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In-situ-Monitoring der Reinigungsleistung großer dezentraler Niederschlagswasserbehandlungsanlagen (2018)
Leutnant, Dominik ; Kleckers, Jonas ; Haberkamp, Jens ; Uhl, Mathias
Große dezentrale Niederschlagswasserbehandlungsanlagen werden mittels kontinuierlicher Gütemesstechnik hinsichtlich ihrer Frachtwirkungsgrade an Standorten mit hohem Stoffaufkommen untersucht. Die Bilanzierung der Zulauf- und Ablauffrachten basiert auf dem Zusammenhang zwischen den abfiltrierbaren Stoffen (AFS) und der Trübung. Erste Ergebnisse der Installation der Messtechnik, des Datenmanagements und Frachtwirkungsgrade werden vorgestellt.
Wasserforschung in Nordrhein-Westfalen (2018)
Berger, Viktoria ; Düwel, Ulrike ; Merkel, Wolf ; Schüttrumpf, Holger ; Uhl, Mathias
Nordrhein-Westfalen braucht eine gut aufgestellte Wasserforschung, um den heutigen und künftigen Herausforderungen im Land sowie auch national und international gewachsen zu sein. Eine erste Erfassung der Wasserforschung in Nordrhein-Westfalen im Sommer 2017 vermittelte Fakten zu Bestand, Defiziten und Entwicklungspotenzialen. Mehr als 750 Wissenschaftler forschen in Nordrhein-Westfalen in über neunzig Forschungsgruppen verschiedener Disziplinen zum Thema Wasser. Die Schwerpunkte liegen primär in den Ingenieurwissenschaften, aber auch in den Natur-, Geo-, Sozial-, Wirtschafts- und Rechtswissenschaften. Universitäten, Fachhochschulen, An-Institute sowie außeruniversitäre Forschungsinstitutionen tragen zur breit aufgestellten Wasserforschung bei, die unter anderem in sechs Forschungszentren und zahlreichen Kooperationsprojekten untereinander vernetzt ist. Der guten nationalen Vernetzung der Akteure stehen befriedigende internationale und stark ausbaufähige europäische Kontakte gegenüber. Die internationale Sichtbarkeit und Attraktivität der Wasserforschung in Nordrhein- Westfalen wird ihren Spitzenleistungen in einzelnen Bereichen nicht gerecht. Ein vertiefter Praxistransfer von Forschungsergebnissen offeriert der Wasserwirtschaft innovative, praxistaugliche Lösungen und zudem der Umweltwirtschaft interessantere Marktchancen. Besonders günstige Randbedingungen sind in den innovationsfähigen Kommunen und Wasserverbänden des großen, dicht besiedelten und an Landschaftstypen reichen Bundeslandes Nordrhein-Westfalen zu sehen. Im nächsten Schritt wird zu analysieren sein, wie die Potenziale der Wasserforschung in Nordrhein-Westfalen effizienter genutzt und ausgebaut werden können, um zur zukunftssicheren und nachhaltigen Ausrichtung der Wasserwirtschaft in Nordrhein-Westfalen, zu wissenschaftlicher Exzellenz und umweltwirtschaftlichem Erfolg des Landes beizutragen.
In-situ Monitoring großer dezentraler Behandlungsanlagen für Niederschlagsabflüsse (2019)
Leutnant, Dominik ; Uhl, Mathias
Der Behandlung von Niederschlagsabflüssen aus Trennsystemen kommt zur Zielerreichung eines wirksamen Gewässerschutzes eine wesentliche Rolle zu. Konventionelle, zentrale Anlagen behandeln den Abfluss vor der Einleitung in das Gewässer. Zunehmend an Bedeutung gewonnen haben dezentrale Anlagen, die den Abfluss am Entstehungsort behandeln. Unterschiedlich belastete Oberflächenabflüsse können somit den wasserrechtlichen Anforderungen entsprechend gezielt behandelt werden. Voraussetzung zur Anwendung ist der Nachweis der vergleichbaren Reinigungsleistung zu zentralen Anlagen. In-situ Gütemessungen der Zu- und Ablauffrachten einer Behandlungsanlage ermöglichen eine datenbasierte Bewertung der Anlagenwirksamkeit.
Model Based Estimation of a Natural Water Balance as Reference for Planning in Urban Areas (2019)
Henrichs, Malte ; Steinbrich, Andreas ; Leistert, Hannes ; Scherer, Isabell ; Schütz, Tobias ; Weiler, Markus ; Uhl, Mathias
The water balance of urban areas differs considerably from the landscape water balance. Increased surface runoff, reduced groundwater recharge and evaporation change the hydrological regime, the morphology and ecology of water bodies close to the cities, the groundwater in the urban area and the urban climate. Today's urban drainage systems are designed to prevent, reduce, drain, seep away, evaporate or discharge precipitation into nearby surface waters with considerable delays. In doing so, it follows the principles of the German Water Resources Act (WHG) and the objectives of the relevant technical regulations DWA-A 102 to keep changes in the natural water balance by settlement activities as low as ecologically, technically and economically acceptable. A reference for the "natural" water balance has to be defined as a planning objective in order to quantify the hydrological changes in settlements. As a suitable reference, we propose to use the water balance of the landscape of the associated ecoregion with today's cultural land use without urban developments. This approach is more suitable to define local conditions than the water balance of the enclosed catchment. The presented calculation approach to define reference values of the water balance, uses soil and geological properties, precipitation and climate data and can be implemented and applied uniformly throughout Germany. The water balances in this study are simulated with the water balance model RoGeR. In this study, the developed approach is applied for five locations in Germany.
swmmr - an R package to interface SWMM (2019)
Leutnant, Dominik ; Döring, Anneke ; Uhl, Mathias
The stormwater management model SWMM of the US EPA is widely used to analyse, design or optimise urban drainage systems. To perform advanced analysis and visualisations of model data this technical note introduces the R package swmmr. It contains functions to read and write SWMM files, initiate simulations from the R console and to convert SWMM model files to and from GIS data. Additionally, model data can be transformed to produce high quality visualisations. In accordance with SWMM’s open source policy the package can be obtained through github.com or the Comprehensive R Archive Network (CRAN).
