Die Hochmoore des Erzgebirges sind auf Grund ihrer jahrhunderte langen Nutzung und der ökosystemaren Wandelprozesse der vergangenen 10 - 15 Jahre unterschiedlich stark degradiert. Gleichzeitig sind sie durch den Austrag vergleichsweise hoher Austräge von DOC (Dissoloved Organic Carbon) gekennzeichnet. Um den Zusammenhang zwischen dem Zustand der Hochmoore, als Ergebnis in erster Linie der unterschiedlich nutzungsbedingten Degradation und den Stoffausträgen speziell den DOC-Austrägen zu erfassen, wurden mittels landschaftsökologischer Methoden Hochmoortestflächen verschiedener Zustände vergleichend untersucht. Die Ergebnisse lieferten erste Hinweise, dass in Flächen mit natürlicher Regeneration oder anthropogener Wiedervernässung vergleichsweise hohe DOC-Konzentrationen und – Austräge zu beobachten waren. Demgegenüber standen stärker degradierte Flächen mit zum Teil aktueller forstlicher Nutzung (geräumte Entwässerungsgräben), die durch geringere DOC-Konzentrationen und – Austräge charakterisiert waren. Da die gefundenen Zusammenhänge nicht endgültig belegt werden konnten, besteht insbesondere Forschungsbedarf hinsichtlich landschaftshaushaltlicher Untersuchungen unterschiedlich degradierter Hochmoore im Erzgebirge. / Natural peat bogs are known as a sinks especially for carbon because of theire special matter and water balance. The use of peat bogs requiers their drainage, but consequently the peat will decompose unreversible and peatlands turn to a source esspecially for carbon. The peat bogs in the “Erzgebirge Mountains” were used over several centuries. Thats why the peatlands existing nowadays have different states dependent on the duratian of their use. Beside the use peatlands were mostly negativly effected by processes of ecological change in the “Erzgebirge Maountains” in the last 10 to 15 years. As one result of ecological change the increased output of DOC (Dissolved Organic Carbon) into surface waters can be seen. The main source for DOC are peatlands. By the way it seems to exist a connection between the output of DOC and other dissolved substances and the state of the peatlands especially of their ditches. To research this hypothesis four test areas of different state were chosen. Their state and the output of DOC and other dissolved substances were investigated with methods from landscape ecology from 2001-2003. It was the first time, that peatlands in the “Erzgebirge Mountains” were investigated in such a way. The badest state had the test area where the ditches were cleaned in 2000/ 2001 (“Weiße Mulde”, Western “Erzgebirge Mountains”). This test area showed the lowest but constant DOC-concentrations and DOC-output during the investigation period. The test areas “Carlsfeld” and “Löffelsbach” (Western “Erzgebirge Mountains”) had the best state. The state of “Carlsfeld” is related to the narueal closed ditches, which cause the processes of self regeneration. Due to such processes the DOCconcentrations were distinctly higher but very variable in dependence on weather and runoff. The same was supposed to DOC-output. The same valuation got the test area “Löffelsbach”, because of rewetting by technical closed ditches in 2001. During the investigation period the highest DOC-concentrations of all test areas were measured there. Similar to “Carlsfeld” DOC-concentrations and –output were highly variable in dependence on weather and runoff. The state of the test area “Salzflüßchen” (Eastern “Erzgebirge Mountains”) is also related to processes of self regeneration but was valuated bader than “Carlsfeld”, because the effect of former drainage was stronger in this area. In 2005 the rewetting of the test area is planed by “Naturpark Erzgebirge/ Vogtland”. In the consequence the DOC-concentrations and –output will increase similar to “Löffelsbach”. The results of the investigations indicate that a connection exists between state of peatlands and output of dissolved substances esspecially DOC. The results are supported by national and international literature. It will be clear, that more research is necessary especially on the field of comparative investigations of peatlands with different states in the “Erzgebirge Mountains”.

Full protection from forces of nature can not be achieved. A residual risk will always remain. Compromises must be found between the expectations and demands on flood protection on the one hand and the technical, economical and ecological possibilities on the other. The calls for full flood protection by victims of the Weißeritz flood in 2002 and by some politicians can not be satisfied. However, the valid design criterias concerning the upgrading of the Weißeritz regarding flood protection do not meet the requirements. A more sophisticated approach by the Saxonian Dam Authority and the City of Dresden led to much greater design discharge values. Therefore the Institute for Hydraulic Engineering and Applied Hydromechanics of TU Dresden developed physical and numerical models which will function as assisting tools during the decision process for the planned flood measures. / Der Schutz vor Naturgewalten ist kein vollständiger Schutz, ein Restrisiko bleibt immer. Hier sind Kompromisse erforderlich, Kompromisse zwischen den Erwartungen und Forderungen an den Hochwasserschutz und den technischen, ökonomischen und ökologischen Möglichkeiten. Die Forderungen vom Hochwasser betroffener Bürger sowie einiger Dresdner Politiker, sich vollständig vor Hochwasser an der Weißeritz zu schützen, sind nicht realisierbar. Andererseits sind Bemessungsgrößen nach derzeit geltenden Regeln für den Ausbau der Weißeritz nicht zeitgemäß. Eine differenziertere Betrachtungsweise für Dresden führte in den Verhandlungen zwischen der sächsischen Landestalsperrenverwaltung und der Stadt zu einem weit höheren Bemessungsabfluss. Die Hochwassermodelle am Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik der TU Dresden haben diesen Prozess unterstützt.

