02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Die Quellstärke in der Sickerwasserprognose : Möglichkeiten und Grenzen von Labor- und Freilanduntersuchungen(2010) Mackenberg, Sylvia; Metzger, Jörg W. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)Den Umgang mit kontaminierten Böden und Standorten im Rahmen des Boden- und Grundwasserschutzes regeln in Deutschland das Bundes-Bodenschutzgesetz und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV). Die Durchführung einer Sickerwasserprognose dient der Gefährdungsabschätzung einer Grundwasserkontamination durch Bodenbelastungen. Gemäß der BBodSchV umfasst sie Untersuchungen zur Mobilisierbarkeit von Stoffen durch das Bodensickerwasser sowie eine Transportbetrachtung der gelösten Stoffe bis zum Ort der Beurteilung, die Grenze zwischen der ungesättigten und der gesättigten Bodenzone. Neben dieser bundesweit geltenden Verordnung existieren landesinterne Regelungen sowie Verfahrensvorschläge in der Baustoffbranche zum Umgang mit Baustoff und Recyclingprodukten. Allen Fragestellungen gemein ist die Abschätzung der im Sickerwasser gelösten Stoffkomponenten sowie ihrer Konzentrationen nach dem Passieren eines kontaminierten Materials, was als Quellstärke bezeichnet wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Aussagen über die Vergleichbarkeit der in diesen Testverfahren erzielbaren Ergebnisse abzuleiten. Weiterhin stand die potenzielle Übertragbarkeit von Ergebnissen, die in Laborversuchen zur Bestimmung der Quellstärke im Rahmen einer Sickerwasserprognose ermittelt werden, auf reale Verhältnisse im Fokus der Untersuchungen. Basierend auf einer Beurteilung der Praxisrelevanz der einzelnen Laborverfahren sollte abschließend ein Verfahrensvorschlag zur Bestimmung der Quellstärke erarbeitet werden: In Batchversuchen wurden der Einfluss des Wasser-Feststoffverhältnisses (WFV) auf die qualitative und quantitative stoffliche Zusammensetzung des Eluats sowie die potenzielle Mobilisierbarkeit von Schadstoffe untersucht. Die Erhöhung des WFV bei anorganischen Stoffkomponenten führte in der Regel zu einer Verringerung der Stoffkonzentration. Im Gegensatz dazu wurden bei Materialien, die mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) kontaminiert waren, unabhängig vom jeweiligen WFV immer konstante PAK-Konzentrationen gemessen. Vergleichbare Ergebnisse wurden in Laborsäulenversuchen bei voller Wassersättigung erzielt. Aufgetragen über das WFV nehmen die Konzentrationen der meisten anorganischen Stoffkomponenten bei stationären Versuchsbedingungen mit zunehmender Versuchsdauer ab. Die PAK-Konzentrationen wiesen konstante Werte auf. Im Rahmen der Untersuchungen zum Einfluss der Schichthöhe wurde die absolute Kontaktzeit zwischen dem Eluat und dem Untersuchungsmaterial (Aufenthaltsdauer des Eluats in der Säule) variiert. Bei gleichem WFV entstanden keine Konzentrationsunterschiede aufgrund einer größeren Schichthöhe. Auch die Verringerung der Flussrate und damit eine Erhöhung der spezifischen Kontaktzeit (direkter Kontakt zwischen Eluat und Bodenmatrix pro Wegstrecke) führte bei anorganischen Schadstoffen nur in wenigen Fällen zu einer Konzentrationsänderung. Für PAK wurden unterschiedliche Ergebnisse in Abhängigkeit des pH-Werts erzielt. Bei einem pH-Wert von 8 wurde eine Konzentrationsabnahme um mehrere Größenordnungen registriert, bei einem pH-Wert von 12 zeigte sich keine Änderung der Konzentration. Diese Unterschiede wurden auf mikrobiologische Aktivität bei einem pH-Wert von 8 zurückgeführt, die in einem basischen Milieu weitestgehend unterbunden wird. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Laboruntersuchungen auf Feldsituationen beurteilen zu können, wurden Versuche mit Laborlysimetern und Freilandsäulen unter Teilsättigung durchgeführt. Für PAK führen Laborversuche häufig zu einer Überschätzung des Gefährdungspotenzials, da ein biologischer Abbau bei vollständiger Wassersättigung stark gehemmt wird. Die im Labor ermittelten Konzentrationen anorganischer Stoffkomponenten stimmten größenordnungsmäßig mit den Konzentrationen der Freilandversuche überein. Infolge natürlich wechselnder Niederschläge und Temperaturschwankungen wichen die im Freiland gemessenen Konzentrationen bei gleichem WFV immer wieder von den Konzentrationen der Laborversuche unter stationären Bedingungen ab. Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen wurde ein Vorschlag für ein praktisches Verfahren zur Bestimmung der Quellstärke ausgearbeitet, der die Aspekte Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität der Durchführung, insbesondere im Hinblick auf eine akzeptable Versuchsdauer, vereint. Das stufenweise Vorgehen unterscheidet zwischen Materialien die mit anorganischen Schadstoffen bzw. Materialien die mit PAK belastet sind. Zu Beginn der Quellstärkebestimmung von Materialien mit anorganischen Schadstoffen stehen einfache Batchversuche. In Abhängigkeit der daraus erzielbaren Ergebnisse folgen gegebenenfalls Laborsäulenuntersuchungen mit variierbaren Fließbedingungen. Die Quellstärke PAK-haltiger Materialien wird in Abhängigkeit ihres jeweiligen pH-Werts ebenfalls anhand einfacher