Dam safety is a perpetual issue everywhere, when communities are located downstream of dams. This paper reflects experiences of the related practice and considerations in Germany. The probability of dam failure will be considered from a theoretical as well as from an empirical point of view. Information necessary in drawing up special hazard and risk maps are described and evaluated. For small dams further considerations to simplify the analysis procedure will be presented.

Das Ziel der vorliegenden Praktikumsarbeit war es, die wichtigsten Argumente von Windenergiegegner*innen darzulegen und diese hinsichtlich ihrer x zu überprüfen. Im zweiten Teil der Arbeit werden wichtige Maßnahmen dargelegt, welche die gesellschaftliche Akzeptanz von Windenergieanlagen maßgeblich positiv beeinflussen. Ergebnis der Recherche ist, dass vor allem die (finanzielle) Teilhabe und die Beteiligung der Anwohner*innen die Akzeptanz von Windparks stärkt. Bei den verwendeten Quellen handelt es sich hauptsächlich um Internetquellen, da es kaum Bücher zu der Thematik gibt. Weiterhin werden relevante Studien zitiert, die relevante Defizite der Windenergie untersucht haben. Die Praktikumsarbeit ist sowohl für Menschen, die im Bereich Projektplanung Windenergie arbeiten, als auch für Menschen, in deren Wohnumgebung Windenergieanlagen gebaut werden sollen, sowie für alle Interessierten zum Thema Windenergie, interessant.

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Die Schädigung der Verkehrsinfrastruktur wird zu einem großen Teil durch chloridinduzierte Korrosion verursacht. Schäden an stark exponierten Brückenbauteilen im Spritzwasserbereich (XD3: z. B. Kappen und Mittelpfeiler) treten häufig vor Ende der geplanten Lebensdauer auf und verursachen enorme Instandsetzungskosten. Obwohl anerkannte Modelle zur probabilistischen Lebensdauerbemessung vorliegen und in Regelwerken verankert sind, ist deren Anwendung und damit die Überprüfung der Bemessung aufgrund komplizierter und kostenintensiver Statistiksoftware derzeit nur Experten vorbehalten. Mit Hilfe der neu entwickelten und frei zugänglichen Webanwendung „OCIMA“ (Online Corrosion Initiation Modeling App) können Ziellebensdauern auf Bauteilebene bereits in der Planungsphase überprüft werden. Werden die Ziellebensdauern nicht erreicht, kann die Wirkung betontechnologischer Optimierungen live abgeschätzt werden.

Dam safety is a perpetual issue everywhere, when communities are located downstream of dams. This paper reflects experiences of the related practice and considerations in Germany. The probability of dam failure will be considered from a theoretical as well as from an empirical point of view. Information necessary in drawing up special hazard and risk maps are described and evaluated. For small dams further considerations to simplify the analysis procedure will be presented.