Die vorliegende Dissertation hat die Bewertung und Modellierung der Exfiltration undichter Abwasserkanäle zum Thema. Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Exfiltration werden ausführlich beschrieben. Es wurden Tracermethoden ausgewählt, in 5 Teileinzugsgebieten von Berlin und Dresden eingesetzt und bezüglich ihrer Anwendbarkeit in kommunalen Kanalnetzen bewertet. Tracermethoden ermitteln die Exfiltration mit einer Tracermassenbilanz über eine definierte Kanalstrecke. Ausgehend von diesen Messungen wurden Anforderungen an das Messen im Kanal und die Anwendung von Tracermassenbilanzen zur Bestimmung der Exfiltration formuliert. Ein anderer Schwerpunkt umfasst die Modellierung der Exfiltration mit der Identifizierung von Variablen, die Undichtigkeiten bzw. ungenügenden Kanalzustand signifikant beeinflussen sowie die Abbildung dieser Variablen in einem Model. Es wird die Verwendung eines auf dem Gesetz von Darcy basierenden Models vorgeschlagen. Darüber hinaus wurden Regressionsmodelle getestet und Signifikanztests durchgeführt. Die Dissertation schließt mit einer Diskussion über das Gefährdungspotential der Exfiltration von Abwasser aus undichten Kanälen insbesondere für Boden und Grundwasser. / The main goal of this dissertation is a comprehensive evaluation of exfiltration from leaky sewer pipes. Therefore, several methods for determining exfiltration are thoroughly described and two approaches are considered for extensive real sewer network testing in order to evaluate their application potential. These two methods estimate sewage loss by a tracer mass balance over a certain sewer distance. Exfiltration rates were estimated in 26 pipes located in 5 homogeneous subcatchments in Berlin and Dresden. Consequently analysing the experiences gained during the conducted measuring campaign, requirements on measurements in sewers in general and experimental design of the tracer tests in particular are discussed. A second focus was on modelling of sewer leakage and sewer deterioration. Variables which have significant effects on sewer leakage and deterioration have been identified according to the literature review and available data. Modelling approaches were proposed on the basis of (i) Darcy’s law and (ii) regression models for both data on sewer leakage derived from literature/tracer tests conducted within this work and data on sewer deterioration for the Dresden sewerage system. The dissertation concludes with a discussion on the relevance of sewer exfiltration, in particular its pollution potential for the environment is evaluated.

Multi-temporal remotely sensed data (MSS, TM and ETM+)were used for monitoring and mapping the desertification processes in North Kordofan State, Sudan.A liear mixture model (LMM) was adopted to analyse and the desertification proccesses by using the image endmembers. interpretation of ancillary data and field observation was adopted to verfiy the role of human impacts in the temporal changes in the study area. The findings of the study proved the powerfull of remotely sensed data in monitoring and mapping the desertification processes and come out with valuable recommendations which could contribute positively in reducing desert encroachment in the area.

A detailed and comprehensive description of the state of the art in the field of flood forecasting opens this work. Advantages and shortcomings of currently available methods are identified and discussed. Amongst others, one important aspect considers the most exigent weak point of today’s forecasting systems: The representation of all the fundamentally different event specific patterns of flood formation with one single set of model parameters. The study exemplarily proposes an alternative for overcoming this restriction by taking into account the different process characteristics of flood events via a dynamic parameterisation strategy. Other fundamental shortcomings in current approaches especially restrict the potential for real time flash flood forecasting, namely the considerable computational requirements together with the rather cumbersome operation of reliable physically based hydrologic models. The new PAI-OFF methodology (Process Modelling and Artificial Intelligence for Online Flood Forecasting) considers these problems and offers a way out of the general dilemma. It combines the reliability and predictive power of physically based, hydrologic models with the operational advantages of artificial intelligence. These operational advantages feature extremely low computation times, absolute robustness and straightforward operation. Such qualities easily allow for predicting flash floods in small catchments taking into account precipitation forecasts, whilst extremely basic computational requirements open the way for online Monte Carlo analysis of the forecast uncertainty. The study encompasses a detailed analysis of hydrological modeling and a problem specific artificial intelligence approach in the form of artificial neural networks, which build the PAI-OFF methodology. Herein, the synthesis of process modelling and artificial neural networks is achieved by a special training procedure. It optimizes the network according to the patterns of possible catchment reaction to rainstorms. This information is provided by means of a physically based catchment model, thus freeing the artificial neural network from its constriction to the range of observed data – the classical reason for unsatisfactory predictive power of netbased approaches. Instead, the PAI-OFF-net learns to portray the dominant process controls of flood formation in the considered catchment, allowing for a reliable predictive performance. The work ends with an exemplary forecasting of the 2002 flood in a 1700 km² East German watershed.