Batchversuche oder anhand von aufwändigeren Laborsäulenuntersuchungen mit einer Wasserteilsättigung der eingebauten Materialschicht ermittelt.Item Open Access Microbial biostabilization in fine sediments(2022) Gerbersdorf, Sabine Ulrike; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Microbial biostabilization has increasingly received attention over the last years due to its significance for the dynamics of fine sediments in fluvial and coastal systems with implications for ecology, economy and human-health. This habilitation thesis highlights the contributions of the applicant and her team to this multi-disciplinary research area and is based on eight core publications that are presented in seven chapters. First, the topic of biofilm and biostabilization is introduced and second, the materials and methods applied are presented before own research findings are discussed. To start with, the stabilization potential of heterotrophic bacterial assemblages has been emphasised as well as the adhesive properties of the protein moieties within the EPS (extracellular polymeric substances) that are more significant than previously thought. Furthermore, the engineering potential of estuarine prokaryotic and eukaryotic assemblages has been studied separately and combined to reveal the effective cooperation of mixed biofilm that resulted in highest substratum stabilization although the effects were not clearly synergistic (=more than additive). The significance of biostabilization could be evidenced as well for freshwaters where highest adhesive capacity and sediment stability occurred during spring. Microbial community composition differed accordingly to result in mechanically highly diverse biofilm. Moreover, the importance of two of the most influential abiotic conditions, light intensity and hydrodynamics, was shown for biofilm growth, species composition and functionality - here biostabilization. In order to test adhesive properties at the relevant mesoscale (mm-cm) but non-destructively and highly sensitive, MagPI (Magnetic Particle Induction) has been applied. The last chapter concerns technical aspects to further improve its performance while demonstrating the impact of material and geometry and the importance of both, magnetic field strength and field gradient for the physics of the MagPI approach.Item Open Access Long-term lumped projections of groundwater balances in the face of limited data(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Ejaz, Fahad; Nowak, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access High order interactions among environmental variables : diagnostics and initial steps towards modeling(2013) Rodríguez Fernández, Jhan Ignacio; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)In the field of geostatistics and spatial statistics, variogram based models have proved a very flexible and useful tool. However, such spatial models take into account only interdependencies between pairs of variables, mostly in the form of covariances. In the present work, we point out to the necessity to extend the interdependence models beyond covariance modeling; we summarize some of the difficulties arising when attempting such extensions; and propose an approach to address these difficulties.Item Open Access Bedload transport estimation in mountainous intermittent rivers and streams(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2023) Sadid, Najibullah; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Rivers and streams with the flow, sediment, and habitat seasonality are termed as intermittent rivers and streams (IRS). IRS are the main water bodies in arid and semi-arid regions of the world but are also found in the temperate and humid environment, where they are particularly draining headwater streams. Thus, a large part of headwater streams in the mountainous regions behave as intermittent water bodies, where the steep channel slope and a wide variety of sediment sizes add to their hydrosedimentological complexity. Bedload transport as an important sedimentological characteristic of mountainous IRS and essential for planning sediment management strategies, is far from being well understood. Often the knowledge of lowland perennial rivers is adapted to steep IRS, which may lead to an overestimation of bedload transport mainly due to the overestimation of near-bed flow characteristics. Despite the development of numerous methods for modifying near-bed flow parameters for steep IRS such as Double-averaging of Navier-Stokes equation and flow resistance methods modifications for steep IRS, their application is limited to small domains and laboratory conditions. In this research, the flow resistance, main determinant of near-bed flow characteristic is estimated using a regime channel approach. In this approach, the flow resistance is estimated on reach-scale based on the channel’s regime dimension, slope and bankfull discharge assuming an IRS is in regime state (equilibrium condition). A channel’s regime state represents a long-term average characteristic of a river and does not significantly change over time. A channel reach of a