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A 1. Einführung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung 1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen 1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen 1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes 2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion 2.1 Einführung 2.2 Methode und Zielgruppen 2.3 Übersicht des Prozessschemas 2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung 2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen 2.4.1.1Politik/Gesetzgebung 2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds 2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung 2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung 2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung 2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse) 2.4.2.3 Ursachenfindung 2.4.2.4 Prozessabschluss 2.4.3 Umsetzung 2.4.3.1 Maßnahmenprüfung 2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage 2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung 2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen 2.5 Anpassungen und Ausblick 2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens 2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassende Empfehlungen 2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete 2.7.1 Einführende Erläuterungen 2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten 2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung) 2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten 2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG 2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring 2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell 2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen 2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas 2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung 3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen 3.1 Einleitung 3.2 Methode und Zielgruppen 3.3 Ergebnisse 3.3.1 Dresden 3.3.2 Chemnitz 3.3.3 Plauen 3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen 4.1 Methode und Zielgruppen 4.2 Wasserrecht 4.3 Arzneimittelrecht 4.3.1 Humanarzneimittelrecht 4.3.1.1 Derzeitiges Recht 4.3.1.2 Veränderungsvorschläge 4.3.2 Tierarzneimittelrecht 4.4 Chemikalienrecht 4.5 Düngemittelrecht 4.6 Pflanzenschutzrecht 4.7 Biozidrecht 5 Öffentlichkeitsarbeit 5.1 Einführung 5.2 Methode und Zielgruppen 5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit 5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber 5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen 5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker 5.2.5 Landwirte, Tierärzte 5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer 5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen 6 Literatur – Teil A 7 Anhang – Teil A Inhaltsverzeichnis Teil B 8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort 8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen 8.1.1 Trendanalyse 8.1.2 Regionale Analyse 8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen 8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin 8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol 8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin 8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten 8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe 8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen 8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer 8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen 8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen 8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen 8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen 8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen 8.4.1 Hintergrund und Zielstellung 8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte 8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen 8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen 8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte 8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe) 8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte 8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse 9 Reduktionsmaßnahmen 9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.1.1 Einführung und Zielstellung 9.1.2 Methodisches Vorgehen 9.1.3 Inhalte der Literatur 9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe 9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen 9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen 9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung 9.2.4 Fazit 9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe 9.3.1 Einführung 9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung 9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche 9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration 9.3.3 Angewendete analytische Verfahren 9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB 9.3.3.2 Spurenstoffanalytik 9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse 9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes 9.3.5 Ergebnisse der Versuche 9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung 9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe 9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen 9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben 9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte) 9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse 9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung) 9.3.7.2 Spurenstoffelimination 9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen . 9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung) 9.3.9 Dimensionierung 9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge 9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen 9.4.1 Einführung 9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters 9.4.2.1 Datengrundlage 9.4.2.2 Auswertung 9.4.2.3 Fazit 9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen 9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen 9.4.3.2 Messkampagne 9.4.3.3 Fazit der Messkampagne . 9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+ 9.4.5 Zusammenfassung 9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen 9.5.1 Einführung 9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews 9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung 9.5.4 Ausblick 10 Stoffflussmodellierung 10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells 10.1.1 Herangehensweise 10.1.2 Untersuchungsgebiet 10.1.3 Geodaten 10.1.4Durchflussdaten 10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells 10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe 10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen 10.1.8 Kläranlagen 10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten 10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen 10.1.9 Modellansatz 10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes 10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen 10.1.12 Stoffflussmodell 10.1.13 Kalibrierung und Validierung 10.1.13.1 Durchfluss Q . 10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell 10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten 10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells 10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel 10.1.16 Ausblick 10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells 10.2.1 Gebietsbeschreibung 10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung 10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten 10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen 10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien 10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand 10.2.3.2 Szenarienanalyse 10.2.4 Ausblick 11 Literatur – Teil B 12 Anhang – Teil B

Blockheizkraftwerke (BHKW) von Biogasanlagen benötigen in der Regel eine Abgasnachbehandlung, um den Grenzwert für Formaldehydemissionen einzuhalten. Meist kommen Oxidationskatalysatoren zum Einsatz. Für den Betreiber eines BHKWs mit Katalysator ist es jedoch praktisch nicht möglich, die ordnungsgemäße Funktion des Katalysators zu überwachen. Ziel dieser Studie war es daher, aus vorhandenen Messberichten von immissionsschutzrechtlich genehmigungsbedürftigen Biogas-BHKW mögliche Korrelationen zwischen Formaldehyd- und anderen Abgaskonzentrationen aufzudecken. Weiterhin wurden in einem zusätzlichen Messprogramm in der Studie dargestellte mögliche Korrelationen zwischen Formaldehyd und anderen Abgaskonzentrationen überprüft. Ergebnis ist, dass sich die Standzeiten der Katalysatoren verbessert haben. Es sind aber keine signifikanten Korrelationen zwischen Formaldehyd und anderen Abgaskonzentrationen festzustellen. Die Studie richtet sich u. a. an Messinstitute, Entwickler von Katalysatoren und Behörden.

