Forschung

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Forschungsaktivitäten

Die Forschung am Lehrstuhl für Hydrologie und Klimatologie ist in drei Arbeitsgruppen gegliedert:

  • AG Hydrologische Prozesse
  • AG Erosion und Ökohydrologie und
  • AG Hochwasser.

Die Arbeitsgruppen stellen sich im Folgenden kurz vor: 

Hydrologische Prozesse

Globale und lokale Wasserkreisläufe werden durch verschiedene hydrologische Prozesse getrieben. Sie beeinflussen damit die Menge, Qualität und zeitliche die Dynamik des Wassers. Das Verständnis dieser Prozesse und ihrer Wechselwirkungen ist z.B. besonders für die Hochwasservorhersage, Erosionsabschätzung oder das Auftreten von Dürreperioden oder Erdrutschen wichtig. Die räumliche Skala spielt dabei eine entscheidende Rolle, da deren Einfluss auf die Bedeutung verschiedener Prozesse über die hydrologische Verbindung von Landschaftteilen (Konnektivität) entscheidet.

Wissenschaftliche Fragestellungen umfassen dabei die Identifikation relevanter Prozesse, die Entwicklung und Durchführung von Methoden zur qualitativen und quantitativen Erfassung (Feldbeobachtungen), sowie die Entwicklung geeigneter Regionalisierungs- und Modellansätze.

  • Verbesserung der Vorhersagegüte von hydrologischen Vorhersagemodellen mit Hilfe räumlich-hochaufgelöster Bodenfeuchteinformationen
  • Entwicklung eines räumlichen TDR-Systems (STDR) für räumlich-hochaufgelöste Bodenfeuchtemessungen
  • Generierung, Transport und Rückhalt von Wasser und Sedimenten in mittelmaßstäbigen semiariden
  • Einzugsgebieten: Monitoring und Modellierung von Flüssen, Rückhalt und Konnektivitätsphenomena (SESAM II)
    Auswirkungen des Klimawandels auf das Wasserdargebot im Alpenraum (Teilprojekt PROGRESS)
  • Einfluss von Hangneigung und –form auf Abflussbildungsprozesse, Bodenerosion und Wasserqualität

Kontakt: Till Francke

Erosion und Ökohydrologie

Das Forschungsfeld liegt an der Schnittstelle Hydrologie, Sedimenttransport und Ökologie und beschäftigt sich mit den vielfältigen Prozessinteraktionen und Rückkopplungsdynamiken, welche zu Landdegradierung, Sedimentation von Stauseen und Nährstoffbelastungen und -verlagerung in Böden und Gewässern führen. Methodischer Schwerpunkt liegt auf der Weiterentwicklung von prozess-basierten Transport-Modellierungstools, wie z.B. das MAHLERAN Model (Model for Assessing Hillslope to Landscape Runoff, Erosion and Nutrients) Model, das WASA-SED Model (Model for Water Availability for Semi-Arid Environments -Sediment) und SWAT Model (Soil Water Assessment Tool), sowie der Kopplung dieser Modelansätze mit Vegetationsdynamikmodellen. Des Weiteren werden in Langzeitmonitoringprogrammen Erosionserscheinungen nach Landnutzungswandel, Sedimentverlagerungen und diffuser Eintrag von Nährstoffen in Gewässer für diverse Ökosysteme (u.a. Brandenburg, Chile, Neu Mexiko, Mato Grosso, Spanien) quantifiziert und analysiert. Folgende Teilprojekte wurden / werden derzeit bearbeitet:

  • Einfluss von Waldmanagement auf erhöhten Abfluss und Erosion im Süden Chiles (Graduiertenprogramm „Naturkatastrophen: Entstehung, Ausbreitung und Wirkungen“)
  • Ökohydrologische Rückkopplungsdynamiken an einer Grasland-Strauchland Übergangszone im Südwesten der USA (ECHO-Projekt)
  • Interaktion von Vegetationsdynamik mit dem Wasser- und Nährstoffkreislauf: ökohydrologische Analyse der extremen Landnutzungsänderung in Mato Grosso, Brasilien (ECHO-Projekt)
  • Analyse von Agrarökosystemen in einer Tieflandregion Deutschlands (ECHO-Projekt)