Geo-data visualization has always been an important tool in the urban planning process. Recent trends in geo-information technology are, however, offering additional opportunities for the development of new visualization tools. In parallel, developments have also taken place in the field of urban planning, which has evolved from the rational planning model towards a more strategic planning process with a greater emphasis on collaboration and inclusiveness. This study investigates how an innovative geo-data visualisation tool can be used to develop more inclusive and participatory planning processes, and it tests this approach by means of a case study in Tripoli, Lebanon. The study compared two geo-data visualization techniques regarding their potential for an increased involvement of different types of stakeholders in the urban planning processes: The first technique employed coloured printed transparency maps of the present land-use and the 2000-2020 Master Plan, both geo-referenced to a mosaic of QuickBird satellite imagery used to assist the participant’s orientation. The second technique was the Lenticular Foil Display (LFD) using the so-called flip effect, also based on the geo-coding of the same three “layers”. By tilting this product the observer was easily able to interpret the changes between present and planned state. The LFD technology is particularly useful for true-3D (auto-stereoscopic) viewing. Statistical evaluations of questionnaires concerning sociological and perception-scientific aspects revealed interesting details regarding the role of the new visualization method in the participatory city planning process. The result of the interviews revealed that all stakeholders were readily able to participate in the planning process and to contribute their ideas by sketch-map drawing and writing, using the LFD technology. Regarding the possibilities to stimulate the participation of different stakeholders in the planning process, the LFD was found to be more effective than the conventional approach using transparencies overlaid over orthophotos. Non-experts, in particular, preferred the LFD technology to the transparent overlays which were, however, the preferred approach for the professionals and experts familiar with Master Plan map-reading. One conclusion of the present study is that an efficient participatory urban-planning process should explicitly consider the level of map-reading skills of the stakeholders. Geo-data visualization products like the Multi-Flip-LFDs and other innovative approaches offer possibilities to improve stakeholder participation. The monograph closes by making concrete suggestions for further research into the development and optimization of LFDs.

In den letzten 15 Jahren wurde in einigen Mittelgebirgsregionen Zentraleuropas ein regional un-terschiedlich starker Anstieg der Konzentration gelösten organischen Kohlenstoffes (DOC) in Oberflächengewässern festgestellt. Besonders betroffen von dieser Entwicklung sind für die Trink-wasserproduktion genutzte Talsperren. Durch den erhöhten DOC-Gehalt wird die Trinkwasser-aufbereitung nicht nur kostenintensiver, sondern bekommt auch zunehmend Probleme bei der Wahrung der Trinkwasserqualität. Die Quellen des DOC sind in den Einzugsgebieten befindliche Moore und hydromorphe Nassstandorte. Die Ursachen für den in den vergangenen Jahren doku-mentierten Mehraustrag sind äußerst komplex und beinhalten sowohl klimatische als auch nut-zungsbedingte Veränderungen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, den Charakter des DOC näher zu bestimmen, um die für die Wasseraufbereitung problematischen Fraktionen zu benennen und Ansatzpunkte für regulierende Maßnahmen aufzuzeigen. Die Charakterisierung erfolgte an einem LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection) am Beispiel der drei Tal-sperrensysteme Muldenberg, Carlsfeld (Westerzgebirge) und Fláje (Osterzgebirge, Tschechien). Die Talsperren weisen unterschiedliche DOC-Gehalte auf. Die Ergebnisse zeigen, dass der DOC aller Untersuchungsgebiete sowohl in den Zuflüssen, dem Talsperrenwasser bzw. Rohwasser als auch dem Reinwasser der Wasserwerke von Huminstoffen dominiert wird. DOC-Schwankungen sind folglich auf Schwankungen der Huminstoffkonzentrationen zurückzuführen. In den Zuflüs-sen treten die höchsten Huminstoffkonzentrationen während der Schneeschmelze im Frühjahr und bei Starkniederschlägen im Sommer und Herbst auf. Niedrige Konzentrationen sind an Bo-dengefrornis oder Trockenphasen im Sommer gebunden. In den Talsperren tritt im Sommer eine Schichtung der Huminstoffe auf, bei der an der Oberfläche durch photolytischen Abbau niedrige-re Konzentrationen und in Abhängigkeit von der Talsperrentiefe durch die Einschichtung der Zuflüsse am Grund höhere Konzentrationen auftreten. Die Verteilung im Winter ist allein von der Einschichtung der Zuflüsse abhängig. Die Verteilung der Building Blocks (Huminstoffhydrolysate) ist im Sommer der der Huminstoffe entgegengesetzt, da sich beim photolytischen Abbau von Hu-minstoffen Building Blocks bilden. Während der Zirkulationen sind die