Managed aquifer recharge (MAR) is widely applied for sustainable groundwater management. Despite its apparent simplicity, the evaluation of MAR schemes can be challenging especially with regard to feasibility assessment, planning but also operation. The absence of proper evaluation methods hinders the optimal operational management, reduces the level of public trust and raises questions about the impact of MAR on the affected ecosystem. The development of appropriate tools could help water utilities to maximize the use of groundwater while satisfying physical, financial, and sustainability constraints. As overall objective, the application of new and advanced tools can increase the understanding of the underlying processes and in that way increase the confidence in MAR and foster the successful implementation of MAR schemes. The thesis consists of three main parts which objectives are to: 1) understand the role of modelling in MAR and identify information gaps by a review of available modelling studies; 2) increase the availability of efficient database and analytical tools including their development and web-based implementation; and 3) improve and contribute to new advances in numerical modelling of MAR. A survey of conducted modelling studies, mainly based on numerical methods, revealed that groundwater flow models are most frequently applied to assess MAR schemes. Modelling objectives comprise the planning and optimization of the design and operation of a MAR facility as well as its impact on the groundwater system. Simulations help to assess the achievable recovery efficiency and occurring geochemical processes to minimize the risk of failure of a planned facility, also with regard to long-term impacts. Furthermore, site-selection and the influence of MAR on seawater intrusion are frequently analysed by modelling. The literature review served as a basis for the MAR model selection tool which enables, dependent on objectives, methods and model types, to extract suitable models and case studies. Based on analytical equations to determine groundwater mounding, saltwater intrusion or the pumping-induced river drawdown, further tools were developed and compiled on a web-based platform for easy access and utilization. The web-based applications can be used as screening tools to assess MAR-related issues. For a more detailed analysis, numerical models represent useful instruments to analyse MAR schemes on various scales. On regional scale, the feasibility of MAR implementation at proposed locations is often a challenging question due to the lack of detailed knowledge of the local groundwater system and its response to MAR. Consequently, an approach combining numerical groundwater flow modelling and GIS-based multi-criteria decision-analysis (MCDA) was formulated and subsequently tested for the city centre of Hanoi, Vietnam. The results indicate that MAR could help to reduce the local overexploitation of groundwater and stop land subsidence. For existing MAR schemes on local scale, the residence time in the subsurface is a critical parameter determining e.g. the removal of pathogens. As the influence of viscosity on the seasonal residence time is not fully clear, a numerical groundwater flow and heat transport model was set up for a MAR scheme in Berlin, Germany to evaluate the seasonal impact of viscosity. The results suggest that the consideration of viscosity in the numerical modelling scheme has an influence on the subsurface travel time and results in shorter residence times. At point scale, clogging represents a critical issue with regard to the long-term viability of a MAR scheme which is frequently neglected in numerical models. The numerical unsaturated flow model HYDRUS-1D/2D was enhanced to enable the simulation of time-variable hydraulic conductivities as an approximation of clogging. With the help of the time-variable scaling factor in combination with the reservoir boundary condition, the increasing water head in the laboratory aquifer well and infiltration basin due to clogging was reproduced. The presented tools and numerical modelling approaches are useful to assess a wide range of MAR-specific issues, to manage the risks associated with implementation and operation and improve the overall performance and reliability of MAR schemes. Through the application of suitable data-based, analytical and numerical tools, the thesis contributes to the perception of MAR as a suitable and reliable technique for water resource management.:1 INTRODUCTION 1 2 ASSESSMENT OF MANAGED AQUIFER RECHARGE THROUGH MODELLING 11 3 WEB-BASED EMPIRICAL AND ANALYTICAL TOOLS FOR INITIAL MAR-RELATED ASSESSMENT 29 4 MANAGED AQUIFER RECHARGE FEASIBILITY ASSESSMENT USING GIS-BASED SUITABILITY MAPPING AND NUMERICAL MODELLING 53 5 INFLUENCE OF VISCOSITY ON THE SEASONAL RESIDENCE TIME DURING MAR OPERATION 73 6 SIMULATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY CHANGES OVER TIME DURING MAR OPERATION 91 7 SCIENTIFIC IMPLICATIONS AND RESEARCH PERSPECTIVES...113 Bibliography 117 A Appendix 143 / Grundwasseranreicherung (engl. Managed Aquifer Reharge, MAR) wird oftmals für ein nachhaltiges Grundwassermanagement eingesetzt. Trotz der scheinbaren Einfachheit von MAR, kann die Bewertung insbesondere in Bezug auf Machbarkeitsstudien, Planung, aber auch Betrieb herausfordernd sein. Das Fehlen geeigneter Bewertungsmethoden hindert ein optimales Betriebsmanagement, reduziert das Vertrauen der Öffentlichkeit und wirft Fragen