QUESTOSI Querschnittsaufgabe Stofftransport-Simulationen am Beispiel der Weiterentwicklung von Verfahren und Anwendungsfällen zur integrierten Modellierung der Nebenräume von Ästuaren

Die Nebenarme gelten als die „Lungen“ der Ästuare. Ihre geringe Größe und die komplett unterschiedliche Biologie stellt Gewässergütemodelle vor besondere Herausforderungen.

Der rechte Nebenarm ist viel kleiner und naturbelassener als die Fahrrinne (links) des Weser-Ästuars. © J. Wyrwa / BfG

Themenschwerpunkt

Ökosysteme und Biodiversität

Projekttyp

BMDV-finanzierte Forschung für Wasserstraßen

Laufzeit

01/2023 - 12/2025

Forschungsart

Angewandte Forschung

Auftraggeber

BMDV

Projektnummer

M39600001224

Projektstatus

Aktiv

Um Auswirkungen von Ausbaumaßnahmen auf die Nebenarme der Ästuare modellgestützt untersuchen zu können, sind Gewässergütemodelle erforderlich, die feine Details simulieren können. Speziell die Vermischung der sehr unterschiedlichen Konzentrationen in den sehr kleinen Nebenarmen mit dem Hauptstrom muss präzise erfasst werden. Um Stofftransport-Algorithmen und Diskretisierungen überprüfen und verbessern zu können, wird parallel der Stoffumsatz im Nebenarm untersucht und damit erprobt, ob sich natürlich im Wasser vorhandene Konzentrationen anstatt von zugesetzten Tracern verwenden lassen.

Veranlassung

Nebenräume wie die Hahnöfer Nebenelbe und der rechte Nebenarm des Weser-Ästuars sind ökologisch bedeutsam. Sie sind z.B. als Aufwuchsgebiete für Jungfische wichtig. Daher ist anzustreben, dass Gewässergütemodelle die Auswirkungen von Ausbauvorhaben gerade auch für die kleinen Wasserkörper der Nebenräume zutreffend beschreiben können. In einem Gewässergütemodell, welches kleine Details abbilden soll, ist das Stofftransport-Modul dafür verantwortlich, dass entweder die Rechenzeit unpraktikabel lang wird oder die Genauigkeit leidet. Daher wird in diesem Projekt nach geeigneten Stofftransport-Algorithmen und Diskretisierungs-Kompromissen gesucht, die zu einschätzbaren Genauigkeiten führen. Die Zugabe inerter Tracer zur Überprüfung der Transport-Simulation ist im Ästuar nicht möglich. Durch die parallellaufende Untersuchung der biologischen Stoffumsätze wird versucht, die natürlich im Wasser vorhandenen Konzentrationen (z.B. O₂) für diese Überprüfung zu nutzen.

Ziele

Hauptziel ist es, das Gewässergütemodell QSim als Werkzeuge für die integrierte Modellierung komplexer Gewässersysteme weiterzuentwickeln, um u.a. die ökologischen Auswirkungen zukünftig notwendiger Unterhaltungsmaßnahmen auf die Nebenräume der Ästuare besser bewerten zu können. Neben der Verbesserung der Simulationsgenauigkeit stellt die sorgfältige Ermittlung der erzielbaren Genauigkeit ein wichtiges Ziel dar.
Als Querschnittsprojekt sollen die Erfahrungen aus diesem Projekt so aufgearbeitet werden, dass sie bei Arbeiten zu ähnlichen und angrenzenden Fragestellungen leicht verfügbar sind.