Konzentrationen der Hu-minstofffraktionen im gesamten Tiefenprofil gleich. In den Talsperren Muldenberg und Carlsfeld wurde im Untersuchungszeitraum unter Berücksichtigung der technischen Gegebenheiten und anderer Wassergütekriterien der optimale Rohwasserentnahmehorizont (niedrigstmögliche Hu-minstoffkonzentration) gewählt. In der Talsperre Fláje könnte die Rohwasserqualität durch Instal-lation eines schwenkbaren Entnahmerohres erheblich verbessert werden. In den Wasserwerken sind die Huminstofffraktionen mit abnehmender Molekülgröße schwieriger zu entfernen. Die relativ niedermolekularen Building Blocks sind die am schwersten entfernbaren DOC-Bestandteile. Auf Grundlage mathematischer Beziehungen zu SAK254 bzw. DOC wurde ein Programm (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) entwickelt, mit dessen Hilfe die Huminstofffraktionen über diese Grundparameter ermittelt werden können. Neben der Fraktionsquantifizie-rung besteht im Programm die Möglichkeit zur Berechnung der Eliminierungsleistung, so dass beispielsweise nach der Durchführung einer Maßnahme zur Verbesserung der DOC-Entfernung eine unmittelbare Aussage über den Effekt auf die Fraktionen vorliegt. / For the last 15 years a change of Dissolved Organic Carbon (DOC) has been taking place in surface waters of Middle European Highlands. The degree of this increase is regionally dependent. The reasons as well as the consequences of this development are of high complexity. The changes are expressed in an increase of middle DOC values and, additionally, an increase of annual changes. Reservoirs, used for drinking water production, are particularly affected, because the heightened DOC content increases the costs for drinking water treatment, and currently it is not possible to maintain a good drinking water quality. The main DOC source are peat bogs, situated in the catchments. The cause of the increasing DOC output from peat bogs are very complex and contain changes as well in climate as in land use. The aim of this presented dissertation was to gain more information about the character of DOC, so that those fractions can be determined which are problematically to remove inside the waterworks. On that base it should be possible to find some starting points for more regulating measures. The analytical characterisation was carried out by the help of a LC-OCD-System (Liquid Chromatography – Organic Carbon Detection), exemplary for the reservoir systems Muldenberg, Carlsfeld (Western Ore Mountains) and Fláje (Eastern Ore Mountains, Czech Republic). Although the DOC concentrations are very different in the reser-voirs, it was always dominated by humic substances, namely as well in the tributaries, as in the raw and treated water. Thus changes in the DOC concentration are due to changes in the concen-tration of humic substances. In spring and summer occur the highest concentrations of humic substances in the tributaries. Low concentrations are linked with frost in winter or dry periods in summer. In the reservoirs in summer a stratification of humic substances shapes up, with lower concentration near the water surface (caused by photolytical degradation) and accordingly higher concentration near the ground (layering of influxes). Distribution in winter only depends on the layering of the influxes. In summer the concentration of Building Blocks (humic substance hydro-lysates) is opposite to that of humic substances, because of the creation of Building Blocks at the photolytical degradation. During circulation the concentration of all humic substance fractions are equal in each reservoir layer. In the reservoirs Muldenberg and Carlsfeld, a further optimisation of the raw water withdrawal horizon is not possible. In the reservoir Fláje the raw water could be much improved by installing a movable withdrawal device. With decreasing molecular size the elimination of the humic fractions gets more difficult in the waterworks. Most difficult to eliminate are Building Blocks. On the basis of the mathematical cor-relation between humic fractions and the SAC254 and DOC a program (DOCQuaC – DOC-Quality Calculator) has been developed, which enables die calculation of humic concentrations by enter-ing these general parameters. In addition to the calculation of the concentrations it is possible to calculate the elimination capacity for the humic fractions. Thus the effects of measures on the humic fractions, which could be done for optimisation of the elimination capacity, can be imme-diately observed.

