A total of 27 existing measures of stormwater management were studied across scales from building level (vegetated buildings, rainwater use) to city quarter level (infiltration, de-paving, artificial lakes and streams, decentralised treatment) and catchment level (centralised treatment, storage). For each measure, the same performance indicators were quantified based on literature, monitoring and simulation results regarding six potential benefits (water/energy saving potential, improvement of landscape quality, increase in biodiversity, reduced urban heat exposure, improvement of groundwater and surface water bodies), indirect resource use (life cycle assessment) and direct cost. Results show that each measure has its strengths and weaknesses. Thus, it is expected that different combinations of measures will lead to increased benefits for different locations/settings. The developed measurebenefit/cost-matrix may support the finding of such improved combinations and is currently tested in a research project regarding its potential for problem-oriented urban planning in Berlin, Germany.

Im Rahmen eines Planspiels wurden für ein Stadtquartier Kombinationen der Regenwasserbewirtschaftung erstellt und wissenschaftlich bewertet. Die verwendete Methode kombiniert dazu lokale Bedingungen (Problemlage, Machbarkeit von Maßnahmen und lokale Ziele) mit einer Bewertung von 27 Einzelmaßnahmen hinsichtlich ihrer vielfältigen Effekte. Die Ergebnisse zeigen zunächst, dass eine skalenübergreifende Kombination von Maßnahmen vom Gebäude bis zum Kanaleinzugsgebiet ein großes Potenzial für die Verbesserung der städtischen Umwelt (Gewässer und Biodiversität) und Lebensqualität (Stadtklima, Freiraumqualität, Nutzen auf Gebäudeebene) hat. Die verwendete Methode erwies sich als gut geeignet für die Auswahl effektorientierter (und machbarer) Maßnahmen und für deren gezielte Platzierung in Problemräumen. Die Erfahrungen zeigen aber auch, dass die Methode optimiert werden muss, um eine bestimmte Zielerreichung (z.B. Kostenrahmen oder Einleitbeschränkung) während der Planung zu berücksichtigen.

Im Fokus des Projektes "Mikrobielle Verockerung in technischen Systemen" standen neutrophile und acidophile Eisenbakterien, die in Leitungen, Brunnen und an und in Pumpen vorkommen und dort Ablagerungen unlöslicher Eisenverbindungen verursachen. In Brunnen, werden diese Ablagerungsprozesse, die den Zustrom behindern und damit die Brunnenleistung mindern, auch als Brunnenalterung bezeichnet. Nach derzeitigem Stand des Wissens weisen in Deutschland dabei rund 80% der gealterten Brunnen biochemisch induzierte Eisenablagerungen auf (Houben & Treskatis 2002). Die Wiederherstellung der Brunnenleistung im Rahmen von Regenerierungen und präventiven Instandhaltungsmaßnahmen ist ressourcen- und energieintensiv, so dass ein besseres Verständnis der Schlüsselparameter und Lebensbedingungen der Eisenbakterien hilft, den Brunnenbetrieb und die Instandhaltungsmaßnahmen zu optimieren und die Brunnenalterung zu reduzieren. Das Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) war einer von insgesamt 14 Verbundprojektpartnern in dem interdisziplinären Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern. In Teilprojekt 5 standen Probenahmen von Berliner Betriebsbrunnen und das Datenmanagement des Gesamtprojektes im Mittelpunkt der Arbeiten. Inhaltlich knüpften die Felduntersuchungen an das von den Berliner Wasserbetrieben (BWB) initiierte und am KWB koordinierte Forschungsprojekt WELLMA (für 'well management') an. Wesentliche Aufgabe des KWB war der frühzeitige Transfer der bei den Forschungspartnern erarbeiteten Ergebnisse in die Betriebspraxis bei den Berliner Wasserbetrieben (Teilprojekt 6). Dazu wurden Brunnen und Unterwassermotorpumpen aus der Trinkwassergewinnung der BWB durch die Projektpartner der TU Berlin (Teilprojekte 1a und 1b) hinsichtlich des Vorhandenseins und der Zusammensetzung biochemisch induzierter Eisenablagerungen untersucht. Neben Belagsproben von Pumpen bei Instandhaltungsarbeiten wurden dabei auch tiefenorientierte, zielgerichtete Proben aus dem Innenrohr (Vollrohr und Filterrohr) von Brunnen sowie Ablagerungsproben aus Steig- und Rohwassersammelleitungen entnommen und mikrobiologisch und chemisch untersucht. Eigene Feldarbeiten des KWB umfassten daneben in-situ-Messungen des Redoxpotentials im nahen Umfeld eines Brunnens sowie in-situ-Messungen der Feststofffracht (Trübung) in Abhängigkeit betrieblicher Randbedingungen. Wesentliche Ziele waren die Identifizierung von Schlüsselparametern zum Verständnis der Prozesse der Eisenverockerung und -rücklösung und die Quantifizierung des sich daraus ergebenden Verbesserungspotentials im Betrieb und der Instandhaltung aus dem Bezug der Untersuchungen auf die wasserchemischen, baulichen und betrieblichen Eigenschaften der untersuchten Brunnen. Im Ergebnis wurden von März 2012 bis September 2013 Pumpen aus 26 von geplanten 30 Brunnen beprobt. Zu deren Auswertung wurden drei Cluster unterschieden: (i) Brunnen, bei denen die Pumpen stark eisenverockert waren (ii) Brunnen ohne sichtbare Eisenverockerung, aber mit Biofilmen und (iii) Brunnen mit sauberen Pumpen. Der Abgleich mit im Rahmen von Instandhaltungsarbeiten erfolgten Kamerabefahrungen bestätigte einen Zusammenhang zwischen der Stärke der Verockerung der Pumpe und dem Vorhandensein und der Stärke von Ablagerungen im Filterrohrbereich.Schlüsselparameter aus statistisch belastbaren Zusammenhängen zwischen den Eisenbakterien-Gemeinschaften, den chemisch-mineralogischen Ockereigenschaften und den wasserchemischen, baulichen und betrieblichen Parametern konnten jedoch nicht herausgearbeitet werden, da die Diversität der beteiligten Eisenbakterien höher als vermutet war und sich selbst direkt benachbarte Brunnen mit ähnlichen Eigenschaften hinsichtlich der Ocker stark unterschieden. Auch stellten die Probenahmen immer nur Momentaufnahmen der zeitlich hochvariablen Anströmbedingungen dar.