Assessing the Performance of Decentralised Stormwater Management Measures by means of Continuous Turbidity Measurement (2019)
Leutnant, Dominik ; Kleckers, Jonas ; Haberkamp, Jens ; Uhl, Mathias
The in-situ performance of large decentralised stormwater treatment systems is investigated by means of continuous turbidity measurements. Turbidity measurements are used as a surrogate to continuously estimate Total Suspended Solid (TSS) concentrations. TSS event loads are calculated at the inlet and outlet of two stormwater treatment systems, which both are installed at the outlet of catchments with high pollution potential. The event-specific performance is defined as ratio between TSS loads of inflow and outflow. Based on measurement data obtained, the overall TSS load retention efficiency is about 32 %.
Statistical Distribution of TSS Event Loads from Small Urban Environments (2018)
Leutnant, Dominik ; Muschalla, Dirk ; Uhl, Mathias
Results from a long-term stormwater quality monitoring program were used to derive total suspended solids (TSS) event load distributions at four small urban environments (flat roof, parking lot, residential catchment, high traffic street). Theoretical distribution functions were fitted to the empirical distribution functions obtained. Parameters of the theoretical distribution functions were optimized with respect to a likelihood function to get both optimized parameters and standard errors. Kolmogorov-Smirnov and Anderson-Darling test statistics were applied to assess the goodness-of-fit between empirical and theoretical distribution. The lognormal distribution function was found to be most expressive to approximate empirical TSS event load distributions at all sites. However, the goodness-of-fit of the statistical model strongly depends on the number of events available. Based on the results of a Monte-Carlo-based resampling strategy, around 40 events should be considered.
Distribution-Based Calibration of a Stormwater Quality Model (2018)
Leutnant, Dominik ; Muschalla, Dirk ; Uhl, Mathias
Stormwater quality models are usually calibrated using observed pollutographs. As current models still rely on simplified model concepts for pollutant accumulation and wash-off, calibration results for continuous pollutant concentrations are highly uncertain. In this paper, we introduce an innovative calibration approach based on total suspended solids (TSS) event load distribution. The approach is applied on stormwater quality models for a flat roof and a parking lot for which reliable distributions are available. Exponential functions are employed for both TSS buildup and wash-off. Model parameters are calibrated by means of an evolutionary algorithm to minimize the distance between a parameterized lognormal distribution function and the cumulated distribution of simulated TSS event loads. Since TSS event load characteristics are probabilistically considered, the approach especially respects the stochasticity of TSS buildup and wash-off and, therefore, improves conventional stormwater quality calibration concepts. The results show that both experimental models were calibrated with high goodness-of-fit (Kolmogorov–Smirnov test statistic: 0.05). However, it is shown that events with high TSS event loads (>0.8 percentile) are generally underestimated. While this leads to a relative deviation of −28% of total TSS loads for the parking lot, the error is compensated for the flat roof (+5%). Calibrated model parameters generally tend to generate wash-off proportional to runoff, which is indicated by mass-volume curves. The approach itself is, in general, applicable and creates a new opportunity to calibrate stormwater quality models especially when calibration data is limited.
Ein SWMM-Baustein für die Berechnung der Evapotranspiration von urbaner Vegetation (2019)
Hörnschemeyer, Birgitta ; Henrichs, Malte ; Uhl, Mathias
Im Rahmen einer nachhaltigen Stadtentwicklung wird der Vegetation die Funktion der Beschattung und Verdunstung zugesprochen. Der Stadthydrologie fehlte hierfür bislang ein geeignetes Simulationsmodell. Der entwickelte Modellbaustein SWMM-UrbanEVA erlaubt die standortgerechte Simulation der Verdunstung von Vegetation im urbanen Raum. Für Freiflächen erfolgt die Prozessmodellierung des Energie- und Wasserhaushaltes des Systems Boden-Pflanze-Atmosphäre. Mit meteorologischen und vegetationskundlichen Kenndaten wird eine raum-zeitlich differenzierte Berechnung ermöglicht.
Leitfaden RessourcenPlan – Teil 1: Konzeption RessourcenPlan. Ergebnisse des Projekts R2Q RessourcenPlan im Quartier (2023)
Hörnschemeyer, Birgitta ; Söfker-Rieniets, Anne ; Niesten, Jan ; Arendt, Rosalie ; Kleckers, Jonas ; Stretz, Celestin ; Klemm, Christian ; Budde, Janik ; Wagner, Rüdiger ; Vonhoegen, Laura ; Reicher, Christa ; Grimsehl-Schmitz, Winona ; Wirbals, Daniel ; Stieglitz-Broll, Eva-Maria ; Agatz, Kerstin ; Bach, Vanessa ; Finkbeiner, Matthias ; Lewe, Mareike ; Henrichs, Malte ; Haberkamp, Jens ; Walter, Gotthard ; Flamme, Sabine ; Vennemann, Peter ; Zamzow, Malte ; Seis, Wolfgang ; Matzinger, Andreas ; Sonnenberg, Hauke ; Rouault, Pascale ; Maßmann, Stefanie ; Fuchs, Lothar ; Plogmeier, Christoph ; Steinkamp, Arne ; Şereflioğlu, Şenay ; Müller, Claus ; Spital, Matthias ; Uhl, Mathias
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