmelze verstanden. Eingeschlossen sind Aspekte der Wasserstandsänderung (Hydrograph), der Konzentrationsänderung gelöster Stoffe (Chemograph), des Feststofftransportes (Quantität und Beschaffenheit) sowie des partikelgebundenen Stofftransportes. Daraus ergeben sich folgende Fragestellungen: Worin liegen die Unterschiede zwischen den einzelnen Hochwasserreaktionen? Gibt es typische "Wellengruppen" oder sind alle Abflussereignisse einmalig? Wie hängt der partikelgebundene Schadstofftransport mit den unterschiedlichen Reaktionen der Einzugsgebiete zusammen? Was sind die Aktivierungsmechanismen der liefernden Quellen? Wie reagieren diese Quellen wann und warum? (gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft), 1993-2000