Vor dem Hintergrund der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre gewinnt die Rolle des Waldes als C-Speicher zunehmend an Bedeutung. Eine besonders wichtige Funktion kommt hierbei dem Boden zu, denn Böden speichern weltweit mehr C als Vegetation und boden zusammen (Brady and Weil, 2002). Im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung werden in Sachsen derzeit großflächig die bestehenden Nadelforsten in naturnahe, strukturierte Laub- und Laubmischwälder umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war es daher, baumarten- und bewirtschaftungsspezifische Effekte auf den Humus und die C-Speicherung im Waldboden aufzuzeigen. Die Untersuchungsflächen wurden entlang von Waldumbausequenzen gruppiert, welche die Entwicklung von konventionell bewirtschafteten Kiefern- und Fichten-Reinbeständen zu mehr oder weniger strukturierten Rotbuchen- und Rotbuchen-Traubeneichenbeständen über die Stufe der Voranbauten widerspiegeln. Die Untersuchungen wurden im Mittleren Erzgebirge und im Nordsächsischen Tiefland durchgeführt. Zusammenfassend zeigte die Untersuchung (i) einen um 24 % höheren C-Input über den Streufall unter Laubholz, (ii) eine höhere C-Freisetzung durch die C-Mineralisierung, welche im Laufe des Jahres im Of-Horizont unter Laubholz (BuEi) um 68 % höher war als unter Ki und (iii) eine höhere Akkumulation von C unter laubholzbestockten Beständen. Die Oh-Lagen unter den untersuchten Voranbauten und Laubholzbeständen enthielten entsprechend hohe Anteile von 61 % (Bu) und 40 % (BuEi) des in der organischen Auflage gespeicherten C und auch die oberen Mineralböden enthielten deutlich höhere C-Mengen unter LH als unter NH. Die Mechanismen, welche zur C-Sequestrierung in der Oh-Lage unter BuEi führen, konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert durch die Humusdynamik in der organischen Auflage im verlauf eines Jahres erklärt werden. Im Gegensatz indizieren die Ergebnisse unter Ki einen verzögerten, aber vergleichbar intensiven Streuabbau im L-Horizont, gefolgt von einer Phase relativer Stagnation in der Of-Lage und einer wiederum aktiven Umsatzphase im vergleichsweise geringmächtigen Oh-Horizont. Die Menge bzw. der Anteil der langfristig gespeicherten organischen Substanz wird wesentlich durch die Streuqualität bestimmt, d.h. die Qualität der Streu steuert die bestandesspezifische Humusdynamik. Neben den standörtlichen und klimatischen Faktoren ist der Einfluss der Bewirtschaftung hingegen ein Faktor, welcher sich primär auf die Abbauaktivität und somit auf die Menge des akkumulierten C auswirken. Die für das Tiefland dokumentierten Effekte werden vermutlich auch im Erzgebirge wieder relevant sein, wenn die Kalkung an Wirkung verliert. Aus der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass im Vergleich zur Ki in der organischen Auflage unter LH (BuEi) größere Mengen C aktiv umgesetzt werden und in Folge dieser spezifischen Humusdynamik größere Mengen C in der Oh-Lage und im Mineralboden gespeichert werden können. / Against the background of the increased CO2 concentration of the atmosphere the role of the forest as C store gains interest. An especially important function comes up to soil as soils sequester more C than vegetation and atmosphere together on a global scale (Brady and Weil, 2002). In the sense of a sustainable forest management of Saxony the vast areas covering coniferous stands are currently converted to semi-natural and structured deciduous and mixed forests. It was thus, the aim of this study to show species- and management-specific effects on humus dynamics and to evaluate top soils as possible C sink. All study sites involved were arranged along sequences representing the development from pure and conventionally managed Scots pine or Norway spruce stands to more or less structured European beech or European beech/Common oak stands via advanced plantings. The study was performed in the Ore mountain region and lowland of Saxony. In sum, the study revealed (i) a by 24 % higher litter-derived C input in the deciduous stand, (ii) a higher release of C by potential C mineralisation, that was in mean of one year by 68 % significantly higher in the F layer under beech/oak than under pine, and (iii) a higher accumulation of C under deciduous stands. The H layer under the studied advanced plantings and deciduous stands contained higher portions of 61 % (beech) and 40 % (beech/oak) of the total C accumulated in the organic layer and also upper mineral soil held evidently higher C under deciduous than under the pine stand. The specific mechanisms of C storage in the H layer under the beech/oak stand were explained in detail by explaining humus dynamics in the different horizons throughout the year. In contrast, the results under pine indicate a retarded, but as intensive decomposition in the L layer, followed by a phase of relative stagnancy (F layer) and in turn again active turnover phase in the comparatively thin H layer. The amount and portion of the long-term sequestered organic matter is substantially affected by the quality of the litter, that is that litter quality rules the stand-specific humus dynamics. Besides the site- and climate-specific factors, forest management in contrast is a factor, that affects turnover activity and thus, the amount of C accumulated. The effects documented for the lowland will presumably be relevant in the Ore Mountain region once the lime looses its effect. It can be concluded that in comparison to pine in the organic layer under deciduous trees (i.e., beech/oak) a higher amount of C is actively turned over and subsequently of this specific humus dynamics a higher amount of C is sequestered in the H layer and in mineral soil.

