{"id":1022300,"date":"2023-07-31T19:39:27","date_gmt":"2023-07-31T17:39:27","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.otthydromet.com\/?p=1022300"},"modified":"2023-10-18T09:38:17","modified_gmt":"2023-10-18T07:38:17","slug":"universitaet-freiburg-fortschritte-in-der-hydrologie-dank-smartem-datenmanagement","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.otthydromet.com\/de\/universitaet-freiburg-fortschritte-in-der-hydrologie-dank-smartem-datenmanagement\/","title":{"rendered":"Universit\u00e4t Freiburg setzt bei der Hydrometrie auf Smartes Datenmanagement"},"content":{"rendered":"\t\t
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Die Universit\u00e4t Freiburg ist eine der <\/span>f\u00fchrenden<\/span> Universit\u00e4ten in Deutschland und seit 565 Jahren f\u00fcr herausragende Leistungen in Forschung und Lehre bekannt. 23 Nobelpreistr\u00e4ger <\/span>haben <\/span>hier geforscht, gelehrt und\/oder studiert. Professor Markus Weiler, Inhaber des Lehrstuhls f\u00fcr Hydrologie an der Fakult\u00e4t f\u00fcr Umwelt und nat\u00fcrliche Ressourcen erkl\u00e4rt, warum die Fakul<\/span>t<\/span>\u00e4t im Bereich der Forschung einen so guten Ruf genie\u00dft.<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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\u201eWir sind insofern einzigartig, als dass bei uns in der Regel ein Professor eine kleine Abteilung mit 5 bis 20 Doktoranden und anderen Wissenschaftlern leitet. Dasverschafft uns die Kapazit\u00e4t, viele verschiedene Forschungsprojekte durchzuf\u00fchren. Au\u00dferdem erhalten wir ausreichend F\u00f6rderung aus Drittmitteln. Die Abteilung Hydrologie arbeitet derzeit in f\u00fcnf verschiedenen Versuchsgebieten, davon liegt eines im Schwarzwald, eins in l\u00e4ndlicher Umgebung, ein weiteres im st\u00e4dtischen Raum, sowie zwei Wassereinzugsgebiete auf landwirtschaftlich genutzten Fl\u00e4chen. Bei uns laufen stets 10 bis 15 verschiedene Projekte\u201c, so Weiler.<\/p>\n

Bei diesen Forschungsprojekten fallen gro\u00dfe Datenmengen an, die von mehreren Personen \u00fcber lange Zeitr\u00e4ume hinweg gespeichert und verwaltet werden m\u00fcssen. Wichtig ist, dass diese Daten an einem zentralen Ort zug\u00e4nglich sind, damit die Forscher die Daten organisieren und analysieren k\u00f6nnen. Im Jahr 2003 arbeitete Professor Dr. Weiler an der University of British Columbia an der kanadischen Westk\u00fcste. Dort kam er zum ersten Mal mit \u201eAQUARIUS\u201c in Ber\u00fchrung, einer von Aquatic Informatics entwickelten Software zur Datenverwaltung.<\/p>\n

\u201eMir gef\u00e4llt die durchdachte Strukturierung der Daten in Aquarius. Statt sich auf den Sensor zu konzentrieren, setzt Aquarius beim Standort an. Um Datenqualit\u00e4t erkennen zu k\u00f6nnen, braucht man neben den Messwerten, Koordinaten und Zeitstempeln au\u00dferdem Metadaten, z.B. ob wir es mit einer manuellen oder einer digitalen Messung zu tun haben und wie h\u00e4ufig gemessen wurde. Daraus l\u00e4sst sich erkennen, ob ein Sensor defekt ist oder ein Drift vorliegt. Sensordrift, verursacht durch Faktoren wie Umweltverschmutzung, Vibrationen oder extreme Temperaturschwankungen, kann zu ungenauen Messergebnissen f\u00fchren. Mit einer Software wie Aquarius erhalten wir qualit\u00e4tsgesicherte Daten, die die Grundlage f\u00fcr eine gute Analyse bilden\u201c, sagt Professor Dr. Weiler.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Die Software muss zum Projekt passen<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Im Jahr 2012 erhielt der Freiburger Lehrstuhl f\u00fcr Hydrologie einen gro\u00dfen Zuschuss von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), um 10.000 Einzelsensoren in verschiedenen Wassereinzugsgebieten in Luxemburg zu installieren. Gemessen wurden Abfluss, Bodenfeuchte, meteorologische Variablen, Wasserqualit\u00e4t, Grundwasser und Isotope. Zur Verwaltung der gro\u00dfen Datenmengen aus dieser kontinuierlichen \u00dcberwachung nutzen die Forscher Aquarius, wobei die Software spezifisch angepasst wurde, um dem immensen Projektumfang gerecht zu werden.<\/p>\n