constant slope develops a certain flow resistance during its regime state development to resist the change imposed by bankfull discharge and maintain a specific regime geometry, slope, and sediment grain size. 2D- hydromorphological computer simulations are employed to simulate the development of channel regime state for several cases of initial geometries, slopes, and grain sizes by steering the flow resistance. This modifies the riverbed shear stress by the ratio of total flow resistance to grain resistance also known as relative flow resistance µ in order to account for flow energy dissipation on resistance sources such as macro-roughness elements (MRE), and bedforms. Alternatively, two cases of MRE as a main flow resistance inducer is built as non-erodible trapezoidal shapes (i) randomly distributed over the channel bed, and (ii) arranged in cascade bedforms are used in regime channel simulations. MRE protects the channel by reducing the exposed riverbed to erosion and changing the flow characteristics in their vicinity. Regime channel simulations are performed on artificial channels of initial slopes between 0.0% to 10% and initial dimensions of 5.5 m x 200 m and 16.5 m x 200 m resembling a fixed (laboratory) and an extended-width (natural wide channel) condition. Three channel slope combination cases representing a natural channel reach which can be composed of one or more constant slope stretch are also studied beside single slope channels. Steady state simulations are performed for six sediment grain size (GSD) sets, which cover a wide spectrum of naturally occurring sediment sizes. The simulation results show a power-law relationship between µ and regime channel slopes for all channel dimensions, reach combinations, GSD, initial slopes and with (R1) and without sediment feeding (R). The increase in relative flow resistance (µ) with regime channel slope is well reproduced in form of bedforms. Regime channels developed step-pool to cascade bedforms for steep slopes and plane- to riffle bed for gentle slopes channels. The relationship between µ and regime slope derived using regime channel simulation approach exhibits good agreement with some field measurement of flow resistance for mountainous rivers and streams. The approach is applied on two IRS case studies with observed data in Kabul River basin, Afghanistan to estimate bedload transport. The relative flow resistance resulted from models calibration showed good agreement with those derived from test channels regime development simulation. The outcome of channel regime simulation with presence of MRE as geometrical shapes produced a logarithmic-law with a horizontal asymptote relationship between MRE concentrations and channel regime slopes. Similar results are also reported from flume experiments that the ratio of drag to total shear stress increases rapidly when the MRE are sufficiently distant. Regime channels develop micro-channels around MRE, where the bulk of bedload transport occur. For MRE arrangements as cascades, the results show a power-law relationship between channel regime slope and step-pool dimensions λ = LD/DB. The results obtained are in good agreement with field measurement of naturally occurring and artificially built λ relationship with SR. Future studies can further enrich the validation of this approach by applying it to other study sites. Present modelling tools have their limitations when dealing with strong geometries which is often the case for mountain rivers, therefore, improvement in modelling techniques is required to flexibly deal with abrupt changes in riverbed geometry for instance when implementing MRE as main flow resistance inducer.Item Open Access Einsatz gekoppelter Modelle und Wetterradar zur Abschätzung von Niederschlagsintensitäten und zur Abflussvorhersage(2007) Marx, Andreas; Bárdossy, András (Prof. Dr. Dr.)In der vorliegenden Studie wurden zwei Zielsetzungen verfolgt: (1) die Realisation und der Test eines gekoppelten Meteorologie-Hydrologie Abflussvorhersagesystems und (2) die Ableitung einer Z/R-Beziehung zur Berechnung von Niederschlagsintensitäten R aus Radarreflektivitäten Z. Die Studien wurden im Ammereinzugsgebiet mit einer Fläche von 609 km2 bis zum Pegel Weilheim in Südbayern durchgeführt. Gemessene Abflussdaten wurden genutzt, um mit Vorwärtssimulationen des hydrologischen Modells WaSiM flächendifferenzierte, stündliche Niederschlagsfelder abzuschätzen. Dazu wurden die Koeffizienten einer dreiteiligen Z/R-Beziehung so lange verändert, bis ein Minimum des Nash-Sutcliffe-Kriteriums, basierend auf Abflussbeobachtung und -simulation über einen dreimonatigen Zeitraum, erreicht wurde. Die so kalibrierte Q-Z/R-Beziehung hat in der Validierung mit Niederschlagsstationsdaten gute Ergebnisse gezeigt, hohe Niederschlagsintensitäten werden allerdings unterschätzt. Die Vorteile der hier erstmalig angewandten Methode im Vergleich zu Aneichungsverfahren an Stationsdaten sind die Möglichkeit, auch Daten geringer Niederschlagsintensitäten nutzen zu können und die Ausschaltung des Problems der Repräsentativität einer Punktmessung für eine umgebende Fläche. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass Radarniederschlagsdaten erfolgreich über einen dreimonatigen Zeitraum in kontinuierlichen Abflusssimulationen eingesetzt werden können. Der Aufbau eines Hochwasservorhersagesystems wurde durch die Ein-Wege-Kopplung des meteorologischen Modells WRF mit dem hydrologischen Modell WaSiM realisiert. Es wurden umfangreiche Studien auf Basis der Vorhersagen des Augusthochwassers 2005 durchgeführt. Dazu zählen die Auswirkungen unterschiedlicher GFS-Eingangsdaten, Höhenmodelle und Parametrisierungen für grid- und subgridskaligen Niederschlag, Planetarische Grenzschicht und den Stoff- und Energieaustausch zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre. Der zeitliche Verlauf der Hochwasservorhersage wurde durch fünf 72-stündliche Wettervorhersagen mit jeweils um zwölf Stunden versetzte Initialisierungszeitpunkte bis einen Tag vor dem Erreichen der maximalen Pegelstände untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass mit dem gekoppelten Modellsystem Extremereignisse modelliert werden können. Die Validierung erfolgte mit 13 Vorhersagen für zwei Abflussereignisse im Sommer 2001. Es konnte gezeigt werden, dass das Abflussvorhersagesystem die effektive, 48-stündliche Hochwasservorwarnung im Ammereinzugsgebiet ermöglicht. Die Vorhersage des exakten Zeitpunktes und der Abflussmenge des Hochwasserscheitels kann mit den heute verfügbaren Methoden jedoch nicht erreicht werden.Item Open Access Wasserinfiltration in die ungesättigte Zone eines makroporösen Hanges und deren Einfluss auf die Hangstabilität(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2016) Germer, Kai; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Hangrutschungen stellen in besiedelten Regionen eine große Gefahr dar, weil nicht selten direkt bewohnte Bereiche betroffen sind. Aber auch die Rutschungsauswirkungen auf die Infrastruktur wie Verkehrswege und Versorgungseinrichtungen können der Gesellschaft Schaden zufügen. Zum einen ergibt sich im Zusammenhang mit Hangrutschungen und allgemein Massenbewegungen das Betätigungsfeld der direkten Stabilisierung und Verhinderung von Rutschungen durch beispielsweise Tiefdrainagen und aufwendige ingenieursbauliche Maßnahmen. Zum anderen, und das ist Gegenstand dieser Arbeit, ergibt sich das Tätigkeitsfeld der grundlagenorientierten Forschung, um die Prozesse, die zu Hangrutschungen führen, besser verstehen zu können. Mit dem Heumöser Hang in Österreich (Vorarlberg), einem sich sehr langsam bewegenden Großhang (Kriechhang), liegt ein Untersuchungsobjekt vor, an dem vielfältige hydrologische Prozesse stattfinden, die schon über mehrere Jahre hinweg untersucht wurden. Die Untersuchungen resultierten in der Hypothese, dass sich am Heumöser Hang entwickelnder Makroporenfluss zu schnellen hydraulischen Veränderungen im Innern des Hangkörpers führe. Die hydraulischen Veränderungen zeigen sich insbesondere in starken Porenwasserdruckanstiegen (unter anderem in einem gespannten Grundwasserleiter), die teilweise in der Tiefe des Hanges zu Auftriebskräften führen, die den Hang destabilisieren, so dass dieser sich schubweise insgesamt etwa ein bis zwei Dezimeter im Jahr talwärts bewegt. Zum Erarbeiten des Prozessverständnisses bezüglich des Zusammenhanges zwischen Infiltration und Hangstabilität wurden große Bodenproben vom Hang im Labor untersucht und Experimente an zwei technischen Modellen durchgeführt. Mit der vorgestellten Vorgehensweise und der Separierung der Untersuchungen und Experimente konnten für den Heumöser Hang relevante hydrologische und mechanische Teilaspekte erarbeitet werden, die verknüpft die Hangbewegungshypothese in weiten Teilen bestätigen können. Insbesondere bestätigten die Messungen an den originären Bodenproben vom Heumöser Hang, dass der Makroporenfluss so dominant sein kann, dass potentiell schneller Porenwasserdruckanstieg in der Tiefe erzeugt werden kann. Dennoch kann ein Makroporenfluss generell insbesondere bei trockenen Matrixbedingungen vermindert werden. Die Verminderung des Makroporenflusses wurde anhand von Experimenten mit Sand gezeigt. Der Prozess des Wassertransfers von Makropore zu umgebender Matrix ist im Sand sehr deutlich zu sehen. Darüber hinaus konnten bei Bodensäulen- und Bodenprobenexperimenten viele methodische Herangehensweisen getestet und verglichen werden. Weil im Vorfeld der Untersuchungen schon abgeschätzt wurde, dass nur mit größeren Proben eine für den Standort bessere Repräsentativität der Ergebnisse erhalten werden kann, wurde besonders viel Wert auf die Methodik der Großprobennahme gelegt. So ist in der vorgestellten Arbeit ein neuartiger Ansatz zur Großprobennahme entwickelt worden, bei dem die Proben ungestört frei gelegt wurden und mit Haushaltsfolie, Montageschaum und Außenmodulen eingehüllt wurden. Nur die Großprobennahme garantierte ein Mindestmaß an Erfassung von Heterogenitäten und Bodenstrukturen im Dezimeterbereich, wie z.B. Makroporen und Risse. Auch die laboratorischen Versuchsaufbauten zur Anwendung der Multi-Step-Outflow- und Evaporationsmethode an den Großproben wurden einmalig größenangepasst entwickelt.Item Open Access Water