This study aimed to describe the distribution and relative abundance of the phytoplankton obtained during the two seasons (rainy and dry seasons) from the Red river system. The water and phytoplankton samples were monthly collected during the year 2012 at four sampling stations along the Red River (Yen Bai, Vu Quang Hoa Binh,and Ha Noi) . Environmental variables (e.g. temperature, dissolved oxygen, pH, suspended solids, conductivity, TDS, NO3­-N, NH4­-N, PO4-P, Total Phosphorus; and DOC) and phytoplankton (e.g. cell density and relative abundant species) were analyzed. Six phytoplankton classes were identified with the Bacillariophyceae dominating in the phytoplankton community. A distinct seasonal variation in phytoplankton structure was observed with high cells density in dry season and low values in rainy season. PCA (Principal Component Analysis) showed that suspended solid factor that governed the temporal and spatial distribution of phytoplankton structure in the Red River system. / Nghiên cứu này trình bày sự phân bố và độ phong phú tương đối của quần xã thực vật nổi vào mùa mưa và mùa khô trong hệ thống sông Hồng. Các mẫu nước và thực vật nổi được thu hàng tháng trong năm 2012 tại 4 điểm trên sông Hồng (Yên Bái, Vụ Quang, Hòa Bình và Hà Nội). Các thông số môi trường (nhiệt độ, lượng oxy hòa tan, pH, chất rắn lơ lửng, độ dẫn, TDS, NO3-N, NH4-N, PO4-P, T-P và DOC) và thực vật phù du (mật độ tế bào,độ phong phú tương đối ) đã được phân tích. Sáu lớph tảo được được xác định với tảo silíc chiếm ưu thế trong quần xã thực vật phù du. Sinh khối thực vật đạt giá trị cao vào mùa khô trong khi thấp vào mùa mưa. Phân tích hợp phần chính cho thấy yếu tố chất rắn lơ lửng đóng vai trò quan trọng việc xác định biến động thời gian và không gian cấu trúc quần xã thực vật nổi trong hệ thống sông Hồng.

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In einer Zeit, in der menschliche Aktivitäten mit geologischen Kräften konkurrieren und sich das Klima ständig verändert, ist das Verständnis hydrologischer Prozesse essenziell. Die Quantifizierung hydrologischer Prozesse ist jedoch aufgrund der räumlichen Heterogenität der Umweltfaktoren, die die zugrunde liegenden Prozesse beeinflussen, eine Herausforderung. Daher wurden in dieser Arbeit eine Reihe gemeinsamer, miteinander verbundener Ansätze oder Technologien entwickelt und in einem Einzugsgebiet mit gemischter Landnutzung, dem Demnitz Millcreek (DMC, 66 km2), getestet. Durch die Anwendung von Datenanalyse, Modelling, Machine-learning und Unmanned-vehicle technologies haben wir nicht nur die hydrologischen Prozesse in diesem repräsentativen Einzugsgebiet entschlüsselt, sondern auch - aus einer breiteren Perspektive - den optimalen Methode zur gemeinsamen Nutzung vorhandener Technologien ermittelt, um Unsicherheiten bei Modellierung dieser Prozesse auf der Ebene des Einzugsgebiets zu verringern. / Understanding hydrological processes is essential in an era when human activities rival geologic-scale forces and the climate consistently changes. However, hydrological quantifications are challenging due to the spatial heterogeneity in environmental drivers of the underlying processes. Therefore in this thesis, a series of common linked approaches or technologies were developed and tested in a mixed-landuse catchment, the Demnitzer Millcreek (DMC, 66 km2). By applying data analysis, distributed modelling, machine-learning, and unmanned-vehicle technologies, we not only unraveled the hydrological processes in this representative catchment, but also from a wider perspective - identified the optimal way to jointly use the existing technologies to reduce the uncertainty in monitoring and modelling these processes at the catchment-scale.