\u201eAQUARIUS war zum damaligen Zeitpunkt vor allem f\u00fcr Wasserstandsmessungen, Abfluss- und Qualit\u00e4tsdaten konzipiert. Wir haben daher mit den Softwareentwicklern zusammengearbeitet, um einige neue Messparameter f\u00fcr den Bodenwassergehalt, stabile Isotope und meteorologische Variablen hinzuzuf\u00fcgen\u201c, erinnert sich Dr. Weiler. \u201eAu\u00dferdem haben wir gemeinsam neue Funktionen entwickelt, die es uns erm\u00f6glichen, die Daten so zu verwalten, wie wir sie nutzen wollen. Wir hatten beispielsweise einige Stationen mit mehreren Sensoren, und wir wollten die Metadaten f\u00fcr alle Stationen duplizieren, anstatt jede Station einzeln einzurichten. Die M\u00f6glichkeit, mit dem AQUARIUS-Team zusammenzuarbeiten, um diese Art von Verbesserungen vorzunehmen, war f\u00fcr beide Seiten ein Gewinn.\u201c<\/p>\n

Ein weiterer einzigartiger Aspekt des Lehrstuhls f\u00fcr Hydrologie ist, dass er Teil der Fakult\u00e4t f\u00fcr Umwelt und nat\u00fcrliche Ressourcen ist. Dadurch hat Markus Weiler Zugang zu einem breiten Spektrum an Fachwissen. In die Projekte flie\u00dfen Daten von Wirtschaftswissenschaftlern, Politikwissenschaftlern, Ingenieuren und weiteren Fachleuten. Dieser interdisziplin\u00e4re Ansatz erm\u00f6glicht es, in die Forschungsprojekte viele verschiedene Fachkenntnisse und Perspektiven einzubeziehen, wodurch die Ergebnisse f\u00fcr die Gesellschaft besonders aussagekr\u00e4ftig sind.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Hydrolo<\/span>gisches<\/span> Verst\u00e4ndnis<\/span> verbessert die<\/span> Vorhersagen \u00fcber die Auswirkungen des Klimawandels\u00a0<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Heute arbeitet der Lehrstuhl f\u00fcr Hydrologie an einem gro\u00dfen Projekt zur Verkn\u00fcpfung der Einfl\u00fcsse von Kohlenstoff und Wasser zwischen Waldb\u00e4umen, Boden und Atmosph\u00e4re. Auf einem Hektar verschiedener Waldbest\u00e4nde werden Tausende von Messungen durchgef\u00fchrt. Zur Verwaltung, Qualifizierung und Analyse eines Gro\u00dfteils dieser Daten arbeitet Professor Markus Weiler erneut mit Aquarius. Das Projekt ist komplex, mit vierdimensionalen Messungen, die Sensor- und Probendaten umfassen. Diese werden noch von Studenten gesammelt, doch bald sollen Roboter zum Einsatz kommen, die von der technischen Abteilung entwickelt werden, au\u00dferdem Drohnen zur Messung der Bedingungen im Kronendach, Magnetresonanztomografie (MRI) und Kernspinresonanz (NMR), die eine Analyse des Wasser- und Phloemsaftflusses im gesamten Baumsystem erm\u00f6glicht. Die kontinuierliche NMR ist eine neue Methode, mit deren Hilfe der Transport von Wasser und Kohlenstoff (Isotopen) in B\u00e4umen quantifiziert werden kann. Weiler hofft, dass sie in Zusammenarbeit mit den Aquarius-Entwicklern in die Software integriert werden kann.<\/p>\n

Durch besseres Verst\u00e4ndnis der Kohlenstoff- und Wasserkreisl\u00e4ufe in unseren W\u00e4ldern seien Wissenschaftler eher in der Lage, die Auswirkungen von extremer Hitze, D\u00fcrre und \u00dcberschwemmungen, die die W\u00e4lder auf der ganzen Welt zunehmend bedrohen, pr\u00e4ziser vorherzusagen, sagt Weiler: \u201eDie W\u00e4lder verarbeiten einen Gro\u00dfteil des Kohlenstoffs unseres Planeten. Ihr \u00dcberleben ist auch unser \u00dcberleben. Deshalb m\u00fcssen wir unbedingt verstehen, wie sie funktionieren und wie wir sie angesichts des Klimawandels in den n\u00e4chsten 10, 20, 50 oder 100 Jahren sch\u00fctzen k\u00f6nnen.\u201c<\/p>\n