Hochwasser

Die hydrologische Forschung kann in vielerlei Hinsicht zum Hochwassermanagement beitragen: Die rechtzeitige Vorhersage eines bevorstehenden Hochwassers ist ein Kernaspekt der Frühwarnung und Vorraussetzung zur Einleitung angemessener Schutzmaßnahmen. Die modellhafte Betrachtung von Flussgebieten ist ein elementares Werkzeug, um die Wirkung wasserbaulicher und raumordnerischer Planungen und Maßnahmen abzuschätzen. Nicht zuletzt im Rahmen der Klimawandelforschung stellt die langfristige Analyse von Spitzenabflüssen ein wichtiges Instrument zur Gefährdungsabschätzung in Flussgebieten dar.

Schwerpunkte der Hochwasserforschung in unserer Arbeitsgruppe sind zurzeit:

  • Abflussmodellierung: Entwicklung und Anwendung hydrologischer Modelle zur Analyse und Vorhersage von Hochwasserereignissen und Hochwasserschutzmaßnahmen
  • Fernerkundung: Ermittlung hochaufgelöster Eingangsdaten für die hydrologische Modellierung (z.B. Niederschlagsradar)
  • Verifikation: Entwicklung innovativer Bewertungsansätze für hydrologische und meteorologische Vorhersagen
  • Unsicherheitsanalyse: Betrachtung von Unsicherheiten hydrologischer Simulationen und Vorhersagen

Kontakt: Maik Heistermann

Projektübersicht des Lehrstuhls für Hydrologie und Klimatologie

  • COMTESS: Sustainable Coastal Land Management - Trade-Offs in Ecosystem Services. Untersuchung der Auswirkungen von Maßnahmen zum Küstenschutz auf Ökosystemdienstleistungen und Ökosystemfunktionen unter dem Einfluss des Klimawandels

  • SESAM II: Bildung, Transport und Retention von Wasser und Sediment in groß-skaligen semi-ariden Einzugsgebieten: Monitoring und Modellierung von Stoffflüssen, Retention und Konnektivitätsphänomenen

  • ECHO: Ökologische und hydrologische Rückkopplungsmechanismen in meso-skaligen Einzugsgebieten

  • PROGRESS: Potsdamer Forschungs- und Technologieverbund zu Naturgefahren, Klimawandel und Nachhaltigkeit

  • Graduiertenschule Naturkatastrophen: Untersuchung von Landnutzungseinflüssen auf Erosionsprozesse und Sedimenttransport in Waldgebieten Südchile

Ehemalige Projekte

  • OPAQUE: Operationelle Abfluss- und Hochwasservorhersage in Quelleinzugsgebieten

  • FLOODsite: Integrated Flood Risk Analysis and Management Methodologies

  • SESAM: Sediment Export from large Semi-Arid Catchments: Measurements and Modelling

  • Der Einfluss der Hangneigung und Hangform auf Prozesse des Abflusses und der Bodenerosion und deren Bedeutung für den Wasser- und Stoffaustrag in Fließgewässer – Literaturstudie und exemplarische Modellierung im Auftrag des Industrieverbands Agrar

  • Experimentelle Untersuchung und Modellierung des Wasser- und Stoffhaushalts zweier Einzugsgebiete in den Chilenischen Anden (Projekt-Homepage)

  • EraNet CRUE: Efficiency of non-structural flood mitigation measures: "room for the river" and "retaining water in the landscape" (Projekt-Homepage)

  • Modellierung des Wasserhaushalts und Stofftransports in der Havel - Möglichkeiten der Darstellung der Grundwasser- / Oberflächenwasser- Interaktionen mittels Modellkopplung

