Organikareiche Kanalsedimente - Modellentwicklung zu Aufbau und Erosion

• Applicant: Professor Dr. Peter Krebs
• Subject Area: Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
• Term: from 2008 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 59839697

Ziel des Projektes ist die quantitative Untersuchung und Beschreibung der Bildung organikreicher Sedimente in der Kanalisation. Dieser Sedimenttyp ist einer ausgeprägten Dynamik unterworfen und ist von maßgeblichem Einfluss für die Belastung von Kläranlage und Fließgewässer bei Mischwasserereignissen. Während die Abtragsprozesse im Rahmen zahlreicher Untersuchungen zumindest phänomenologisch beschrieben wurden, sind die Bildungsprozesse bisher weitgehend unerforscht. Aufgrund der komplexen Bildungsprozesse und der hohen räumlichen und zeitlichen Variabilität im Kanalnetz ist eine geschlossene mechanistische Beschreibung der Sedimentbildung nicht möglich. Stattdessen soll ein grey-box-Modell entwickelt werden, welches vorhandene Transportmodelle mit statistisch begründeten Bildungsfunktionen koppelt. Um sowohl die determinierenden Einflussgrößen als auch die komplexen Bildungsprozesse möglichst realitätsnah zu erfassen, werden die Modelle auf Basis von in situ Untersuchungen entwickelt. Dafür soll ein transportables Erosionsmeter entwickelt und unter standardisierten Laborbedingungen kalibriert werden. Mit diesem soll im Weiteren die erodierbare Sedimentmenge in Abhängigkeit von der Bildungszeit und der aufgewendeten Sohlschubspannung ermittelt werden. Um allgemeingültige und statistisch signifikante Abhängigkeiten bei gleichzeitig vertretbarem Untersuchungsumfang zu erzielen, werden die zu untersuchenden Kanäle mit Hilfe statistischer Versuchsplanung (experimental design) anhand digital verfügbarer Strukturdaten (GIS) und eines vorgeschalteten Sedimentmessprogramms (Screening) ausgewählt. Die gewonnenen Ergebnisse werden mittels Faktorenanalyse und multivariater statistischer Verfahren ausgewertet. Um eine Anwendung der damit gewonnenen empirisch-statistischen Abhängigkeiten für die Sedimentmodellierung in hydrodynamischen Modellen zu erreichen, werden abschließend mechanistisch-statistische Transportmodelle entwickelt. Ausgangspunkt hierfür sind vorhandene mechanistische Transportmodelle, welche durch Parameteranpassung, Einführung von Formfaktoren oder auch Erweiterung einzelner Terme den gewonnenen Erkenntnissen anzupassen sind. Die entwickelten Modelle werden auf Basis der durchgeführten Einzelmessungen sowie eines unabhängigen Messprogramms validiert.

• DFG Programme: Research Grants