Ein weiteres Forschungsprojekt, welches kontinuierliches Monitoring erfordert, besch\u00e4ftigt sich mit hydrologischer Vernetzung und wie diese sich auf den Wasserabfluss in Hanglagen und deren Einzugsgebieten auswirkt. Die Universit\u00e4t unterh\u00e4lt 46 Messstellen mit mehreren Sensoren sowie 20 Abflussmessstellen in einem weit verzweigten Gebiet. Gemessen werden u.a. Bodenfeuchte und -temperatur, Wasserstand und -temperatur im Grund- und Oberfl\u00e4chenwasser, Saftstrom, Niederschlag, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und -richtung sowie Globalstrahlung.
\nAll diese Messungen ergeben insgesamt 2.664 Zeitreihen in 5-Minuten-Intervallen. Zus\u00e4tzlich gibt es noch 60 Zeitraffer-Kameras sowie Momentaufnahmen, die in den in Aquarius gespeicherten Standortinformationen festgehalten werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Mithilfe von AQUARIUS k\u00f6nnen die Forscher Daten so ordnen und analysieren, dass sich Zusammenh\u00e4nge zwischen Bodenfeuchte, Grundwasserspiegel, Wasserabfluss und Isotopen herstellen lassen. So gewinnen sie Erkenntnisse dar\u00fcber, wieviel Wasser die Einzugsgebiete speichern, wie das Wasser \u00fcber Raum und Zeit abgegeben wird und wie diese hydrologischen Funktionen zusammenwirken.<\/p>\n

Dieser umfassende Einblick erm\u00f6glicht den Wissenschaftlern genauere Vorhersagen dar\u00fcber, wie Niederschl\u00e4ge sich auf ein Einzugsgebiet auswirken und wie sie die Wasserqualit\u00e4t und die \u00d6kosysteme in Uferbereichen beeinflussen. Da extreme Niederschlagsereignisse immer h\u00e4ufiger auftreten, wird diese Forschung dazu beitragen, die Wechselwirkung zwischen Oberfl\u00e4chen- und Grundwasser auch im Zusammenhang mit Schadstoffeintr\u00e4gen besser zu verstehen.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Der Vorteil von standardisierter Datenverwaltung<\/span><\/span>\u00a0<\/span><\/h3>\n

Bevor die Freiburger Wissenschaftler die Software-Plattform AQUARIUS einf\u00fchrten, wurden Forschungsdaten an verschiedenen Orten gespeichert. Es gab keine Metadaten, um Daten oder Zeitreihen zu definieren und so wurden gesammelte Daten oft wertlos, z.B. wenn die Person wechselte, die \u00fcber diese Informationen verf\u00fcgte. In der Universit\u00e4t Freiburg erkannte man, dass jahrelang wertvolle Informationen verloren gegangen waren, weil Daten an unterschiedlichen Stellen und verschiedenen Formaten gespeichert wurden.<\/p>\n

\u201eWie in den meisten Universit\u00e4ten haben wir viele Datenexperten, die eigene Systeme entwickeln, um Kosten zu sparen. Mit der Zeit haben wir allerdings festgestellt, dass wir unsere Daten sinnvoll strukturieren m\u00fcssen, um den gr\u00f6\u00dften Nutzen daraus zu ziehen und das bedeutet sachkundig im Sinne hydrologischer Expertise. Unsere Methoden, Forschungsanforderungen und Projekte ver\u00e4ndern sich im Lauf der Zeit und Aquarius passt sich an. Es w\u00fcrde wenig Sinn machen, f\u00fcr jede Ver\u00e4nderung ein neues Datenmanagement-System zu entwickeln. Deshalb haben wir uns f\u00fcr diese professionelle Software entschieden, die von Entwicklern gepflegt und optimiert wird\u201c, so Weiler.<\/p>\n

Heute nutzen viele Umwelt\u00fcberwachungsbeh\u00f6rden weltweit Aquarius, um Daten zu erfassen, zu verarbeiten, Modelle zu erstellen und zu informieren. Dabei werden die Eigenschaften und Funktionen auf Grundlage des wertvollen Inputs und der Bed\u00fcrfnisse von Kunden wie Professor Markus Weiler st\u00e4ndig erweitert.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Autorin<\/strong>: Intan Distler ist technische Vertriebsingenieurin bei Aquatic Informatics in Europa. Sie ist auf komplexe Umwelt\u00fcberwachungs-Netzwerke, in denen Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammenflie\u00dfen, spezialisiert. \u00a0 \u00a0\u00a0<\/em><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tMehr erfahren<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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