Hydrogeologische Matser- und Diplomarbeitsthemen
(Studiengang Geologie und Geoökologie)
Der erste Gutachter steht an erster Stelle, die eigentliche
Betreuung der jeweiligen Diplomarbeit liegt aber bei der Person, die unterstrichen
ist. Daher auch an diese wegen Rückfragen wenden. Aus gegebenem Anlaß
wird darauf verwiesen, das DA in Firmen und Ämtern nur nach Zustimmung
des Prüfungsauschusses und des 1. Gutachters möglich sind. Diplomarbeiten
mit Kartierung können im Regelfall auch ohne Kartierung und damit auch
von Geoökologen gemacht werden.
Investigation of Climate Variability and its impact
on the hydrological response of the Lake Urema Wetland/Mozambique
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Supported by Gorongosa National Park, Additional funding required covering
international travel costs (e.g. DAAD)
Supervisors: Broder J. Merkel, Franziska Steinbruch (Gorongosa Park Administartion)
Grundwassermodell Alazan-Eyrichay Tal, Azerbaijan
Aus dem Molassebecken des Kaukasus sollen 5 m3/s Grundwasser entnommen
werden für die Wasserversorgung der Hauptstadt Baku am Kaspischen Meer.
Dazu ist für das ca. 50 x 15 km grosse Gebiet ein dreidimensionales Grundwasserströmungsmodell
zu erstellen. Als Software kommt Viusal Modflow Professional zum Einsatz.
Die für das Modell notwendigen Daten sind teilweise bereits erfasst und
liegen digital vor.
Die Erfassung zusätzlicher Informationen (Grundwasserstände- und
Drücke an artesisch gespannten Messstellen, Probenahme für wasserchemische
Analysen und Isotopen) erfordern eine Anwesenheit in Azerbaijan von ca. 2
Monaten. Die Flugkosten, sowie Unterbringung und Verpflegung im Camp des deutschen
Consulting werden übernommen.
Betreuer: Prof. Broder Merkel, NN CES Consulting Engineers Salzgitter GmbH
Unteruchungen zur Geothermalen Nutzung im Bereich von
Panarea, Äolische Inseln, Italien
Trotz eines vorhandenen geothermischen Potebtials wird zur Zeit auf
Panarea so gut wie keine geothermische Energie genutzt. Daher soll im Rahmen
der DA geklärt werden, welches Potential vorhanden ist und Vorschläge
erarbeitet werden, wie ein Nutzung möglich ist, ohne das das submarine
Geothermalfeld von Panarea dadurch beeinflusst wird.
Betreuer: Prof. Merkel, Dr. Franco Italiano (INGV, Palermo)
Hydrogeologische Untersuchungen am Tailing Schneckenstein,
Erzgebirge
Basierend auf 4 Diplomarbeiten, die hier schon durchgeführt wurden, sollen
Wasser-, Boden- und Moosproben genommen werden und hinsichtlich Uran, Arsen
und weiterer Elemente mittel ICP-MS untersucht werden. Dabei sollen auch die
Bindungsformen einzelner Elemente mittels LS-ICP-MS Kopplung untersucht werden.
Betreuer: Prof. Merkel, Dr. Kummer, Dipl. Geol Preusser (Aquaterra GmbH Dresden)
Analyses of land use changes, surface and river runoff,
and sediment fluxes in the Nhandugue River Basin in Central Mozambique. More
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Supported by Gorongosa National Park, Additional funding required covering
international travel costs (e.g. DAAD)
Period: Fieldwork during rainy season (Jan-Mar 2010)
Supervisors: Broder J. Merkel, Franziska Steinbruch (Gorongosa Park Administartion)
Change detection on geothermal features
Yellowstone National Park ist eines der aktivsten Geothermalgebiete
weltweit. Seit 2002 beobachten wir im Rahmen von bislang drei Diplomarbeiten
über Luftbildaufnahmen Veränderungen an geothermalen Strukturen,
vor allem im Bereich aktiver Störungszonen. Ein Gebiet, für das
wir 2002 und 2006 jeweils einen Status-Quo erfasst haben, ist Ragged Hills
im Norris Geyser Basin (ca. 200 x 700 m). Bislang wurden die Luftbilder von
einem Helium-Fesselballon aus ca. 50 bis 80 m Höhe aufgenommen. Jedes
Luftbild deckt dabei ca. 40 x 60 m ab. Da der Ballon nicht aktiv gesteuert
werden kann, ist die Verarbeitung der Luftbilder zu einem einheitlichen Mosaik
zeitaufwendig und erfordert für die Größe des Gebietes ca.
