Grundlage des Buches sind die Beiträge des 1. Dresdner Flächennutzungssymposiums. Dieses ist der Auftakt für eine zukünftig jährlich stattfindende Fachtagung, die Wissenschaft und Praxis zu Fragen der Erhebung, Entwicklung und Prognose der Flächennutzungsentwicklung zusammenführt. Das 1. Buch der beginnenden Reihe „Flächennutzungsmonitoring“ informiert über die amtliche Flächenstatistik einschließlich deren Datengrundlage und alternativer Datengrundlagen für die Flächenerhebung. In diesem Zusammenhang werden auch Indikatoren zur Beschreibung der Flächeninanspruchnahme und der Freiraumentwicklung vorgestellt. Da es hier auch immer wieder um Fragen der Visualisierung geht, werden Verfahren zur kleinräumigen Darstellung von Zustand und Entwicklung von Indikatoren auf verschiedenen räumlichen Ebenen bis hin zu Rasterkarten erläutert. Im abschließenden Beitrag geht es um die Konzeption eines Monitors der Siedlungs- und Freiraumentwicklung auf Grundlage von geotopographischen Basisdaten.

Für den im Aufbau befindlichen Monitor zur Siedlungs- und Freiraumentwicklung im Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e. V. sollen im Teilsystem „Freiraumstruktur und Landschaftsfunktionen“ zur Beschreibung von Zustand, Entwicklung und Belastung der Freiräume geeignete Indikatoren entwickelt werden. Dazu werden in diesem Beitrag zunächst vorhandene oder konzeptionierte Indikatorensysteme auf Bundesebene hinsichtlich Ihrer Inhalte zum Freiraum untersucht und verglichen. Auf dieser Basis werden Überlegungen zu ergänzenden Indikatoren angestellt. Es werden Indikatoren u. a. zur Naturnähe und Störungsintensität der Flächennutzung, zu Schutzgebieten, zur Durchlässigkeit des Verkehrsnetzes, zur Dichte von kleinräumigen Landschaftselementen in der Offenlandschaft, zu Veränderungen der Siedlungs- und Verkehrsfläche in Überschwemmungsgebieten und zur Qualität von Erholungsgebieten vorgeschlagen. Deutlich wird aber auch, dass neben den ATKIS-Daten weitere Datengrundlagen herangezogen werden müssen, die derzeit teilweise noch nicht flächendeckend verfügbar sind.

In arid regions, mountain catchments are the major contributor to the total natural water yield. Due to generally low groundwater tables, subsurface underflow - referred to as mountain-front recharge - is important in distinction to the surface runoff at the mountain front. The extent of the groundwater basin is hereby often vague. Approaches to assess mountain-front recharge are mostly based on groundwater data and integrate over time and space. This, however, cannot provide prognostic and time-dependent estimates of subsurface inflow to the adjacent alluvial basin aquifer. Consequently, the proposed strategy builds on rainfall based approaches. Temporal and spatial resolution is in this case mostly limited by data scarcity regarding hydrological characteristics of the catchment area and high-resolution rainfall data. The proposed novel strategy combines three approaches to tackle these challenges. A newly developed conceptual hydrologic model provides time-dependent estimates based on fully distributed monthly rainfall. For distinct response units and seasons, non-linear relationships between rainfall and recharge describe the hydrogeologic response. The derivation of the response functions is based on a mass balance and considers the principal recharge mechanisms. Parameterisation makes use of available expert knowledge on geomorphology and seasonal rainfall characteristics. As an efficient tool to assess uncertainties, fuzzy arithmetic is used for complementary long-term average water balance estimates. This technique allows considering fuzziness in rainfall input, crop water use in mountain oases, and best available assumptions on recharge as portion of rainfall. Uncertainty regarding the potential, albeit unknown extent of groundwater basins is portrayed based on continuous surfaces which represent the degree of membership to a distinct geographical entity (termed as fuzzy regions). Distinct subsets of these fuzzy regions represent potential groundwater basins for water balance assessment. The proposed strategy was applied on the large scale in an arid karst mountain range in northern Oman. The two complementary assessment approaches result in similar ranges