The scope of this study is to investigate the environmental change in the German part of the Elbe river basin, whereby the focus is on two water related problems: having too little water and having water of poor quality. <br><br> The Elbe region is representative of humid to semi-humid landscapes in central Europe, where water availability during the summer season is the limiting factor for plant growth and crop yields, especially in the loess areas, where the annual precipitation is lower than 500 mm. It is most likely that water quantity problems will accelerate in future, because both the observed and the projected climate trend show an increase in temperature and a decrease in annual precipitation, especially in the summer. Another problem is nutrient pollution of rivers and lakes. In the early 1990s, the Elbe was one of the most heavily polluted rivers in Europe. Even though nutrient emissions from point sources have notably decreased in the basin due to reduction of industrial sources and introduction of new and improved sewage treatment facilities, the diffuse sources of pollution are still not sufficiently controlled. <br><br> The investigations have been done using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which has been embedded in a model framework of climate and agro-economic models. A global scenario of climate and agro-economic change has been regionalized to generate transient climate forcing data and land use boundary conditions for the model. The model was used to transform the climate and land use changes into altered evapotranspiration, groundwater recharge, crop yields and river discharge, and to investigate the development of water quality in the river basin. Particular emphasis was given to assessing the significance of the impacts on the hydrology, taking into account in the analysis the inherent uncertainty of the regional climate change as well as the uncertainty in the results of the model. <br><br> The average trend of the regional climate change scenario indicates a decrease in mean annual precipitation up to 2055 of about 1.5 %, but with high uncertainty (covering the range from -15.3 % to +14.8 %), and a less uncertain increase in temperature of approximately 1.4 K. The relatively small change in precipitation in conjunction with the change in temperature leads to severe impacts on groundwater recharge and river flow. Increasing temperature induces longer vegetation periods, and the seasonality of the flow regime changes towards longer low flow spells in summer. As a results the water availability will decrease on average of the scenario simulations by approximately 15 %. The increase in temperatures will improve the growth conditions for temperature limited crops like maize. The uncertainty of the climate trend is particularly high in regions where the change is the highest. <br><br> The simulation results for the Nuthe subbasin of the Elbe indicate that retention processes in groundwater, wetlands and riparian zones have a high potential to reduce the nitrate concentrations of rivers and lakes in the basin, because they are located at the interface between catchment area and surface water bodies, where they are controlling the diffuse nutrient inputs. The relatively high retention of nitrate in the Nuthe basin is due to the long residence time of water in the subsurface (about 40 years), with good conditions for denitrification, and due to nitrate retention and plant uptake in wetlands and riparian zones. <br><br> The concluding result of the study is that the natural environment and communities in parts of Central Europe will have considerably lower water resources under scenario conditions. The water quality will improve, but due to the long residence time of water and nutrients in the subsurface, this improvement will be slower in areas where the conditions for nutrient turn-over in the subsurface are poor. / Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes. Der Fokus liegt dabei auf Wassermengen- und Wasserqualitätsproblemen. <br><br> Die Elbe