120 Referenzpunkte. Interne Verzerrungen wurden manuell über tie points
ausgeglichen. In Zukunft sollen die Befliegungen mit einem Helium gefüllten
Zeppelin durchgeführt werden, der von Diplomanden von Prof. Rehkopf (Fak
. 4) entwicklet wurde. Im Moment stehen ein Mosaik von 2003 und 2006 zur Verfügung.
Hierfür und zukünftige Mosaiks gilt es nun einen geeigneten Algorithmus
zu finden, der es ermöglicht, automatisch die Stellen zu finden, an denen
sich signifikante Veränderungen ergeben haben. Dazu müssen geeignete
Verfahren (neuronale Netzwerke, Baysches Krigingetc.) getestet und adaptiert
werden.
Beginn: Sofort
Betreuer: Prof. Merkel, Prof. Planer-Friedrich (Uni Bayreuth)
Untersuchungen zur Messung des Redoxpotentials in
natürlichen Wässern
Aufgabe ist es Redoxmessungen an Grundwässern durchzuführen.
Dazu steht ein Messsystem für die kontinuierliche Vorort-Registrierung
von Redoxpotential, pH, Sauerstoff und Temperatur zur Verfügung. Die
Messungen an den ausgewählten natürlichen Grundwässern werden
Vorort in der Durchflusszelle durchgeführt, um Transporteinflusse zu
verhindern. Parallel dazu werden redoxsensitive Species in den untersuchten
Wässern bestimmt. Die Kinetik soll in Abhängigkeit zum Vorhandensein
von Mikroorganismen untersucht werden. Eine Vorbehandlung der Wässer
erfolgt zudem in Parallelversuchen durch die Verwendung von Ozongas oder UV-Strahlung.
Die Interpretation der Ergebnisse erfolgt mit thermodynamischen und kinetischen
Ansätzen (PHREEQC). Ziel ist es, eine Handlungsanweisung für die
Messung von Redoxpotentialen zu erstellen. Es ist ein anspruchvolles und innovatives
Thema mit Praxisbezug, denn die Handhabung der Redoxmessung in der Praxis
ist mehr als unbefriedigend.
Betreuer: Prof. Merkel, Dipl. Geol. W. Gezahegne
Nutzung von CO2 zur Sanierung saurer Tagebaurestseen
in der Lausitz
Durch den etwa 100 Jahre praktizierten Braunkohlebergbau in der Lausitz entstehen
viele Tagebauseen mit extrem sauren Charakter. Mit der geplanten Flutung dieser
Tagebauseen mit Oberflächenwasser gelingt es in den kommenden 10 bis 20 Jahren
nicht, einen guten ökologischen Zustand gemäß Wasserrahmenrichtlinie (Richtlinie
2000/60/EG) zu gewährleisten.
Damit gewinnen technische Maßnahmen zur Behandlung dieser Wasserkörper und
Altbergbaumassive (Säurequellen) zunehmend mehr an Bedeutung. Mit dem Einsatz
kalkhaltiger Produkte wie Kalkmilch, Kalkhydrat, Dolomit, Kraftwerksasche
usw. kann mit dem Einsatz von CO2 verbunden mit einem höheren Wirkungsgrad
durch Lösungsvermittlung ein wirksamer Hydrogencarbonatpuffer im Tagebausee
aufgebaut werden. Mit dem abströmenden Seewasser in das Grundwasser wird CO2
in den Untergrund eingebracht und kann hier z.B. als Siderit (FeCO3)
oder Calcit (CaCO3) festgelegt werden. Auf diese Weise kann ein
Beitrag zur Bindung des Treibhausgases CO2 geleistet werden, wenn
entsprechende Bedingungen bei der Anwendung des Verfahrens eingehalten werden.