of values. They are in good agreement with inversely computed inflow to a steady state groundwater model for the adjacent basin aquifer. The results of the conceptual hydrologic model are confirmed by the plausibility of average recharge rates for distinct response units and seasons. This shows that less intense winter rainfall contributes mainly to groundwater recharge. Uncertainties due to the vague extent of the groundwater basin are about 30 % of the total mean annual value. An option to mitigate this uncertainty is the complementary consideration of adjacent aquifer systems in future studies. Hydrogeologic survey and observation of groundwater levels in the alluvial basin aquifer in near distance to the mountains is a way to underpin these findings in future studies. This recommenddation applies not only to the discussed study area, but also to mountain block systems in general. / In ariden Gebieten haben Gebirgseinzugsgebiete einen wesentlichen Anteil am gesamten natürlichen Wasserdargebot. Aufgrund i. Allg. tief liegender Grundwasserspiegel ist - in Abgrenzung zum Oberflächenabfluss am Gebirgsrand - auch der unterirdische Abstrom (mountain-front recharge) von besonderer Bedeutung. Die Ausdehnung des unterirdischen Einzugsgebiets ist dabei oft vage. Ansätze zur Abschätzung des mountain-front recharge basieren meist auf Grundwasserdaten und integrieren in Zeit und Raum. Damit können allerdings keine prognostischen oder zeitabhängigen Schätzungen für den Zustrom zur benachbarten alluvialen Aquifer gemacht werden. Daher wird im folgenden ein niederschlagsbasierter Ansatz vorgeschlagen. Das vorgeschlagene neue Konzept kombiniert drei Ansätze, um den genannten Herausforderungen zu begegnen. Mit einem neu entwickelten konzeptionellen hydrologischen Modell auf Basis verteilter Niederschläge werden monatliche Werte für die Grundwasserneubildung bereitgestellt. Es basiert auf nicht-linearen Beziehungen zwischen Niederschlag und Grundwasserneubildung für definierte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten. Deren Ableitung basiert auf einer Massenbilanz und berücksichtigt die wesentlichen Neubildungsmechanismen. Die Parametrisierung basiert auf Expertenwissen zu Geomorphologie und Niederschlagscharakteristika. Fuzzy Arithmetik wird zur Berücksichtigung von Unsicherheiten in einer ergänzenden mittleren jährlichen Wasserbilanz verwendet. Damit können Unschärfen im Niederschlagsinput, beim Pflanzenwasserbedarf in Gebirgsoasen und best verfügbaren Schätzungen der Neubildung als Bruchteil des Niederschlags effizient berücksichtigt werden. Mittels kontinuierlicher Oberflächen, die den Grad der Zugehörigkeit zu einer bestimmten geographischen Entität anzeigen (fuzzy regions) werden Unsicherheiten in der räumlichen Ausdehnung der unterirdischen Einzugsgebiete beschrieben. Definierte Teilmengen dieser fuzzy regions werden dann bei den Wasserhaushaltsbetrachtungen als potentielle Grundwassereinzugsgebiete verwendet. Der vorgeschlagene Ansatz wurde in einer ariden, teils verkarsteten Gebirgsregion im Norden des Sultanats Oman angewendet. Die beiden sich ergänzenden Ansätze zur Abschätzung der Grundwasserneubildung ergaben im langjährigen Mittel vergleichbare Werte. Diese stimmten auch gut mit den Ergebnissen einer inversen Grundwassermodellierung überein. Die Plausibilität der Neubildungsraten für bestimmte hydrologisch homogene Einheiten und Jahreszeiten spricht für die Verlässlichkeit der Ergebnisse des konzeptionellen hydrologischen Modells. Offensichtlich tragen insbesondere die weniger intensiven Winterniederschläge wesentlich zur Grundwasserneubildung bei. Die Unsicherheiten bezüglich der Ausdehnung des Grundwassereinzugsgebiets belaufen sich auf ca. 30 % des mittleren jährlichen Dargebots. Die komplementäre Betrachtung benachbarter Grundwassereinzugsgebiete ist ein denkbarer Weg, diese Unsicherheit in Zukunft zu reduzieren. Ein wesentlicher Beitrag um die Ergebnisse dieser Studie zukünftig weiter zu untermauern wären hydrogeologische Erkundung und Beobachtung von Grundwasserständen im alluvialen Aquifer, insbesondere nahe dem Gebirgsrand. Diese Empfehlung gilt über dieses Fallbeispiel hinaus für vergleichbare Systeme, in denen ein Gebirgseinzugsgebiet den Aquifer in der angrenzende Ebene speist.