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen einer pilotmaßstäblichen Boden- und Grundwassersanierung am Industriestandort „Hydrierwerk Zeitz“. Auf dem Gelände einer ehemaligen Benzolproduktionsanlage wurden großflächige Kontaminationen von Boden und Grundwasser festgestellt. Mittels moderner Erkundungstechnik konnten die Haupteintragsbereiche des dominierenden Schadstoffes Benzol erkundet und eingegrenzt werden. Verschiedene Arten von Grundwasser-, Boden- und Bodenluftbeprobungen sowie geophysikalische Verfahren erlaubten eine exakte Lokalisation des Schadstoffquellbereiches sowie der sich hieraus ausbildenden Schadstofffahne. Ziel der am Standort durchgeführten Pilotsanierungen war die Beseitigung der Schadstoffquelle, um eine weitere Nachlieferung in die Schadstofffahne zu unterbinden. Der Schadstoffquellbereich der hier behandelten Pilotsanierung war auf eine Kubatur von ca. 15 x 9 x 11 Kubikmeter begrenzt. Als Hauptkontaminant lag mit einem Anteil von 98% Benzol vor. Weiterhin wurden Toluol, Ethylbenzol sowie Xylol in geringen Mengen angetroffen. Aufgrund der hochvolatilen Eigenschaften des vorliegenden Hauptkontaminanten Benzol wurde am Standort eine thermische Sanierung der gesättigten sowie ungesättigten Zone durchgeführt, die eine Extraktion von rund 8 Tonnen Benzol erzielte. Im Zentrum der Sanierungskubatur wurde mit Hilfe von drei Injektions¬brunnen ein Dampf-Luft-Gemisch injiziert und eine Zieltemperatur im aus¬gewiesenen Sanierungsbereich von 85 ˚C erreicht. Diese Temperatur übersteigt den Siedepunkt von Benzol (80,1 ˚C) und führt zu einem vollständigen Übergang des Schadstoffes in die Gasphase. Durch sechs das Sanierungsfeld eingrenzende Extraktionsbrunnen wurde der Schadstoff dem Untergrund entzogen und an der Oberfläche durch eine thermische Nachverbrennungsanlage geleitet. Eine Problematik dieser Sanierungstechnik ist die exakte Lokalisation der sich im Untergrund ausbreitenden Front des Sanierungsmittels. Aufgrund von Inhomogenitäten in gesättigter und ungesättigter Zone kommt es zur Ausbildung von präferentiellen Fließpfaden. Diese Strukturen verhindern eine radialsymmetrische Ausbreitung des Sanierungsmittels und sorgen dafür, dass zum Teil große Bereiche der Sanierungskubatur nicht abgereinigt werden. Weiterhin findet ein sehr großer Energieverlust durch teilweises Austreten des Dampf-Luft-Gemisches in Bereiche außerhalb der Sanierungskubatur statt. Eines der Hauptziele dieser Arbeit war daher die Durchführung eines geoelektrischen Monitorings, das es erlaubte, durch Messung von elektrischen Widerstandsänderungen im Untergrund Position und Lage des Sanierungsmittels zu bestimmen und solche Bereiche zu lokalisieren, die keine Abreinigung erfuhren. Weiterhin konnten durch dieses Monitoring präferentielle Fließpfade erkundet werden, die zu Energieverlusten von über 60% im Verlauf der Sanierung führten. Als innovatives Verfahren wurde am Sanierungsstandort ein 3-dimensionales geoelektrisches Monitoring durchgeführt; ein Verfahren, das Messungen an Oberflächenelektroden mit Messungen an im Untergrund eingebrachten Bohrlochelektroden verknüpft. Mit diesem Verfahren konnten hochaufgelöste 3-dimensionale Abbildungen erstellt werden, die die Ausbreitung des injizierten Sanierungsmittels im Verlauf der Sanierung abbildeten. Um eine in dieser Auflösung vergleichbare Abbildung der Temperaturbereiche im Untergrund durch Messungen mit fest installierten Temperaturmessketten zu erlangen, wäre eine unverhältnismäßig große Menge an Sensoren notwendig gewesen. Somit war die Entwicklung eines geoelektrischen Monitoringsystems die einzige Möglichkeit, den Sanierungsverlauf so zu verfolgen, dass während des Betriebes Optimierungsmaßnahmen durchgeführt werden konnten. Abschließend konnte das Sanierungsverfahren in Kombination mit Temperaturmessungen außerhalb des Sanierungsbereiches bewertet und Erkenntnisse für Verbesserungen bei zukünftigen Anwendungen gewonnen werden. / The work presented here was carried out within a pilot scale soil- and groundwater remediation project at the former industrial area „Hydrogenation plant Zeitz”. Beneath a former benzene production facility a large scale contamination of soil and groundwater was found. Using modern exploration technologies main spill and infiltration zones for the principal contaminant benzene as well as residual or floating phases could be identified. A variety of methods for sampling of groundwater, soil and soil-air, as well as different geophysical methods allowed for the exact localisation of the contaminant source zone and the contaminant plume emerging from the source zone. The objective of the pilot remediation was the (partial) removal of the contaminant source to prevent further supply to the contaminant plume. The source area of this pilot remediation was limited to a cubature of about 15 x 9 x 11 meters. Benzene as the main contaminant was assessed with a share of 98%. Additionally low concentrations of toluene, ethylbenzene, as well as xylols were found. Since the main contaminant benzene is characterised by high volatility, a thermal remediation approach for the saturated as well as unsaturated zone was conducted at the site which allowed for the extraction of about 8 t of benzene. By the help of three wells a steam-air-mixture was injected into the central section of the remediation cubature and a target temperature of 85 ˚C was reached. This temperature exceeds the boiling point of benzene (80.1 ˚C) and leads to a complete volatilisation of the contaminant. Six extraction wells surrounding the remediation cubature removed the contaminant from the subsurface and delivered it to a catalytic combustion system. The exact localisation of the spreading steam front in the subsurface is the main problem of this remediation approach. Preferential flow paths develop due to inhomogeneities in the saturated and vadose zone of the subsurface. These structures inhibit a radial-symmetric spreading of the steam-air-mixture and, hence, prevent the remediation of large sections of the cubature. Additionally a very high loss of energy into sections outside the target area takes place. To overcome this problem, it was one of the main objectives of this work to perform a geoelectrical monitoring of the remediation approach which allowed the localisation of the steam-air-mixture by measuring electrical resistivity distributions in the sub¬surface. In addition, the development of preferential flow paths which led to energy losses of over 60% during the remediation could be explored. As an innovative concept for this remediation method a 3-dimensional geoelectrical monitoring was conducted; a procedure that combines measurements at surface electrodes with measurements at borehole electrodes installed in the subsurface. With this method a high resolution 3-dimensional imaging could be established which displays the spreading of the steam-air-front during the remediation process. To achieve such an imaging with comparable resolution with standard temperature sensors installed in the subsurface, an unreasonable number of these sensors would have been necessary. The development of the geoelectrical monitoring system was the only approach that allowed the observation of the treatment process as well as optimisation of the remediation system during active remediation. Ultimately the remediation procedure could be evaluated with additional measurements outside the remediation zone and information for the enhancement of further applications could be obtained.