Im Rahmen dieser Arbeit, die in dem BMBF Forschungsprojekt CDEAL eingebunden
ist, sind folgende Teilaufgaben zu lösen:
- Bewertung des Säurepotentials eines exemplarisch ausgewählten Tagebausees
der Lausitz für die kommenden 20 Jahre
- Laborversuche zur Verwendung von CO2 als Alkalinitätspuffer
in Verbindung mit CaO und Eisenhydroxiden unterVerwendung von Originalwasser,
originalsedimenten und technischem CO2 in verschiedenen Mischungen
- Batchversuche in Flaschen
- Säulenversuche mit kleinen Glassäulen
- Modellierung der Laborversuche unter Berücksichtigung der chemischen
Thermodynamik und der Kinetik mittels PHREEQC
Betreuer: Prof. Merkel / Dipl. Geol. Mandy Schipek
Grundwasserneubildung
im Freiberger Gneis (Hydrogeologisches Versuchsfeld)
Aufgabenstellung: Mit Hilfe von Saugkerzen
sollen in regelmäßigen Zeitinterallen Sickerwässer aus verschiedenen
Tiefen gewonnen und analysiert. Vorgesehen sind Beregnungsversuche, um gezielt
bestimmte Infiltrationsbedingungen zu schaffen und die Reaktion darauf in
der ungesättigten Zone zu studieren. Die
Ergebnisse werden zusammen mit Daten der meteorologischen Meßstation
(incl. Eddy-Flux-Anlage), Tensiometerwerten und Feuchtegehaltsbestimmungen
mittels FDR-Sonden interpretiert und dargestellt.
Betreuer: Prof. Merkel,
NN
Uran-Gehalte in Oberflächen- und Bergbausickerwässern
Die Gehalte an Uran in Oberflächenwässern und Abflusswässern von Uran- und
anderen Bergwerkshalden können in weiten Grenzen schwanken. Im Hinblick auf
eine zu erfolgende Festlegung eines Grenzwerts für Uran in Wässern (Trink-,
Oberflächen- und Haldensickerwässer) ist die am Institut bestehende Uran-Analytik
auszubauen. Dazu soll die Verwendung fester Extraktionsmittel (sog. Festphasen-Extraktion)
untersucht werden. Die Vorteile der Festphasen-Extraktion werden in der einfachen
und sauberen Handhabung, dem geringen Chemikalien-Verbrauch und der Robustheit
gesehen, die die Methode als Feldmethode geeignet erscheinen läßt. Der/die
Bearbeiter/in wird die Tauglichkeit der Festphasen-Extraktion von Uran aufbauend
auf der am Institut vorhandenen Analytik testen. Hierzu werden kommerziell
erhältliche Komponenten (Silikat-Scheiben und Exraktionsmittel Piroxicam)
verwendet. Die Tauglichkeit des Verfahrens für die im Institut bearbeiteten
Bereiche Trinkwasser und Minensickerwässer wird an Hand mehrerer in der Literatur
beschriebener Varianten der Festphasen-Extraktion vergleichend untersucht.
Mit dem Verfahren werden anschießend Minensickerwässer, Oberflächen- und Trinkwässer
(je nach Ergebnis der Tauglichkeit des Verfahrens) auf ihren Uran-Gehalt hin
untersucht und die ermittelten Uran-Konzentrationen hydrogeologisch interpretiert.