Emerging subsurface activities (ESA) describe a set of methodologies and technologies using the earths subsurface for energy production or capture and storage of carbon dioxide. The earth’s heat is used as a clean source of energy (deep geothermal systems, DGS), process-related CO2 emissions can be stored in suitable geological formations (geological CO2 storage, GCS) and since the technique of horizontal drilling was developed, the exploitation of unconventional reserves of natural gas via hydraulic fracturing (shale gas extraction, SGE) expanded. At the same time, 97% of global freshwater resources are stored in the earth's subsurface, too, so that exploitation interests may come into conflict with the issue of groundwater and environmental protection. Main objective of deliverable D 3.1 of the COSMA-1 project therefore was to identify best practices of monitoring for geological carbon storage, deep geothermal systems and shale gas extraction projects with special focus on groundwater protection. Chapter 2 summarizes current groundwater monitoring standards, including monitoring network designs for emission-based (operators) and immission-based (water suppliers) monitoring. It further presents an identification of hazards related to ESA and a brief overview about the state of regulation. Finally, knowledge gaps concerning groundwater protection are identified. Chapters 3 to 5 describe for each of the above-named types of ESA the project stages and according monitoring needs and methods. Main target was to identify the key parameters and monitoring network designs ensuring reliable groundwater monitoring. As the most relevant hazards were drilling fluids, fracking fluids and brine migration as well as the mobilisation of methane, and the most likely pathways are leakages due to insufficient well integrity, for all three ESA types, pressure, temperature and TDS were recommended as key monitoring parameters. For shale gas extraction, in addition methane emission should be monitored. Key to any monitoring is i) the baseline sampling prior to the start of subsurface activities and ii) the adequate delineation of the area of review. All further monitoring to be implemented base on site-specific considerations and the authorities’ priorities. In any case, monitoring network should include the up-gradient, down-gradient and depth component. Monitoring wells and equipment should cover the full extension of horizontal bores and additional wells should be placed above potential pathways for fluid (or brine) migration as e.g. fault systems. The use of abandoned wells for monitoring is also recommended. The conception of appropriate monitoring strategies has further to be coordinated with the competent authorities, which have to control the compliance with all requirements. Therefore, site operator and water producer should report their monitoring plans and data at regular intervals to the competent authorities. The findings were summarized by transferring them to a risk management matrix following the Water Safety Plan (WSP) approach (WHO 2009). For shale gas extraction, deliverable D 3.2 will add specific mitigation measures to reduce the previously identified risk of negative impacts on shallow groundwater. Geological carbon storage was further investigated by means of the development of a coupled model for a theoretical case study site in the North-Eastern German Basin in the scope of work package 2 of the COSMA-project (D 2.3).