balance modeling using remote sensing information : focus on Central Asia(2010) Gafurov, Abror; Bárdossy, András (Prof. Dr.)The whole Central Asian population is dependent on water resources stored as solid in high mountains and feed the population in summer. The agriculture in Central Asia is possible only by irrigating the land in regular basis. The water for it comes from snow and glacier melt in high mountains. Thus, it is important to estimate possible water stored in mountains during planting season to better plan agricultural activities in summer. As an example, the year of 2002 or 2007 were drought years with extreme shortages of water for iriigation purposes, but the agricultural activities were planned as usual. As a consequence, the agricultural yeild has reduced very much so that it had an e ffect on the economy of countries. Another essential aspect for the importance of water balance modeling in this region is ongoing large reservoir construction plans that should mainly serve as energy generator for Central Asian population. In order to carry out such large projects, detailed hydrological studies are very important that should help to define the location or the size of the reservoir to be constructed. Such activities will continue in the future as population is increasing and the demand for energy as well as for water will be increasing. For the reasons mentioned above, water balance modeling studies are very essential for Central Asia. These studies require data availability to be representative in quality and quantity. Data availability for such studies in this region is limited. It is limited also due to very heterogeneous topography of the region where environmental parameters have their spatial heterogeneity as well. Nowadays, remote sensing has become one of the very promising alternative data sources for such regions with limited data availbility. The advantages of remote sensing information is that this data is spatially distributed and it is based on true reflection of surface properties of each spatial scale which can be better than inter-or extrapolated data for modeling purposes. For these reasons, testing the possibility of applying remote sensing information for water balance studies in data limited regions such as Central Asia was a challenge to this study. The main objective of this research is to carry out water balance study for mountainous regions with data limited conditions using remote sensing information. This study will be focused on the use of mainly snow cover information from remote sensing that can be integrated for hydrological modeling studies. Additionally, possibility of air temperature estimation using remote sensing Land Surface Temperature (LST) will also be investigated. Available, but few station data will be used for the validation of remote sensing information. These two parameters are most important environmental parameters in Central Asia where snow and glacier melt according to available energy (temperature) dominates summer discharge in rivers. The main open question arising from the motivation for this study can be devided into two parts: - how can we compensate data gaps in data scarce regions in mountainous areas? - can remote sensing information be used in water balance modeling purposes in Central Asia?Item Open Access Investigations on urban river regulation and ecological rehabilitation measures : case of Shenzhen River in China(2014) Zhang, Jin; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)River systems, as a major component of the water environment, have the most interactions with human beings in many ways, especially along with social development and population growth, as well as the intense utilization of the river systems by humans, a series of major ecological environmental problems have arisen in recent years. Therefore, river system regulation and management has become a crucial focus point of research. Although the integrated river management is the preferred and most commonly accepted method that is applied in water resources management, a significant problem is that there is a shortage of integrated river ecological research which focuses specifically on urban rivers. The current problems governing urban river regulation and ecological status rehabilitation can be summarised into the following points: The definitions of urban and rural rivers are still not clarified; Interactions between urban and rural rivers are neglected; Need for an applicable mapping method for driving the urban river health index; Limited availability of input data sources, especially in the developing world for assessment and management of environmental problems. This research aims to study on the above addressed issues, to clarify the characteristics of urban rivers and to find an applicable method of assessing their health status. In this PhD research, the identification of urban and rural river reaches is studied as the first main purpose, a generic conceptual model namely the Urban-Rural River Continuum Identification System (URRCI) is developed. Reference of this system is to review the