Betreuer: Prof. Merkel / Dr. Kummer
Sorptionsversuche zur Beschreibung des Konkurrenzverhaltens
von Metallen und Organika mit Hilfe eines hydrogeochemischen Programms
Aufgabenstellung: Es soll die Sorption von verschiedenen Schwermetallen
in Konkurrenz zueinander und die Wechselwirkung mit organischen Sorbenten in
Säulenversuchen untersucht werden. Dazu muß zunächst ein Versuchskonzept
erstellt werden. Die Säulenanlage ist vorhanden. Als thermodynamisches
Programm soll PHREEQC verwendet werden
Betreuer: Prof. Dr. B. Merkel, Dr. Kummer
Hydrogeologisches Modell des Freiberger Grubenreviers.
Aufgabenstellung: Es soll ein konzeptionelles und numerisches Grundwassermodell
(basierend auf dem DARCY-Ansatz) des Freiberger Bergbaureviers erstellt werden
und unter verschiedenen Randbedingungen stationär kalibriert werden. Zur Abschätzung
der Durchlässigkeiten sollen die Grubenrisse unterhalb des Rothschönberg
Stollens hinsichtlich bergbaulicher Auffahrungen und ausgeerzter Bereiche ausgewertet
werden. Bei der Modellierung soll insbesondere auch die Wärmeverteilung
und der Wärmetransport sowie der Austrag von Metallen und Sulfat soweit
dies möglich ist berücksichtigt werden. Es sind Archivdaten und Grubenrisse
insbesondere im Bereich unterhalb des Rothschönberger Stollens auszuwerten.
Die Ergebnisse von diversen Kartierungen DA und Dissertationen sind zu berücksichtigen.
Eigene Untersuchungen beinhalten einen Tracerversuch (Eingabe und Überwachung
der Messpunkte), Wasserprobenahmen, Durchflussmessungen und Analytik sowie die
Ermittlung des unterirdischen Einzugsgebietes,.Eine Kartierung kann in die DA
integriert werden (GIS-Darstellung des konzeptionellen Modells in TNT-mips oder.
Darstellungung GoCAD)
Betreuer: Prof. Dr. B. Merkel, NN
Hydrodynamische Untersuchung im gefluteten Reiche Zeche
Schacht/Freiberg und Modellversuch zur Tracerausbreitung
Kurzbeschreibung: Die Erzlagerstätte Freiberg bildet den Zentralteil eines
Polymetall-Gangerz-Sulfidlagerstättenreviers mit einer Ausdehnung von 20 km
in N-S-Richtung und etwa 6 km in E-W-Richtung. Ab Mitte des 12. Jhr. begann
der Erzabbau, der mit einigen zeitweiligen Unterbrechungen bis 1969 anhielt.
Seit 1971 ist das etwa 1000 m tiefe Grubengebäude bis zu einer Teufe von 230
m geflutet, der darüber liegende Teil ist noch befahrbar. Es wird angenommen,
dass ein wesentlicher Teil des Grubenwassers über den Schacht Reiche Zeche in
den Rothschönberger Stollen abfließt und somit zu einer Erhöhung der Elementfracht
beträgt. Eine quantitative Aussage zu den Abflussmengen mit ca. 21 Mio m3/a
kann zum jetzigen Zeitpunkt nur abgeschätzt werden. Auf Grundlage der Ergebnisse
von bisherigen Forschungsarbeiten im Reiche Zeche Schacht soll zur Klärung der
hydrodynamischen Verhältnisse im Schacht ein Multitracerversuch durchgeführt
werden. Zum Einsatz werden Uranin und Mikrosphären kommen. Ein weiteres Teilziel
besteht in der Untersuchung der Abflussmengen des Grubenwassers über den Rothschönberger
Stollen. Darüber hinaus soll in einem Modellversuch bestimmt werden, wie sich
Uranin bei der Zugabe mit einer Traceraufgabesonde LydiA verhält.