Der Landschaftswasserhaushalt stellt die Integrationsebene der Geokomponenten Klima, Boden und Landnutzung dar und unterliegt aktuell einer intensiven Forschungstätigkeit. Die charakteristische Ausprägung des Landschaftswasserhaushaltes ist in der mitteleuropäischen Kulturlandschaft das Ergebnis einer von vielfältigen Triebkräften bestimmten komplexen Nutzung. Diese existierenden Nutzungsansprüche werden aber nicht gezielt zur Optimierung des Landschaftswasserhaushaltes koordiniert, da die handelnden Akteure teils völlig gegensätzlichen Zielrichtungen verfolgen. Insgesamt gesehen bietet die Optimierung der nicht besiedelten Landfläche auf Grund ihrer großen Flächeninanspruchnahme die größten Potentiale der Beeinflussung des Landschaftswasserhaushaltes. In der vorliegenden Arbeit werden mit der hydrologischen Modellierung und der funktionalen Landschaftsbewertung zwei völlig unterschiedliche methodische Ansätze zur Analyse hydrologischer Prozesse im Landschaftswasserhaushalt genutzt, um die Reaktion des Wasserhaushaltes auf Landschaftsveränderungen zu untersuchen. Es wird am Beispiel eines Flusseinzugsgebietes im Erzgebirge gezeigt, inwieweit sich durch ein Niederschlag-Abfluss-Modell Änderungen im Wasserhaushalt von Landnutzungsszenarien aufzeigen lassen, die auf der Grundlage von Landschaftsbewertungsverfahren erstellt wurden. Es sollen also mittels hydrologischer Modellierung die qualitativen Resultate eines deutlich einfacher zu realisierenden Planungsverfahrens quantifiziert werden. Auf der Basis der bewerteten Landschaftsfunktionen Abflussregulationsfunktion, Wassererosionswiderstand, Ertragspotential und physikochemisches Filtervermögen des Bodens wurden durch multikriterielle Optimierung mit der Software LNOPT zwei sich unterscheidende Szenarien, ein eher realistisch angelegtes Szenario (Realszenario) und ein Szenario mit möglichst hoher Retentionswirkung (Szenario Abflussminimierung) entwickelt. Beide Szenarien sind an die Realität angelehnt und nicht fiktiv, wodurch sich starke Einschränkungen hinsichtlich der optimierbaren Fläche ergeben. So stehen nur 36,5 % der Gesamtfläche zur Landnutzungsoptimierung zur Verfügung wovon nur 12,5 % der Fläche durch den Optimierungsprozess in ihrer Nutzung umgewidmet wird. Der Wasserhaushalt der entwickelten Landnutzungsszenarien wurde mit dem Wasserhaushaltssimulationsmodell WaSiM-ETH in zehn ausgewählten Teileinzugsgebieten modelliert. Die Gebietsanpassung erfolgte dabei an den Pegeln Lauenstein und Geising mit einem multi-response Ansatz, der auch Ergebnisse einer Ganglinienseparation und Vergleiche zu einer Arbeit im benachbarten Weißeritzeinzugsgebiet berücksichtigt. Im Ergebnis zeigte die Validierung eine gelungene Gebietsanpassung des Modells WaSiM-ETH mit geringen Schwächen im Winter und bei außergewöhnlichen Extremereignissen. Insgesamt zeigt sich in allen modellierten Teileinzugsgebieten ein Rückgang des Gesamtabflusses, allerdings in Größenordnungen, die sich räumlich sehr stark unterscheiden. Berechnet wurde dabei nur der Wasserhaushalt für das Szenario „Abflussminimierung“, da sich beide Szenarien in den hydrologisch ähnlichen Teileinzugsgebieten nur wenig unterscheiden. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit Spearmans Rangkorrelations¬koeffizient und zeigte: • dass mit steigender Höhenlage die Möglichkeiten der Abflussminimierung durch Landnutzungsveränderungen abnehmen. Im Indikator Höhenlage spiegeln sich dabei mehrere Parameter wider, welche die sich mit der Höhe wandelnden Klima-, Boden- und Reliefbedingungen ausdrücken. • dass mögliche Abflussminderungen mit dem Ackeranteil eines Einzugsgebietes positiv signifikant korreliert sind. Die Abflussminderungspotentiale steigen also mit steigendem Ackeranteil an. • dass die absolute Niederschlagsmenge keinen direkten Einfluss auf die Abflussminderung hat, vielmehr ist die jährliche Niederschlagsverteilung bedeutsam für die Möglichkeiten des Wasserrückhaltes in der Fläche. Als Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung von LNOPT im Rahmen hydrologischer Fragestellungen sind die Berücksichtigung beziehungsweise Bearbeitung folgender Punkte: • Ermittlung der hydrologischen Senkenpotentiale zu Beginn des Planungsprozesses um sich auf Gebiete mit hohem hydrologischen Senkenpotential zu konzentrieren, • Planung von Landnutzungsveränderungen hinsichtlich Nutzungstyp, Nutzungsart oder Nutzungsintensität anhand von Bewertungsverfahren, welche die hydrologischen Differenzen gut widerspiegeln, • Einbeziehung der handelnden Akteure in den Planungsprozess um die möglichst vollständige Umsetzung der geplanten Maßnahmen zu ermöglichen. Mit der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass im Mittelgebirgsraum Abflussminderungspotentiale im Zuge von Landnutzungsveränderungen vorhanden sind, diese aber regional sehr stark differenziert ausgeprägt sind. Methodisch konnte demonstriert werden, dass das eingesetzte Verfahren der multikriteriellen Landnutzungsoptimierung zur Planungsunterstützung im Rahmen hydrologischer Fragestellungen genutzt werden kann, wenn die genannten Rahmenbedingungen beachtet