Vor dem Hintergrund saisonaler Einflussfaktoren stellen ländlich strukturierte Gebiete besondere Anforderungen an Bemessung und Betrieb von Kläranlagen. Tourismus bildet neben landwirtschaftlich bedingten Ernte- und Verarbeitungskampagnen den bedeutendsten Faktor für saisonale Belastungsschwankungen. Da der größte Teil der Fremdenverkehrseinrichtungen über weniger als 100 Übernachtungsplätze verfügt, besteht bei fehlendem Kanalanschluss ein entsprechender Bedarf an Klein- und Kleinen Kläranlagen zur Behandlung der anfallenden Abwässer. Die Bemessung von Kläranlagen der Größenklasse 1 wird bei fehlenden Messwerten auf Grundlage der im ATV-DVWK-A 198 (2003) als 85-%-Perzentil angegebenen einwohnerspezifischen Frachten durchgeführt. Abwasser aus einfachen Fremdenverkehrseinrichtungen wie Campingplätzen und Hütten weist im Vergleich zur üblichen kommunalen Abwasserzusammensetzung bezogen auf CSB und BSB5 höhere Anteile an Stickstoff- und Phosphorverbindungen auf. Die spezifischen Stickstofffrachten liegen i. M. bei 10 – 11 g/P/d, die spezifischen CSB-Frachten bei i. M. 52 – 68 g/P/d. Die tatsächlichen Frachten werden von der Ausstattung (Restaurant, Wäscherei, etc.) der jeweiligen Unterkunft beeinflusst und sind in der Bemessung gesondert zu berücksichtigen. Für die Behandlung saisonal anfallender Abwässer eignen sich Verfahren mit großem vorgeschaltetem Puffervolumen oder Anlagen mit großem internem Puffer, wie z. B. Bodenfilteranlagen. Anaerobe Vorbehandlungsanlagen wie Anaerobic Baffled Reactors (ABR) können bei entsprechenden Temperaturen zur Frachtentlastung nachgeschalteter aerober Stufen beitragen. Unter gemäßigten Klimabedingungen werden inklusive Sedimentationsprozessen in Vorklärbecken i. M. 50 % des zugeführten CSB eliminiert. Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit des CSB-Abbaus, der Dauer des Einfahrbetriebs, der Empfindlichkeit gegenüber zu hohem Schlammabzug und des nicht berechenbaren Feststoffabtriebs ist unter gemäßigten Klimabedingungen und ohne technische Weiterentwicklung des Verfahrens keine über den Wirkungsgrad von Absetzanlagen hinausgehende Eliminationsleistung bei der Bemessung kalkulierbar. Für saisonal belastete Bodenfilter stellt die Abminderung des Flächenbedarfs bzw. die Steigerung der CSB-Flächenbelastung analog zum nicht belasteten Zeitraum eine betriebssichere und wirtschaftliche Lösung dar, bei der die Einhaltung der Mindestanforderungen gewährleistet ist. Bei geforderter Nitrifikation ist aufgrund des hohen TKN-Konzentrationsniveaus im Abwasser aus Fremdenverkehrseinrichtungen ein Wirkungsgrad von > 95 % für die TKN-Elimination erforderlich. Im Abwasser enthaltene Hemmstoffe, insbesondere in Vorkläranlagen gebildetes Sulfid, können die Nitrifikation beeinträchtigen. Dabei werden Ammoniumoxidation und Nitritoxidation gehemmt. Charakteristisch sind hohe NH4-N- und NO2-N-Konzentrationen im Ablauf (Extremwerte bis zu 55 mg NO2-N/l). Während sich Nitritoxidierer über mehrere Jahre an dauerhaft hohe Sulfidkonzentrationen adaptieren können, wird die Ammoniumoxidation direkt über die Sulfidkonzentration beeinflusst. / In rural communities seasonal factors complicate design and operation of wastewater treatment plants. Tourism as well as agricultural harvesting and processing campaigns are the major causes for seasonal load variations. Due to the fact that accommodation capacities in rural tourism industry rarely exceed 100 beds small sewage treatment plants are acquired if a connection to a sewer system is not feasible. Small wastewater treatment plants can be designed using the population equivalents (PE). According to the German Water Association spreadsheet ATV-DVWK-A 198, PEs are defined as the 85-%-percentile input load. Wastewater of basic accommodations like camping sites and lodges contains higher levels of nitrogen and phosphorous compounds than 'standard' domestic wastewater. The mean specific nitrogen loads reach 10 – 11 g/guest/d, the mean specific COD-load 52 – 68 g/guest/d. The special amenities of vacation homes (restaurant, laundry) affect the real loads and have to be considered in dimensioning. Regarding the treatment of seasonal wastewater, processes with large upstream buffer or large internal buffer, such as constructed wetlands, are suitable. Furthermore, at moderate temperatures anaerobic pretreatment devices, like anaerobic baffled reactors (ABR), can reduce the input load to aerobic post treatment stages. An approximate COD elimination of 50 % can be expected by anaerobic degradation and sedimentation in the ABR in combination with upstream primary clarifiers at around 20 °C. Due to the strong temperature dependence, the long start-up-period, the sensitivity towards fail-desludging, the generation of immediate oxygen demand at low temperatures as well as unpredictable sludge overflow events, it does not seem justified to calculate higher design elimination efficiencies for ABRs than for sedimentation tanks. The design of subsurface vertical flow constructed wetlands with seasonally induced high loading periods are approved for the elimination of organic substances. This accepted assumption was confirmed for the plant under investigation operated at a mean COD-load of 20 g/m²/d, not exceeding the effluent control values for COD in six years. In contrast, oxidation of ammonia and nitrite were inhibited by high sulfide levels (mean sulfide concentration: 48 ± 26 mg/L). Nitrite accumulation reached its peak value at 55 mg NO2-N/L and decreased within 4 years below 1 mg/L due to the adaption of nitrite-oxidizing microorganisms.

Diese Arbeit hat das Ziel zu prüfen, inwieweit Energiepflanzen, die zur Erzeugung von Bioethanol verwendet werden sollen, für eine Phytoremediation SM-kontaminierter Flächen geeignet sind. In den durchgeführten Arbeiten wurden Topinambur/Kartoffel (Knollen-pflanzen), Zuckerrübe und Winterroggen auf SM/R- haltigem Boden angebaut und die Abhängigkeit des Pflanzenwachstums und der SM-Aufnahme von den SM/R- Konzentrationen, den pH- Bedingungen und der Zugabe verschiedener Zuschlagsstoffe (zur Verbesserung der Bodenbedingungen und des Pflanzenwachstums) untersucht. Anschließend wurden Gärversuche zur Erzeugung von Bioethanol mit den belasteten Pflanzenresten durchgeführt. Weiterhin wurde auch eine Bilanzierung des Verbleibs von Schwermetallen in den verschiedenen Produkt- und Abproduktströmen durchgeführt. Um die Praktikabilität dieses Verfahrens zu untersuchen, wurde am Ende dieser Arbeit eine Energiebilanz durchgeführt sowie die Wirtschaftlichkeit betrachtet. Eine solche Kopplung der Phytoremediation mit einer anschließenden Erzeugung von Bioethanol ist bisher noch nicht aus der Literatur bekannt. Im Laufe der Arbeiten und Versuche hat sich gezeigt, dass der Anbau von Kartoffeln, Roggen und Topinambur auch unter den vorhandenen Bodenbedingungen (niedriger pH-Wert, wenig verfügbarer Stickstoff und Phosphor) uneingeschränkt möglich ist. Die Erträge von Topinambur und Winterroggen waren am besten bei mineralischer Düngung, ohne eine Intervention im organischen Substanzgehalt und im pH-Wert des Bodens, aber nur durch ausreichende Düngung mit Stickstoff. Die Vergärung aller Pflanzen verläuft