This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.

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Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit war es, die Grundwasseraustritte im Forstrevier Ottomühle zu erfassen und zu bewerten, um Handlungsempfehlungen für die Renaturierung oder zukünftige Pflege der Quellbereiche und die forstliche Bewirtschaftung im Umfeld erarbeiten zu können. Zwischen März und Juni 2020 konnten insgesamt 19 Quellen im Forstrevier Ottomühle auf Grundlage einer Handlungsanleitung des Bayrischen Landesamtes für Umwelt erfasst und nach ihrer Naturnähe bewertet werden. Die vorgefundenen Beeinträchtigungen waren in absteigender Häufigkeit (Anzahl der betroffenen Quellen): • Nicht standortgerechter Baumbestand (12) • Kronenmaterial oder Schlagabraum (9) • Trittschäden (8) • Aufstau (5) • Kahlschlag (3) • Oberflächen- oder Drainagewassereinleitung (3) • Uferverbau oder Sohlenverbau (3) • Verrohrung (3) • Totalverbau (2) • Umleitung oder Verlegung (2) Auf Basis aktueller Literatur wurde anschließend für jede Quelle eine Handlungsempfehlung erarbeitet. Sie beinhaltet Maßnahmenvorschläge, Renaturierungsempfehlungen sowie Pflege- und Bewirtschaftungshinweise für den Quellbereich und das nähere Umfeld.:1 EINLEITUNG 2 MATERIAL UND METHODEN 2.1 UNTERSUCHUNGSGEBIET 2.2 SYSTEMATIK DER QUELLEN 2.3 DATENAUFNAHME IM FREILAND 2.3.1 Basis-Bogen 2.3.2 Detail-Bogen 2.4 QUELLENBEWERTUNG 2.5 ERARBEITUNG DER HANDLUNGSEMPFEHLUNG 3 ERGEBNISSE 3.1 ALLGEMEINE AUSWERTUNG 3.2 EINZELQUELLEN 3.2.1 „Wegquelle“ (ID 00001) 3.2.2 Zehrborn (ID 00002) 3.2.3 „Sumpfquelle“ (ID00003) 3.2.4 „Eisenquelle“ (ID 00004) 3.2.5 „Flurquelle“ (ID 00005) 3.2.6 Singeborn (ID 00006) 3.2.7 „Turmquelle“ (ID 00007/00008) 3.2.8 „Wildquelle“ (ID 00009) 3.2.9 „Teichquelle“ (ID 00010) 3.2.10 „Kapuzinerquelle“ (ID 00011) 3.2.11 Herkulesquelle (ID 00012) 3.2.12 „Johannisquelle“ (ID 00013) 3.2.13 „Kachequelle“ (ID 00015) 3.2.14 „Fichtenquelle“ (ID 00016) 3.2.15 „Jägerquelle“ (ID 00017) 3.2.16 „Brennnesselquelle“ (ID 00018) 3.2.17 „Fallenquelle“ (ID 00019) 3.2.18 „Dornquelle“ (ID 00020) 3.2.19 „Hainquelle“ (ID 00021) 4 DISKUSSION 5 FAZIT ANHANG / The aim of this bachelor thesis was to register and evaluate the current state of coldwater springs in the forest district „Ottomühle“. The gathered data was used to develop recommendations for action, which include renaturation processes, future maintenance of the springs and forest management in the surrounding areas. From March to June 2020 a total of 19 springs were registered in the district. The collection of needed parameters and the proximate assessment according to a springs natural state followed the instruction manual of the Bavarian State Office for the Environment (Bayrisches Landesamtes für Umwelt). The impairments found were in decreasing frequency (number of affected springs): • Non-natural tree population (12) • Branch material or low-grade timber (9) • Soil damage by trampling or vehicles (8) • Water impoundment (5) • Forest clearance (3) • Waterinput from surface or drainage water (3) • Piping (3) • Obstruction of riverbanks or riverbed sheeting (3) • Complete obstruction (2) • Bypass or relocation (2) The recommendations for further action in relation to impairments are presented in this paper.:1 EINLEITUNG 2 MATERIAL UND METHODEN 2.1 UNTERSUCHUNGSGEBIET 2.2 SYSTEMATIK DER QUELLEN 2.3 DATENAUFNAHME IM FREILAND 2.3.1 Basis-Bogen 2.3.2 Detail-Bogen 2.4 QUELLENBEWERTUNG 2.5 ERARBEITUNG DER HANDLUNGSEMPFEHLUNG 3 ERGEBNISSE 3.1 ALLGEMEINE AUSWERTUNG 3.2 EINZELQUELLEN 3.2.1 „Wegquelle“ (ID 00001) 3.2.2 Zehrborn (ID 00002) 3.2.3 „Sumpfquelle“ (ID00003) 3.2.4 „Eisenquelle“ (ID 00004) 3.2.5 „Flurquelle“ (ID 00005) 3.2.6 Singeborn (ID 00006) 3.2.7 „Turmquelle“ (ID 00007/00008) 3.2.8 „Wildquelle“ (ID 00009) 3.2.9 „Teichquelle“ (ID 00010) 3.2.10 „Kapuzinerquelle“ (ID 00011) 3.2.11 Herkulesquelle (ID 00012) 3.2.12 „Johannisquelle“ (ID 00013) 3.2.13 „Kachequelle“ (ID 00015) 3.2.14 „Fichtenquelle“ (ID 00016) 3.2.15 „Jägerquelle“ (ID 00017) 3.2.16 „Brennnesselquelle“ (ID 00018) 3.2.17 „Fallenquelle“ (ID 00019) 3.2.18 „Dornquelle“ (ID 00020) 3.2.19 „Hainquelle“ (ID 00021) 4 DISKUSSION 5 FAZIT ANHANG