Betreuer: Merkel, B.; NN
Abschätzung der Grundwassergefährdung mittels
Fuzzy-Logik
Aufgabenstellung: Mit Hilfe des hybriden GIS TNTMips soll unter Verwendung von
Fuzzy-Logik ein interaktives System erstellt werden, mit dem der Anwender für
einen auszuwählenden Schadstoff die Grundwassergefährdung an einer
bestimmten Stelle eines Kartenauschnittes abschätzen kann. Dazu sind die
Basisdaten (DGM, Bodenkarte, geologische Karte, meteorologische Parameter) für
ein Testgebeit aufzubereiten. Ein vorhandenes Konzept zur numerischen Beschreibung
der Schadstoffmigration ist im Hinblick auf die Fuzzy-Logik zu erweitern.
Betreuer: Prof. Merkel, Prof. Nähter
GIS gestütze 3D-Modellierung der Schadstoffverteilung
in Böden und Sedimenten in urbanen Gebieten
Aufgabenstellung: In urbanen Siedlungsgebieten mit vielfältigen Kontaminationen
stellt die planerische Ausweisung von Kontaminationen und ihre Einstufung in
die LAGA-Klassen Z0, Z1, Z2 etc. ein großes Problem dar. Daher soll ein
System konzipiert und erstellt werden, daß die Ermittlung und 3D-Darstellung
auf Basis von punktförmigen Aufschlüssen (Bohrungen) ermöglicht.
Dabei soll geprüft werden, ob Fuzzy-Logik integriert werden kann.
Betreuer: Prof. Merkel, Prof. Schaeben, Dipl. Geol. Roland Preußer
Vergleich der Bestimmung des anorganischen Kohlenstoff mittels
TIC versus Ks- und Kb Bestimmung
Aufgabenstellung: Die Bestimmung der Kohlenstoffspecies im Wasser gehört
zu den Vorortparametern, da es sehr schnell zu Veränderungen zum Beispiel
durch Entgasung kommen kann. Die gängige Methode (Titration von Ks- und Kb-Wert)
ist stärker fehlerbehaftet als bisher angenommen. Daher soll die Methode mit
Hilfe der TIC-Bestimmung über nichtdispersive Infrarotbestimmung von CO2 überprüft
werden. Dazu soll am hydrogeologischen Messfeld und aus anderen noch zu identifizierenden
Grundwassermessstellen Wasser mit unterschiedlichen Pumpen (Grundfos Unterwasserpumpe
und MP1) und unterschiedlichen Methoden (freier Auslauf, gegen Druck) gewonnen
werden. Anschließend erfolgt sofort die Titration unter verschiedenen
Randbedingungen (mit und ohne Abdeckung, Kb-Wert durch Titration und Vorlage
eines Überschusses an Lauge und Rücktitration mit Säure) jeweils
mit Hilfe einer pH-Elektrode. dabei soll aufgezeigt werden, welcher Fehler auftritt,
wenn der End-pH-Werte jeweils um 0.1 respektive 0.2 pH-Einheiten über-
oder unterschritten wird. Zudem soll zumindest an ausgesuchten Proben die gesamt
Titrationskurve aufgenommen werden.Zusaätzlich zu den Titration des Ks-
und Kb-Wertes wird der DOC und TIC mittels NDIR-Spektrometrie bestimmt.Bei den
Probennahmen sind jeweils zusaätzliche Proben für Lagerungsversuche
zu nehmen und zwar sollen Lagerzeiten von 1, 2, 3 und 4 Wochen untersucht werden,
und zwar bei Lagerung im Kühlschrank und bei Raumtemperatur. Diese Proben
sind zudem zur Häfte zu filtrieren (0,2 µm) und zur Hälfte unfiltriert
zu lagern. Nach den Lagerungszeiten werden die Titrationen und DOC/TOC-Bestimmungen
wie oben beschrieben durchgeführt. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt
nach statistischen Gesichtspunkten und mittels PHREEQC.
Betreuer: Prof. Dr. B. Merkel, Dr. Kummer