unproblematisch, die Ausbeute aus 100 kg Rohstoff ist vergleichbar mit unkontaminiertem Pflanzenmaterial. Die Gärflüssigkeit aus der Vergärung aller Pflanzen und der feste Gärrest aus der Winterroggen- und Zuckerrübenvergärung lässt sich gesetzeskonform als Dünger nutzen. Der feste Gärrest aus der Kartoffel- und Topinamburgärung darf wegen einer Überschreitung der Grenzwerte von Cd und Ni nicht als Dünger verwertet werden. Er muss einer anderen Verwendung zugeführt werden (z.B. Verbrennung und Deponie). Der beste Austrag von Metallen pro Hektar in einer Vegetationszeit kann mit Topinambur erreicht werden (5189 g Al, 568 g Ni, 18,6 g Cd und 2,1 g U). Das Energiegewinn/Energieeintrag-Verhältnis, wenn nur die Pflanzenteile, die Stärke oder direkt vergärbare Zucker enthalten, in Alkohol umgewandelt werden, überschritt im Fall der Kartoffel (1,13) und des Winterroggens (1,16) den Wert 1 und im Fall der Zuckerrübe wurde fast der Wert 1 erreicht. Ein monetärer Gewinn ist zu erzielen mit der Alkoholherstellung aus Zuckerrüben, Winterroggen und Kartoffeln. Den besten Gewinn gewährleisten die Zuckerrübe mit über 1000 €/ha und der Winterroggen mit 447 €/ha. Ein solches Verfahren kann einen Beitrag zur schonenden Rekultivierung schwermetall-kontaminierter Flächen leisten (Habitaterhaltung, geringere Hypotheken für zukünftige Generationen), die Kosten der gesamten Sanierung durch einen Erlös senken sowie einen Beitrag zur Erzeugung eines CO2-neutralen Energieträgers leisten.

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management. / In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes. / El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.

In den Jahren 2005 bis 2010 erfolgte im Rahmen der Erarbeitung der vorliegenden Dissertationsschrift eine ökologische Untersuchung der Chironomidenfauna in der Talsperre Saidenbach (Sachsen, Erzgebirge). Drei Arten mit hoher Abundanz konnten bei der umfassenden Artenanalyse im Jahr 2005 ermittelt werden: Procladius crassinervis, P. choreus und Chironomus anthracinus. Zusätzlich wurde die Art C. plumosus aufgrund ihrer engen Verwandtschaft zu C. anthracinus in die Untersuchung einbezogen. Die Arbeit ist auf vier Schwerpunkte fokussiert, wobei die Larven und Puppen der vier Arten analysiert wurden. (1) Die Erarbeitung einer zuverlässigen Methode zur Unterscheidung der Larven der beiden eng verwandten Procladius-Arten basierend auf morphologischen Kriterien (Imaginalscheiden-entwicklung, Kopfkapselgröße und Körperlänge) sowie die Tiefenverteilung der Puppen waren eine Vorbedingung für weiterführende Analysen des Lebenszyklus (LZ) dieser beiden Arten. (2) Die Untersuchung des LZ war der zweite Schwerpunkt. Der LZ wurde stark von abiotischen Faktoren wie Temperatur, Sauerstoff und Biovolumen des Phytoplanktons kontrolliert. (3) Die raum-zeitlichen Verteilungsmuster der vier Arten wurden zunächst bezüglich großräumiger Unterschiede über einen Tiefengradienten innerhalb eines Transektes analysiert. Hierbei zeigte sich bei allen vier Arten eine zeitliche Änderung im jeweiligen Hauptverbreitungsgebiet. Die jungen Larven von C. anthracinus, C. plumosus und P. choreus wanderten im Verlauf ihrer Entwicklung bis zur Verpuppung in flachere Bereiche, P. crassinervis wanderte in tiefere Bereiche. Die Analyse der Verteilungsunterschiede der Larven zwischen zwei verschieden stark eutrophierten Buchten ergab höhere Dichten der beiden Chironomus-Arten in der Bucht mit dem größeren Zulauf und der höheren Phytoplanktonkonzentration im Vergleich mit den anderen Arten. Eine Analyse des kleinräumigen Verteilungsmusters fokussierte