werden. / The hydrological balance of a landscape integrates different geocomponents such as climate, soil and land use and is an object of intensive research activities. The specific characteristic of the hydrological balance of a landscape shows the result of a complex utilisation system which is caused by manifold driving forces. Due to different strategic objectives of thestakeholders, their demands are contrasting and therefore it is very difficult to coordinate these demands with respect to influencing the hydrological balance of a landscape. Changes of land use in non-settled areas have the highest potential of modifying the hydrological balance of a landscape due to the large extent of affected area. In this thesis two different methodical approaches are used to analyse the hydrological processes in the water balance of a landscape in order to investigate the effects of land use changes on the hydrological balance of a landscape. The applied methods are hydrological modelling and functional landscape assessment. Hydrological modelling quantifies the water balance of scenarios made by a much easier to realise planning method on the basis of a functional landscape assessment. Land use scenarios on the basis of a functional landscape assessment can be build through a multi-criteria optimisation process using the software LNOPT (“land use op-timisation”). By using this method, the hydrological balance of a landscape and the specific local conditions are described by the following landscape functions: runoff regulation, resistance against water erosion, biotic yield potential and physical-chemical cleaning potential of soils. On the basis of the assessment of these landscape functions, two land use scenarios were developed using the method of multi-criteria optimisation, namely, a more realistic scenario and one with the highest possible water retention potential. Even though both scenarios are different in their closeness to reality, they are both inspired by reality and not just fictitious. Due to different restrictions only 36.5 % of the entire catchment area could be used in the optimisation process. In the scenario with the highest possible water retention potential only 12.5 % of the land use was changed and in the more realistic scenario the changes were slightly smaller. The water balance simulation model WaSiM-ETH is well suited to quantify changes in the hydrological balance in the context of land-use changes at the meso-scale. The adaptations to the catchment area characteristics were done by the calibration on the gauges Lauenstein and Geising in a multi response approach considering results of a hydrograph curve separation and the results of a research in the neighbouring Weisseritz catchment. The validation shows a successful adaptation to the regional catchment area characteristics with minor shortcomings in winter and by extraordinary high precipitation events. In the whole investigated area possible changes of the hydrological balance are rather negligible due to only small land use changes. But in 10 selected subcatchments the hydrological modelling shows a decrease of discharge in the scenario with the highest possible water retention potential. The dimensions of the decrease in the discharge are regionally very different due to varying spatial characteristics. These differences get systemised through a statistical analysis using the Spearman’s Rank Correlation Coefficient. The following correlations were found: • The possibilities of a decrease in discharge through land use modification are getting smaller with an increase in altitude. The complex indicator “altitude” contains different parameters which reflect the shifting of climatic, soil and relief conditions with changing altitude. • The possibilities of a decrease in discharge are getting higher with the percentage of arable land in the subcatchments. • The amount of precipitation has no direct influence of the possible decrease in discharge in the subcatchments. The influence of the annual variation of precipitation is larger than the absolute annual amount of precipitation. For a successful application of LNOPT for the development of land use scenarios with a hydrologic context the following requirements have to be considered: • ahead of the planning process, pedological and geological potentials of the investigated area in terms of a decrease in discharge should be investigated • landscape functions which show hydrological differences in terms of land use types, the kind and the intensity of land use should be used • local steak holders should be integrated in the planning process to ensure the complete implementation of the planned measures as much as possible. In this thesis it could be shown that mountainous regions have a potential for a decrease in discharge caused by a land use change, but with substantial regional variations. The evaluation of the used methods demonstrated that the multi-criteria optimisation software LNOPT is well suited to support hydrological related planning processes if conditions mentioned above are considered.