Hydrodynamische Modellierung
Für die Quantifizierung von hydrodynamischen, biologischen und chemischen Prozessen in Seen werden dreidimensionale Seenmodelle eingesetzt. Vor jeder Seenmodellierung wird zunächst ein konzeptionelles Modell erstellt, in dem die für die Fragestellung wesentlichen Prozesse definiert werden. Für die hydrodynamische Modellierung sind dies die temperatur- und ggf. konzentrationsabhängigen Schichtungsprozesse im saisonalen und kurzfristigen Maßstab, windinduzierte interne Wellen und Flusswassereinströmungen mit Nähr- und Schwebstoffeintrag sowie der Energieeintrag aus der Atmosphäre über Wind und Strahlung. Wir setzen hierfür die Modellsoftware Delft3D-Flow von Deltares sowie AEM3D von Hydronumerics ein. Typische Fragestellungen sind z. B.:
- Identifizierung und Quantifizierung von Durchmischungs- und Austauschprozessen: Schichtungsentwicklung, Strömungsprozesse, Flusswassereinströmungen, Tiefenwassererneuerung, interne Wellen, etc.
- Auswirkungen der thermischen Nutzung von Seewasser
- Ausbreitungsberechnung und Beurteilung von Rückgaben in Seen
- Standortoptimierung geplanter Entnahmen und Rückgaben
- Ausbreitung, Erosion und Sedimentation von Schwebstoffen
- Auswirkungen des Klimawandels
Modellierung der Wasserqualität
Bei der Modellierung biologischer und chemischer Prozesse in der Wassersäule und an der Seesohle werden zunächst die für die jeweilige Fragestellung relevanten Zusammenhänge identifiziert. Anschließend werden die ausgewählten Zustandsgrößen sowie zugehörige Umwandlungsprozesse modular im Modell zusammengestellt. Gegebenenfalls entwickeln wir individuelle mathematische Beziehungen und implementieren diese in der Modelltechnik. Zum Einsatz kommt die Modellsoftware Delft3D-WAQ von Deltares. Mit einem gekoppelten Modellsystem der Hydrodynamik und Wasserqualität lassen sich die hydrodynamischen Prozesse in Kombination mit dem Schwebstofftransport und dem Nährstoffkreislauf simulieren. Typische Fragestellungen hinsichtlich der Wasserqualität von Seen sind z. B.:
- Beschreibung von Nährstoffkreisläufen und Nährstoffmanagement
- Identifizierung und Quantifizierung von Sauerstoffzehrungsprozessen
- Algenwachstum
- Prognoseberechnungen der Wasserqualität bei veränderten Randbedingungen
Oberflächenwellen
Vor allem für die Uferbereiche spielen die lokalen Oberflächenwellen eine wichtige Rolle. Aber auch die Schifffahrt benötigt Informationen zu maximalen Wellenhöhen und Wellenlängen. Hierzu wird anhand von Wellenmodellen das mögliche Spektrum von Wellen an Seen untersucht. Zum Einsatz kommt das Programm SWAN der TU Delft, mit dem über das Windfeld stationäre und instationäre Wellenfelder auf der Seeoberfläche berechnet werden. Mit dem Modell SWASH wird die Propagation von Wellen und deren Reflexion im Uferbereich untersucht.
ABH025 – SeeWandel-Klima: Modellierung der Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee
Im Interreg III Projekt SeeWandel-Klima entwickelt die Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH zusammen mit den Projektpartnern EAWAG, Universität Konstanz, Universität Innsbruck, Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg ein Modellsystem mit dem die Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee abgeschätzt werden können. Basis bildet dabei das Modellsystem BodenseeOnline der LUBW, das um die Prozesse zur Simulation des Wachstums der Quagga-Muschel und der Makrophyten erweitert wird. Zusätzlich wird das bestehende Modul zur Berechnung des Nährstoffkreislaufs um die saisonale Entwicklung des Zooplanktons erweitert. Unter Verwendung von Klimaprognosen für die meteorologischen Antriebsgrößen werden Prognosen für die nahe Zukunft (bis 2050) durchgeführt. Betrachtungen zu den paläohydrologischen Verhältnissen ermöglichen Muster aus der Vergangenheit zu identifizieren und in die Prognosen einzubeziehen. Da nicht nur Neobiota eine Herausforderung für die Zukunft des Bodensees darstellen, werden am Beispiel von PFOS auch aktuelle chemische Änderungen der Wasserqualität betrachtet und eine Bilanz erstellt.
Weitere Informationen finden Sie auf der Projektwebseite: https://seewandel-klima.org/startseite/
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