classification of urbanization, in order to distinguish whether the surveyed river section belongs to urban river or rural river, and further to solve the problem of the unclear definition of urban rivers. The second important issue has been addressed in this PhD research is to focus on urban river regulation, aiming to set up an advanced urban river ecological health assessment system which can be applied easily. The case study area of Shenzhen River in China has been selected to build up the database in order to establish and prove this new improved river health assessment system, and simulate effective rehabilitation measurements scenarios. The fuzzy logic approach is integrated into the fish habitat model CASiMiR, which is developed at the University of Stuttgart, Institute for Modelling Hydraulic and Environmental Systems, and is receiving a continuously growing acceptance in Europe and worldwide. The customized tool took advantage of an existing fuzzy inference calculator, which is integrated within the ArcGIS, thereby allowing direct data integration from various geospatial sources as input parameters and the presentation of output in the form of spatial and temporal maps. Indeed, the system of fuzzy rules (rulebase) can contain more than one input and one output parameter. The interaction between the urban river reach and the rural river reach is also identified as the third addressed objective. The integrated health status index is generated for both the urban and rural reaches base on the ArcGis based simulation. One expression is developed to calculate the health index for each of the urban and rural river stretches which are identified by the urban-rural river continuum identification system. The study on the Urban/Rural river interaction helps to find out what the thresholds of these main parameters in the urban river reach are, so that the urban river will not bring any stress onto the whole river system, which will affect the habitat suitability, and the most important is to lead a direction on the specific influenced plot and effective rehabilitation measures. As the last main objective of this PhD research, several mitigation scenarios are planned for the simulation of river rehabilitation. From the assessment of the urban/rural river ecological health status, bank/bed protection and riparian vegetation are the two parameters which have the most influence. Removal of bank protection and the enhancement of riparian vegetation have been carried out as the river rehabilitation measures individually and combined as well, from a comparison of the enhanced integrated river health index for each urban/rural stretch with different fuzzy membership functions, we can see that when the integrated fish suitability index has more weight in the river’s ecological health assessment system, the subsequent river ecological rehabilitation measures have less impact. When the integrated fish suitability index, bank protection and riparian vegetation have equal importance in the river’s ecological health assessment system, river enhancement is more effective. On the other hand, parameters related to the water body itself refer more to the stands of hydraulics and hydrology, which are not easy to change. So in this research they are not considered for improvement. The implementation in Shenzhen River shows that the advanced urban/rural River Ecological Health Assessment System was successfully established. It is easy to use and interpret since it adopts the standard governing parameters of river health that are widely accepted all over the globe. This approach allows rapid scenario analysis for large regions and has the potential to be used as a practical tool for the assessment of urban river ecological health by policy-makers and scientists.Item Open Access Technical note: Space-time statistical quality control of extreme precipitation observations(2022) El Hachem, Abbas; Seidel, Jochen; Imbery, Florian; Junghänel, Thomas; Bárdossy, AndrásInformation about precipitation extremes is of vital importance for many hydrological planning and design purposes. However, due to various sources of error, some of the observed extremes may be inaccurate or false. The purpose of this investigation is to present quality control of observed extremes using space–time statistical methods. To cope with the highly skewed rainfall distribution, a Box–Cox transformation with a suitable parameter was used. The value at the location of a potential outlier is estimated using the surrounding stations and the calculated spatial variogram and compared to the suspicious observation. If the difference exceeds the threshold of the test, the value is flagged as a possible outlier. The same procedure is repeated for different temporal aggregations in order to avoid singularities caused by convection. Detected outliers are subsequently compared to the corresponding radar and discharge observations, and finally, implausible extremes are removed. The procedure is demonstrated using observations of sub-daily and daily temporal resolution in Germany.
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