Im Jahr 2013 ist es dem IceCube-Experiment gelungen, einen Fluss von Neutrinos extraterrestrischen Ursprungs nachzuweisen, und damit das Neutrino als weiteres kosmisches Botenteilchen zu etablieren. Die Frage nach dem Ursprung der Neutrinos, die einen komplementären Blick auf die Quellen bieten, kann möglicherweise die alte Frage nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung lösen. Zeitunabhängige Suchen nach Neutrinoquellen konnten bisher keine einzelnen Kandidaten isolieren. Zeitlich veränderliche Quellen kommen daher als Ursprung in Betracht. IceCube ermöglicht es, kontinuierlich den gesamten Himmel nach aufflackernden Neutrinoquellen abzusuchen und die astronomische Gemeinschaft schnellstmöglich zu benachrichtigen. In dieser Arbeit wird die Echtzeitidentifikation und -rekonstruktion von Myonneutrinokandidaten mit IceCube verbessert. Die erreichte Sensitivität ist mit etablierten nicht-Echtzeit Analysen vergleichbar. Kontinuierlich vom Experiment am Südpol übermittelte Informationen werden sofort auf bemerkenswerte Ereignisse hin analysiert. Bekannte astrophysikalische Quellen von Gammastrahlung werden auf Neutrinoemission hin beobachtet. Eine verallgemeinerte Methode erlaubt die Suche nach Signalen überall, unbeeinflusst von vorher bekannten Quellen. Weiterhin werden die hochenergetischsten Neutrinokandidaten, die wahrscheinlich astrophysikalischen Ursprungs sind, sofort identifiziert und global bekannt gemacht. Abschließend werden die Suchalgorithmen am Beispiel zweier Blazare demonstiert, 1ES 1959+650 und TXS 0506+56. In letzterem Fall wurden erstmals Anzeichen für eine Quelle hochenergetischer, kosmischer Neutrinos gefunden. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Infrastruktur erlaubt es, die astronomische Gemeinschaft auf signifikante Neutrinoereignisse, oder sich entwickelnde Neutrinocluster hinzuweisen. Auch die zügige Suche nach Neutrinos in Reaktion auf interessante astrophysikalische Ereignisse, wie z.B. Gravitationswellen, ist möglich. / The discovery of an flux of neutrinos of astrophysical origin with the IceCube experiment in 2013 has broadened our understanding of cosmic messengers and opened a new window on the universe. By addressing the newly pertinent question about their sources, neutrinos can provide a complementary view on cosmic accelerators and may help solving the long-standing puzzle of the origin of the cosmic rays. As traditional time-integrated searches for sources of neutrinos have not been able to isolate individual candidates, variable and transient sources shift into focus. IceCube's design allows to continuously search the entire sky for neutrino flares, and alert the community with the lowest possible latency in the case of a detection. This thesis improves the identification and reconstruction of muon neutrino candidates with IceCube in real-time, achieving a sensitivity comparable to dedicated offline analyses. The stream of neutrino candidates is analyzed for interesting events in order to alert partner experiments and inspire follow-up observations. First, known gamma-ray emitters are monitored for time-variable neutrino emission. Second, a generalization of this method monitors the entire sky for neutrino flares, regardless of pre-defined source lists. Third, the most-energetic neutrino candidates with the highest chance to be of astrophysical origin are selected for alerts. Eventually, the search methods are applied to the blazars 1ES 1959+650 and TXS 0506+056. In the latter case, evidence for source of high-energetic, astrophysical neutrinos was found for the first time. The infrastructure built in this work allows to notify the community whenever significant neutrino events are recorded, or significant flares develop on time-scales from days to weeks. It also allows to quickly perform neutrino follow-up searches in response to interesting astrophysical events, such as the observation of gravitational waves.

This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.

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