  • Darstellung, Vergleich und hydrologische sowie klimatologische Wertung regionaler Klimaszenarien für Süddeutschland (in Zusammenarbeit mit dem LUBW Baden-Württemberg und dem LUA Bayern)

  • Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel (www.havelmanagement.net)

  • Landschaftsdynamik in Abhängigkeit von Witterung und Klima im Uvs-Nuur-Becken / Nordwestmongolei

  • A large-scale hydrological model for the semi-arid environment of north-eastern Brazil

  • Möglichkeiten zur Minderung des Hochwasserrisikos durch Nutzung von Flutpoldern an Havel und Oder (Aufstockungsprojekt im Rahmen des BMBF-Vorhabens Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel")

Doktorarbeiten

Aktuelle Promotionen:

Name   Arbeitstitel der Dissertation   Erstbetreuer   Zweitbetreuer   Finanzierung
                 

Cathy Abon (MSc.)

  Integration of satellite precipitation,  rainfall radar data and hydraulic information for flood forecasting and flood hazard mitigation in Central Philippines   Prof.
A. Bronstert
  Dr.
M. Heistermann
  GeoSim
               
Arlena Brosinsky (Dipl.-Landschaftsökol.) Derivation of vegetation and soil surface characteristics from field,
laboratory and imaging spectroscopy for soil erosion modelling
  Prof.
A. Bronstert
  Prof.
H. Kaufmann
  DFG
                 
Samuel Fournet (MSc.)   Integrated water resources management in the Upper Niger Basin under climate change variability and change   Prof.
A. Bronstert
 

Prof.
G. Bellaud

  EU
                 
Cornelia Hesse (Dipl.-Geoökol.)   Integrated water quality modelling in meso- to large-scale river basins under uncertainty   Prof.
A. Bronstert
  Prof.
V. Krysanova
   
               
Philip Hunke (Dipl.-Geoökol.) The Brazilian Cerrado: ecohydrological resilience of meso-scale catchments under intensive agricultural production (working title)   Dr.
E. N. Müller
  Prof.
B. Schröder
  DFG
               
Stephan Jacobi (Dipl.-Geoökol.) Dämpfungskorrektur der radargestützten quantitativen Niederschlagsabschätzung   Prof.
A. Bronstert
  Dr.
M. Heistermann
  BMBF
               
Christoph Kormann (Dipl.-Hydrol.)
Detection and attribution of daily streamflow trends in Alpine regions using the example of Western Austria   Prof.
A. Bronstert
  noch offen
  BMBF
                 
Tobias Pilz (MSc. Geoök.)   Hydrologische Modellierung auf der Management-Skala – Verbesserung der Simulationen durch Datenassimilation (working title)   Prof.
A. Bronstert
  Dr.
S. Reich
  GeoSim
                 
Judith Stagl (Dipl.-Geogr.)   Potential Impacts of climate change on hydrology and Ecosystems in Central Europe  (working title)   Prof.
A. Bronstert
      EU
                 
Klaus Vormoor (Dipl.-Geogr.)   Uncertainty in climate change impacts on hydrological extremes   Prof.
A. Bronstert
  Dr.
S. Reich
  GeoSim
               

Abgeschlossene Promotionen:

Name   Titel der Dissertation   Erstbetreuer   Tag der Disputation
             
Christian Mohr   Hydrological and erosion responses to man-made and natural disturbances – Insights  from forested catchments in south-central Chile   Prof.
A. Bronstert
  29.01.2014
             
Tobias Conradt   Challenges of regional hydrological modelling in the Elbe River basin – Investigations about model fidelity on sub-catchment level   Prof.
A. Bronstert
  06.05.2013
             
Tomas Jagdhuber
  Soil Parameter Retrieval under Vegetation Cover using SAR Polarimtery   Prof.
A. Bronstert
  05.07.2012
             
Alexandre Cunha Costa   Analyzing and modelling of flow transmission processes in river-systems with a focus on semi-arid conditions   Prof.
A. Bronstert
  10.05.2012
             