liegt im Zentrum Europas im Übergangsbereich zwischen ozeanischen und kontinentalen Klimaten, wo die Wasserverfügbarkeit in den Sommermonaten den limitierenden Faktor für das Pflanzenwachstum und die landwirtschaftlichen Erträge bildet. Dies gilt insbesondere für die Lössgebiete im Lee des Harzes, wo die jährlichen Niederschläge unter 500 mm liegen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die Wassermengenprobleme in Zukunft noch verstärken werden, denn sowohl das beobachtete als auch das für die Zukunft projizierte Klima in der Region zeigen höhere Temperaturen und fallende Niederschläge, besonders im Sommer. Ein weiteres Problem ist die hohe Nährstoffbelastung der Flüsse und Seen im Elbeeinzugsgebiet. Anfang der neunziger Jahre war die Elbe eine der am stärksten belasteten Flüsse in Europa. Obwohl die Einträge besonders aus Punktquellen durch den Rückgang der Industrie und den Bau von neuen Kläranlagen seitdem gefallen sind, gelangen trotzdem noch große Nährstoffmengen aus diffusen Quellen in die Gewässer. <br><br> Die Untersuchungen wurden unter Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM (Soil and Water Integrated Model) durchgeführt, welches über Schnittstellen mit Klimamodellen und agroökonomischen Modellen verbunden wurde. Ein globales Szenario des Klimawandels und des landwirtschaftlichen Wandels wurde regionalisiert, um so die geänderten Randbedingungen für den Szenarienzeitraum zu erhalten. Simulationen mit SWIM dienten dann dazu, die geänderten Randbedingungen in Änderungen im Wasserhaushalt und in den landwirtschaftlichen Erträgen zu transformieren. Außerdem wurde das Langzeitverhalten von Nährstoffen im Untersuchungsgebiet modelliert. Besonderer Wert wurde dabei darauf gelegt, die Unsicherheit der Szenarienergebnisse zu quantifizieren. <br><br> Der mittlere Szenarientrend zeigt eine Reduzierung der mittleren jährlichen Niederschläge bis zum Jahre 2055 um ungefähr 1.5 %, wobei die Ergebnisse mit einer großen Unsicherheit behaftet sind: die Spannweite der Niederschläge in den Szenarienrealisationen liegt zwischen -15.3 % und +14.8 %. Die Erwärmung unter Szenarienbedingungen mit ungefähr 1.4 K ist weniger unsicher. Diese relativ geringen Änderungen habe starke Auswirkungen auf den Wasserhaushalt im Elbegebiet: durch die steigenden Temperaturen wird die Vegetationszeit verlängert, und die Niedrigabflussperiode im Sommer wird sich in den Herbst ausdehnen. Insgesamt wird unter dem mittleren Szenarientrend die Wasserverfügbarkeit um ca. 15 % abnehmen. Außerdem werden sich durch die steigenden Temperaturen die Anbaubedingungen für wärmeliebende Ackerfrüchte in der Landwirtschaft verbessern. Die Unsicherheit des Klimatrends ist dort am größten, wo auch die lokalen Änderungen am größten sind. <br><br> Die Simulationsergebnisse für das Nuthe-Teileinzugsgebiet der Elbe zeigen, das Retentionsprozesse im Untergrund und in den Feucht- und Auengebieten einen starken Einfluss auf die Wasserqualität und die Nitratkonzentration der Oberflächengewässer haben, da sie durch ihre Lage im Einzugsgebiet eine Schnittstelle zwischen dem umliegenden Einzugsgebiet und den Flüssen und Seen bilden. Die relativ hohe Umsetzung von Nitrat im Einzugsgebiet der Nuthe kann dadurch erklärt werden, dass Nitrat eine relativ lange Aufenthaltszeit im Grundwasser (im Mittel 40 Jahre) mit einer hohen Nitratumsetzungsrate hat, und durch die guten Denitrifizierungsbedingungen in den Feucht- und Auengebieten. Dazu kommt noch, dass große Nitratmengen durch die Pflanzen in den Feuchtgebieten aus dem Grundwasser aufgenommen werden. <br><br> Zusammenfassend kann man sagen, das sich die Ökosysteme und die Gesellschaft im Elbeeinzugsgebiet unter Szenarienbedingungen auf niedrigere Wasserverfügbarkeit einstellen müssen. Die Wasserqualität wird sich grundsätzlich zwar weiter verbessern, aber aufgrund der langen Verweilzeit der Nährstoffe im Grundwasser wird dies insbesondere in den Teileinzugsgebieten, in denen die geochemischen Bedingungen für einen hohen Nährstoffumsatz nicht gegeben sind, noch relativ lange dauern.

