Forschungsbereiche

Problemstoffe in der Umwelt

Tracerverfahren zur Erforschung von Problemstoffen in der Umwelt

Verschiedene Problemstoffe gelangen in den Wasserkreislauf und stellen ein nur schwer abschätzbares Risiko für Wasserressourcen und Umwelt dar. Wir verwenden Referenztracer um stellvertretend das Gefährdungspotential von diesen Stoffen abzuschätzen und Möglichkeiten zur Risikominderung aufzuzeigen. So dienen gegenwärtig verschiedene Fluoreszenztracer als Referenz für Pestizide in Hinblick auf Sorption, Lichtabbau und biologischen Abbau in künstlichen Feuchtflächen und anderen Mulden und Rigolen-Systemen. Verschiedene Typen von Feuchtflächen werden verglichen und in ihrer Effizienz maximiert. Insbesondere bietet sich die Möglichkeit einer Kombination von Hochwasserschutz und ökologischem Pestizidabbau an.

Projekte: ArtWET | MUTReWa

Tracerversuch mit dem Fluoreszenzfarbstoff Rhodamin-WT
um die Effizienz einer Feuchtfläche zu bestimmen

Tracer- und Isotopenhydrologie

Automatisches System zur in-situ-Messung stabiler Wasserisotope
in Bodenwasser und Verdunstung

Die Arbeitsgruppe Tracerhydrologie untersucht eine Vielzahl von hydrologische Systeme mit natürlichen und künstlichen Tracern (Markiersstoffe) und arbeitet an der Entwicklung neuer Tracermethoden insbesondere für stabilen Isotope. Unter den natürlichen Tracern werden mit den stabilen Isotopen des Wassers hydrologische Prozesse (Verdunstung, Grundwasserneubildung, Abflussbildung, Pflanzenwasseraufnahme) und Komponenten des Wasserkreislaufes untersucht (Abflusskomponenten, Oberflächen- und Grundwasser). Mit natürlichen Radionukliden und Spurengasen wird direkt die Verweilzeit und Altersstruktur von Wasser im Wasserkreislauf ermittelt. Diese Informationen werden für konkrete Forschungsaufgaben und Anwendungen z.B. in der Altlastenuntersuchung eingesetzt.
 

Abflussbestimmung mittels künstlicher Tracer in großen Fließgewässern

Sensornetzwerke und innovative Messsysteme

Thermalbildaufnahmen einer Feuchtfläche in die wärmeres Wasser einströmt

In vielen Forschungsprojekten steht eine innovative Instrumentierung und Messmethodik im Vordergrund, um mit sogenannten „wireless sensor networks“ und anderen innovativen Systemen eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung der Messung von hydrologischen Phänomenen zu ermöglichen. Dadurch können wir die Komplexität und eventuell vorhandene Muster ursächlicher Prozesse besser erkennen, visualisieren und in Modelle einbinden.
Wir entwickeln und testen auch andere innovative Systeme, um zum Beispiel Schneeprozesse zu beobachten (SnoMoS – snow monitoring station), automatische Abflussmessungen mittels der Verdünnungsmethode (ADiGS) durchzuführen oder wir wenden neue Methoden (Thermalkameras, Zeitrafferaufnahmen) an um deren Potential in der Hydrologie zu testen.
 

Snow monitoring station (SnoMoS) im Geländeeinsatz und deren Aufbau

Präferentielle Fließsysteme

In der Natur findet die Wasserbewegung im Boden und im Untergrund sehr häufig in präferentiellen Fließwegen statt. Diese präferentiellen Fließwege können Klüfte, Regenwurmkanäle, Schwundrisse oder vieles mehr sein. Sie haben jedoch gemeinsam, dass deren Relevanz und die vorkommenden Fließprozesse noch nicht verstanden sind und wir Probleme haben, deren Auswirkungen auf den Stofftransport und die Wasserbewegung vorherzusagen. Wir wissen, dass dieses präferentielle Fließen sehr wichtig ist, aber uns fehlen noch die geeigneten Experimente, Modelle und Informationen um sie zu nutzen. Simulation eines preferentiellen Abfluss-Fließnetzes bei Zwischenabfluss (Weiler und McDonnell, 2007)

Urbane Hydrologie

In der Vergangenheit hat sich die Hydrologie nur im Ausnahmefall mit der Hydrologie in urbanen Gebieten beschäftigt. Jedoch haben dezentrale Maßnahmen zur Regenwasserbewirtschaftung und die Vorgaben, dass Städte eine natürliche Wasserbilanz anstreben sollten dazu geführt, dass hydrologische Methoden und Modelle mehr und mehr in den Städten eingesetzt werden. Wir haben einerseits in der Stadt Freiburg eine Vielzahl von Experimenten durchgeführt und Messungen installiert, um die komplexe Wasserbewegung und Speicherung zu verstehen und die Erfahrungen in hochauflösenden Modelle zu integrieren.

Projekte: Vauban | Wasig