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Mit modernen Modellsystemen ist es möglich "die Natur im Computer abzubilden". HYDROMOD benutzt hierzu ein breites Spektrum an Methoden, Verfahren und Modellen, welches sowohl auf Stand- als auch auf Fließgewässer anwendbar ist. Je nach Aufgabenstellung wird das betreffende Gewässer räumlich durch ein solches Modell durch ein Berechnungsgitter abgebildet, auf dessen Schnittstellen die gültigen naturwissenschaftlichen Gleichungen gelöst werden.
Unterschiedliche Anforderungen an Genauigkeit und Zielvorgaben der Untersuchungen lassen dann jeweils individuelle Modellansätze zum Einsatz kommen, u.a. eindimensionale oder dreidimensionale Beschreibungen. Die von HYDROMOD verwendeten Modellansätze und Verfahren können miteinander gekoppelt und so zu einem Modellsystem kombiniert werden, welches lokalen Gegebenheiten sowie projektspezifischen Anforderungen Rechnung trägt.
Generell betrachtet werden physikalische und biochemische Prozesse (Massen-, Impuls-, und Energieerhaltung, Turbulenz) und Zustandsgrößen (Wasserstand, Strömung, Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff) in ein System von mathematischen Gleichungen gebracht, deren Lösungen vernetzt voneinander abhängen. Solche komplexen Lösungen werden mittels geeigneter mathematischer Methoden auf leistungsfähigen Computern berechnet und können dann anhand von Informationen aus der Natur punktuell bestätigt werden.
Nach einer solchen Validierung eines Modells können dann konkrete Vorhersagen und Fallstudien, wie sie sich aus den Vorstellungen der Verantwortlichen in Wasserbau, Gewässerschutz und -instandhaltung ergeben, festgelegt und durchgerechnet werden. Sie können in vielen Fällen, z.B. beim Hafenausbau oder dem Bau von Kläranlagen, Entscheidungsträgern wichtige Hilfen liefern.
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Strömungen in Fließ- und Standgewässern: Analog zu den weithin bekannten Vorhersagemodellen in der Meteorologie gibt es seit langem ausgereifte mathematische Modelle, die Strömungsvorgänge in Gewässern beschreiben können. HYDROMOD verfügt hier über jahrzehntelange Erfahrungen in der Erstellung und Optimierung solcher Strömungsmodelle, die in Gewässern unterschiedlicher Größe und Morphologie Anwendung finden können. Sie geben meist die Basisinformationen für zusätzliche praxisorientierte Modelle; beispielsweise zur Ausbreitung von Schadstoffen oder Prognosen über Erosion und Sedimentation in Fließstrecken.
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Hydrologie und Nährstoff-Frachten in Einzugsgebieten: Wesentliche Beiträge der Nährstoffbelastung, sowohl für Fließ- als auch Standgewässer, liefern die diffus über Oberflächen- oder Grundwasserabfluss eingetragenen Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus dem umliegenden Einzugsgebiet. Mit Hilfe von kombinierten Abfluss- und Nährstoffbilanz-Modellen können solche Einträge bewertet und Vorschläge für möglichst umweltschonende, aber auch kostengünstige Alternativen erarbeitet werden. Details sind auf unserer Seite Einzugsgebiet nachzulesen.
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Schichtungsprognosen in Seen und Talsperren: Sowohl für die biologischen Vorgänge als auch für die Wasserbewirtschaftung wichtig ist eine sehr detaillierte Kenntnis der sommerlichen Schichtung in tiefen natürlichen Seen, Talsperren, Tagebaurestlöchern oder auch Baggerseen. Ein wichtiger Aspekt erfolgreicher Vorhersagemodelle ist eine möglichst gute Beschreibung der turbulenten Vermischungsvorgänge, wie sie in den bei HYDROMOD verwendeten Systemen beschrieben werden können. Gerade in dieser Anwendung ist eine enge Verzahnung mit sehr genauen Messverfahren wie Mikrostruktursonden und ADCP-Strömungsmessern von großem Vorteil (s. auch deren Beschreibung auf der Seite Messungen).
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Aufenthaltszeiten und Vermischung in Gewässern: Gerade für eine genaue Kenntnis der Bioverfügbarkeit eingetragener Nähr- und Schadstoffe ist es sehr vorteilhaft, die Verweildauer des durch die Zuflüsse einströmenden belasteten Wassers abschätzen zu können. Mittels besonderer Prognosemodelle und deren Beschreibung der Verdriftung und Vermischung von Wasserteilchen (Tracern) ist es möglich, hierüber dezidierte Aussagen zu machen.
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Physikalisch-biologische Prozesse in Talsperren und Seen: Das Ökosystem in Gewässern ist sehr komplex und steht unter dem direkten Einfluss von vielerlei Umweltfaktoren aus der Atmosphäre und dem umliegenden Einzugsgebiet. HYDROMOD ist in Zusammenarbeit mit erfahrenen Kooperationspartnern bereits seit längerem aktiv, Biologie und Hydrophysik in einem gekoppelten mathematischen Modellsystem zu verbinden. In diesem Zusammenhang sind die Ergebnisse des GETAS-Projektes richtungsweisend.
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