Biologische und chemische Monitoringdaten wurden im Hinblick auf insektizid wirkende Stoffe ausgewertet. Im Zeitraum 2009 bis 2017 wurden 28 Wirkstoffe nachgewiesen. Die 44 am stärksten belasteten Wasserkörper-Messstellen wurden identifiziert und tabellarisch dargestellt. Die Auswertung unterstützt den Nationalen Aktionsplan zur nachhaltigen Anwendung von Pflanzenschutzmitteln. Redaktionsschluss: 30.11.2018

Phosphorretention und Freizeitnutzung an norddeutschen Tieflandseen wurden als Beispiele für den Zusammenhang von regulativen und kulturellen Ökosystemleistungen mit der Wasserqualität in norddeutschen, durchflossenen Tieflandseen untersucht. Zur Auswertung der Phosphorkonzentration in den 28 untersuchten Seen der LAWA-Typen 10 (geschichtete Seen), 11 (durchmischte Seen mit langer Wasserverweilzeit) und 12 (Flussseen mit kurzer Wasserverweilzeit) wurden die Zustrom- und Abstromkonzentrationen abflussgewichtet bilanziert. Anschließend wurde über lineare und multilineare Regressionsmodelle die Abhängigkeit verschiedener Umweltvariablen von den Phosphorbilanzen geprüft, um räumliche und zeitliche Muster der Rücklösung bzw. Retention von Phosphor in Seen zu identifizieren. Die Freizeitnutzung wurde über Umfragen sowie Tweets erfasst, um die Gewässereigenschaften sowie zeitliche und räumliche Nutzungsverteilung zu identifizieren. Norddeutsche Tieflandseen wiesen eine maximale Phosphorretention von 0,07 mg l-1 pro Jahr bzw. 0,94 mg l-1 pro Monat (Maximum im Juni) und eine maximale Phosphorfreisetzung von 0,17 mg l-1 pro Jahr bzw. 0,43 mg l-1 pro Monat (Maximum im August) zwischen 1996 und 2015 auf. Statistisch wurde insbesondere der Einfluss von Sulfat auf die Phosphorrücklösung und von Silikat auf die Phosphorretention in Flussseen und im Sommer deutlich. Das durchschnittliche Besucheraufkommen an den untersuchten Seen zwischen 2011 und 2015 betrug näherungsweise 336 Besuchern pro km² pro Tag im Uferbereich bis 50 m Entfernung um die Seen. Aus den Umfragen 2016 / 2017 ging hervor, dass vor allem Ruhe, Naturbelassenheit und schöne Landschaften erwünscht sind. Die Wasserqualität war vor allem für Schwimmende / Badende von Bedeutung und zeigte in Form des ökologischen Zustands auch einen Einfluss auf die Twitternutzer im Allgemeinen. Insbesondere Flussseen bilden gleichzeitig bedeutende, sommerliche Zentren für Algenwachstum wie auch für Freizeitaktivitäten. / Phosphorus retention and recreational use in northern German lowland lakes were investigated as examples of the connection between regulatory and cultural ecosystem services and water quality in northern German, flowed through lowland lakes. For the evaluation of phosphorus concentrations in the 28 investigated lakes of LAWA types 10 (stratified lakes), 11 (intermixed lakes with long water residence times) and 12 (river lakes with short water residence times), the inflow and outflow concentrations were balanced on a discharge-weighted basis. Subsequently, linear and multilinear regression models were used to test the dependence of various environmental variables on phosphorus balances in order to identify spatial and temporal patterns of phosphorus re-dissolution or retention in lakes. Recreational use was assessed via surveys as well as tweets to identify water body characteristics and temporal and spatial distribution of use. North German lowland lakes showed a maximum phosphorus retention of 0.07 mg l-1 per year or 0.94 mg l-1 per month (maximum in June) and a maximum phosphorus release of 0.17 mg l 1 per year or 0.43 mg l-1 per month (maximum in August) between 1996 and 2015. Statistically, the influence of sulphate on phosphorus re-dissolution and of silicate on phosphorus retention in river lakes and in summer was shown. The average number of visitors at the lakes studied between 2011 and 2015 was approximately 336 visitors per km² per day in the shore area up to 50 m distance around the lakes. From the 2016 / 2017 surveys, it emerged that tranquillity, naturalness and aesthetic landscapes were desired above all. Water quality was particularly important for swimmers / bathers and also showed an influence on Twitter users in general in the form of ecological condition. River lakes in particular form significant summer centres for algae growth as well as for recreational activities.

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