Shaochun Huang   Modelling of Environmental Change Impacts on Water Resources and Hydrological Extremes in Germany   Prof.
A. Bronstert
  02.05.2012
             
Thomas Gräff   Soil moisture dynamics and soil moisture controlled runoff processes at different spatial scales: From observation to modelling   Prof. E. Zehe   30.09.2011
             
Till Francke   Measurement and modelling of water and sediment fluxes in meso-scale dryland catchments  
Prof.
A. Bronstert
  28.05.2009
             
Saskia Förster   Analysis of hydraulic, environmental and economic impacts of flood polder management at the Elbe River  
Prof.
A. Bronstert
  05.12.2008
             
George Mamede   Reservoir Sedimentation in Dryland Catchments: Modelling and Management  
Prof.
A. Bronstert
  13.03.2008    
             
Theresa Blume   Hydrological processes in volcanic ash soils - measuring, modelling and understanding runoff generation in an undistrubed catchment  
Prof.
A. Bronstert
  18.12.2007    
             
Anja Voß
  Untersuchung und Modellierung der Stickstoff- und Phosphorumsatz- und Transportprozesse in mesoskaligen Einzugsgebieten des Tieflandes am Beispiel von Nuthe, Hammerfließ und Stepenitz  
Prof.
A. Bronstert
  15.10.2007    
             
David Kneis   A Water Quality Model for Shallow River-lake-Systems and its Application in River Basin Management  
Prof.
A. Bronstert
  19.06.2007    
             
Frank Voß   Integrierte Modellierung von Durchflussdynamik und salinarer Stofftransportprozesse unter Berücksichtigung anthropogener Steuerungen am Beispiel der Unstrut
Integrated modelling of flow discharge and saline solute transport processes under consideration of anthropogenic management strategies in the Unstrut river basin
 
Prof.
A. Bronstert
  21.12.2005    
             
Fred Hattermann   Integrated modelling of Global Change impacts in the German Elbe River Basin
Integrierte Modellierung der Auswirkungen des Globalen Wandels auf den deutschen Teil des Elbeinzugsgebietes
 
Prof.
A. Bronstert
  27.09.2005    
             
Stefan Krause   Untersuchung und Modellierung von Wasserhaushalt und Stofftransportprozessen in grundwassergeprägten Landschaften am Beispiel der Unteren Havel
Experimental and model based investigations of water balance and nutrient dynamics of groundwater influenced floodplains - the example of the Lower Havel River
 
Prof.
A. Bronstert
  15.04.2005    
             
Gunter Wriedt   Modelling of nitrogen transport and turnover during soil and groundwater passage in a small lowland catchment of Northern Germany  
Prof.
A. Bronstert
  24.05.2004    
             
Daniel Schwandt   Abflußentwicklung in Teileinzugsgebieten des Rheins: Simulationen für den Ist-Zustand und für Klimaszenarien  
Prof.
A. Bronstert
  17.12.2003    
             
Jörg Schaber   Phenology in Germany in the 20th Century: Methods, Analyses and Models  
Prof.
A. Bronstert
  19.07.2002    
             
Andreas Güntner   Großskalige hydrologische Modellierung im semiariden Nordosten Brasiliens  
Prof.
A. Bronstert
  02.07.2002    
             
Uta Fritsch   Entwicklung von Landnutzungsszenarien für landschaftsökologische Fragestellungen  
Prof.
A. Bronstert
  30.04.2002    
             
Dirk-Ingmar
Müller-Wohlfeil
  Model frameworks for the calculation of annual runoff and nitrogen emissions from Danish catchments  
Prof.
A. Bronstert
  19.04.2002    
             
Daniel Niehoff   Modellierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung in der Mesoskala  
Prof.
A. Bronstert
  12.10.2001    
             
Name   Arbeitstitel der Dissertation   Erstbetreuer   Zweitbetreuer   Finanzierung