auf der Frage, ob die Larven gleichmäßig verteilt oder aggregiert auftraten. Die Untersuchung des vertikalen Verteilungsmusters erforschte das Schwimmverhalten der Larven. (4) Der letzte Aspekt war eine experimentelle Untersuchung, die am Beispiel von C. anthracinus durchgeführt wurde mit dem Ziel, den Proximatfaktor für die beobachtete Wanderung der Larven zu ermitteln, der letztendlich die Temperatur war. Puppen bevorzugten im Experiment wärmere Temperaturen und junge Larven kühlere Temperaturen. Die fünfjährige Untersuchung der Chironomiden in der Talsperre Saidenbach beschreibt insgesamt die komplexe Verhaltensreaktion der Chironomiden, die einen wesentlichen Teil der benthischen Lebensgemeinschaft darstellen, bezüglich der Lebenszyklusmuster (Voltinismus, Verpuppung), der Abundanzänderungen (inner- und zwischenjährlich) sowie der groß- und kleinräumigen Verteilung unter der Einwirkung der wichtigsten Umweltfaktoren. / In the context of the present dissertation an ecological study was performed about chironomids in Saidenbach Reservoir in the Saxony Ore Mountains, Germany during the five years from 2005 to 2010. A preliminary overall species analysis in 2005 showed that three species were most abundant: Procladius crassinervis, P. choreus and Chironomus anthracinus. Additionally, the species C. plumosus was examined because of its close relationship to C. anthracinus. The study is focussed on four subjects, whereby larvae and pupae of the four species were analysed. (1) The elaboration of a reliable method to distinguish the larvae of the two closely related species P. crassinervis and P. choreus on the basis of morphological criteria (imaginal disc development, larval head capsule size and body length) as well as the depth distribution of their pupae was a precondition to the profound analysis of their life cycles. (2) The investigation of the life cycle pattern of the four species was the second focus. The life cycle of the four species was found to be strongly influenced by abiotic conditions such as temperature, oxygen and biovolume of the phytoplankton. (3) The spatial and temporal distribution pattern of the four species was analysed in view of large scale differences over a depth gradient in one transect. Here, in all four species a shift in the mainly settled lake bottom area occurred. The young larvae of C. anthracinus, C. plumosus and P. choreus migrated during maturing and pupation towards shallower areas; P. crassinervis migrated to deeper areas. The distribution differences between two different bays showed that the two Chironomus species had higher densities in the bay with the higher inflow which resulted in a higher phytoplankton standing stock compared to the other species. A small scale distribution pattern analysis focussed on finding out whether the larvae were aggregated or randomly distributed. The vertical distribution analysis examined the swimming behaviour of the larvae. (4) The last aspect was an experimental setup exemplarily driven with C. anthracinus which showed that the migration was stimulated by the proximate factor temperature as pupae preferred warmer temperatures and young larvae colder temperatures. Altogether, the five year study about chironomids in Saidenbach Reservoir pointed out the complex reaction in the behaviour of an important part of the benthic community concerning the life cycle pattern (voltinism, pupation pattern), the changing in abundances (inter-annual and intra-annual) and the large scale and small scale distribution pattern under the rule of the most important environmental factors.