über die Auswirkungen von MAR auf das betroffene Ökosystem auf. Die Entwicklung geeigneter Instrumente könnte daher Wasserversorgern helfen, die Nutzung des Grundwassers zu maximieren und gleichzeitig physische, finanzielle und nachhaltige Bedingungen einzuhalten. Als übergeordnetes Ziel kann die Anwendung neuer und fortschrittlicher Instrumente das Verständnis für die zugrunde liegenden Prozesse verbessern und so das Vertrauen in MAR stärken und die erfolgreiche Umsetzung von MAR-Anlagen fördern. Die Arbeit besteht aus drei Hauptteilen, deren Ziele es sind: 1) die Rolle der Modellierung von MAR zu verstehen und Informationslücken durch eine Überprüfung der verfügbaren Modellierungsstudien zu identifizieren; 2) die Verfügbarkeit effizienter datenbankbasierter und analytischer Instrumente einschließlich ihrer Entwicklung und webbasierten Implementierung zu erhöhen; und 3) mit Hilfe von neuen Fortschritten die numerische Modellierung von MAR-Anlagen zu verbessern und zu unterstützen. Eine Literaturrecherche bereits durchgeführter Modellierungsstudien, die vor allem auf numerischen Modellen beruhen, ergab, dass Grundwasserströmungsmodelle am häufigsten zur Beurteilung von MAR-Anlagen eingesetzt werden. Die Modellierungsziele umfassen die Planung und Optimierung des Aufbaus und des Betriebs einer MAR-Anlage sowie deren Auswirkungen auf das Grundwassersystem. Simulationen helfen, die erreichbare Rückgewinnungseffizienz und die auftretenden geochemischen Prozesse zu beurteilen, um das Ausfallrisiko einer geplanten Anlage auch im Hinblick auf langfristige Auswirkungen zu minimieren. Darüber hinaus wird die Standortauswahl und der Einfluss von MAR auf das Eindringen von Meerwasser häufig durch Modellierung analysiert. Die Literaturrecherche diente als Grundlage für das MAR-Modellauswahl-Tool, bei dem in Abhängigkeit von Zielen, Methoden und Modelltypen geeignete Modelle und Fallstudien extrahiert werden können. Weitere Werkzeuge, die auf analytischen Gleichungen zur Bestimmung von Grundwasseraufwölbung, Salzwasserintrusion oder der pumpinduzierten Durchflussreduzierung im Fließgewässer basieren, wurden entwickelt und auf der webbasierten INOWAS-Plattform für einen einfachen Zugang und Nutzung zusammengestellt. Die webbasierten Anwendungen können als Screening-Instrumente zur Beurteilung von MAR-bezogenen Problemen eingesetzt werden. Für eine detailliertere Analyse stellen numerische Modelle nützliche Instrumente zur Analyse von MAR-Anlagen auf verschiedenen Skalen dar. Auf regionaler Ebene ist die Machbarkeit der Umsetzung von MAR an den vorgeschlagenen Standorten oft eine schwierige Frage, da das lokale Grundwassersystem und seine Reaktion auf die Anwendung von MAR nicht hinreichend bekannt sind. Dazu wurde ein Ansatz entwickelt, der numerische Grundwasserströmungsmodellierung und GIS-basierte multikriterielle Entscheidungsanalyse (MCDA) kombiniert, um die Machbarkeit und mögliche Auswirkungen der MAR-Implementierung zu bewerten. Der kombinierte Ansatz wurde im Stadtzentrum von Hanoi, Vietnam, getestet, wo die Ergebnisse darauf hindeuten, dass MAR dazu beitragen könnte, die lokale Übernutzung zu reduzieren und die Bodensenkung zu stoppen. Auf lokaler Ebene bei bestehenden MAR-Systemen ist die Verweilzeit im Untergrund ein kritischer Parameter, der z.B. die Entfernung von Krankheitserregern bestimmt. Da der Einfluss von Viskosität auf die saisonale Verweildauer nicht eindeutig ist, wurde für eine MAR-Anlage in Berlin ein numerisches Grundwasserströmungs- und Wärmetransportmodell erstellt, um die saisonalen Auswirkungen des Prozesses zu bewerten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Viskosität einen Einfluss auf die unterirdische Verweilzeit hat und zu einer Verkürzung der Aufenthaltszeiten führt. Auf kleiner Skala stellt die Kolmatierung ein wichtiges Thema dar, das den Erfolg eines MAR-Systems erheblich bestimmt, jedoch in numerischen Modellen häufig vernachlässigt wird. Das numerische ungesättigte Strömungsmodell HYDRUS-1D/2D wurde erweitert, um die Simulation von zeitlich variablen hydraulischen Leitfähigkeiten als vereinfachte Näherung von Kolmatierung zu ermöglichen. Mit Hilfe des zeitlich variablen Skalierungsfaktors in Kombination mit der Speicherrandbedingung konnte der im Labor gemessene, durch Kolmatierung verursachte, ansteigende Wasserspiegel im Brunnen und Infiltrationsbecken reproduziert werden. Die vorgestellten Werkzeuge und numerischen Modellierungsansätze sind nützlich, um eine breite Palette von MAR-spezifischen Fragen zu bewerten, um die mit der Implementierung und dem Betrieb verbundenen Risiken zu managen und die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit von MAR-Anlagen zu verbessern. Durch den Einsatz geeigneter empirischer, analytischer und numerischer Werkzeuge trägt die Arbeit dazu bei, dass MAR als eine geeignete und zuverlässige Technik für das Wasserressourcenmanagement angesehen wird.:1 INTRODUCTION 1 2 ASSESSMENT OF MANAGED AQUIFER RECHARGE THROUGH MODELLING 11 3 WEB-BASED EMPIRICAL AND ANALYTICAL TOOLS FOR INITIAL MAR-RELATED ASSESSMENT 29 4 MANAGED AQUIFER RECHARGE FEASIBILITY ASSESSMENT USING GIS-BASED SUITABILITY MAPPING AND NUMERICAL MODELLING 53 5 INFLUENCE OF VISCOSITY ON THE SEASONAL RESIDENCE TIME DURING MAR OPERATION 73 6 SIMULATION OF HYDRAULIC CONDUCTIVITY CHANGES OVER TIME DURING MAR OPERATION 91 7 SCIENTIFIC IMPLICATIONS AND RESEARCH PERSPECTIVES...113 Bibliography 117 A Appendix 143

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