RoBiMo – Robotergestütztes Binnengewässer-Monitoring

Projekt: RoBiMo – Robotergestütztes Binnengewässer-Monitoring
Projektlaufzeit: 01.01.2020 – 31.12.2022
Mittelgeber: Europäischer Sozialfonds, Sächsische Aufbaubank
Ansprechpartner: M.Sc. Lisa [dot] Jaroschatgeo [dot] tu-freiberg [dot] de (Lisa Jarosch), Prof. Dr. Traugott [dot] Scheyttatgeo [dot] tu-freiberg [dot] de (Traugott Scheytt), Professur für Hydrogeologie und Hydrochemie


Projekt-Logo von RoBiMoDas ESF-Projekt „RoBiMo – Robotergestütztes Binnengewässer-Monitoring“ startete am 01.01.2020 in seine dreijährige Projektlaufzeit. Innerhalb des Projektes sind 4 Nachwuchswissenschaftler verschiedener Fachrichtungen beschäftigt, um das bisherige Monitoring von Binnengewässern zu verbessern. Die Bewahrung der hohen Wasserqualität in Sachsens Gewässern steht durch den Klimawandel mit länger andauernden Trockenperioden, die durch Extremniederschläge unterbrochen werden, und durch Einträge von Nähr- und Schadstoffen vor immer größer werdenden Herausforderungen.

In dem Projekt werden der Schwimmroboter „Elisabeth“ und die modulare Plattform „ferdinand“ soweit ausgestattet, dass eigenständige Befahrungen der Gewässer mit künstlicher Intelligenz möglich sind. Dabei wird eine Kette mit mehreren Multiparametersonden integriert, die in verschiedenen Tiefen gleichzeitig unterschiedliche Wasserparameter erfassen kann. Ebenfalls wird ein Sonar angebracht, welches die Unterwasserstrukturen des Gewässers detektiert und damit die Grundlage für die automatische Pfadplanung des Messsystems darstellt. Auf „ferdinand“ ist außerdem eine Gaskammer eingebaut, die die Aufnahme bzw. Abgabe klimarelevanter Gase, wie CO2, CH4 oder N2O, in und aus dem Gewässer misst.

"Elisabeth" (links) und "ferdinand" (rechts) bei ihrer gemeinsamen Jungfernfahrt am 10.07.2020 (Foto: O. Dreier, TUBAF)

Zu den im Projekt bearbeiteten hydrogeologischen Fragestellungen gehören Veränderungen von physikalischen und chemischen Parametern mit der Zeit innerhalb von Seen. Dabei liegt der Fokus auf der Interaktion zwischen Grund- und Oberflächenwasser. Mit der Sensorkette, der dreidimensionalen Auflösung des Gewässeruntergrunds und dem Einsatz wissenschaftlicher Taucher sollen Grundwasserzutritte erkannt und gezielt untersucht werden. Durch sie werden zum Teil große Mengen an Stoffen eingetragen, die die Chemie und damit die Qualität des Gewässers beeinträchtigen können.

Um eine große Bandbreite der sächsischen Gewässer und ihrer vielfältigen Entstehungsgeschichten abzudecken, wurden zur Befahrung Talsperren und Tagebaufolgeseen unterschiedlicher Entwicklungsstadien ausgewählt. Die ausgewählten Gewässer sind unter anderem:

  • Die Talsperre Klingenberg in der unmittelbaren Umgebung Freibergs wird als Verifizierungsgewässer dienen, da hier im Sommer 2020 drei Masterarbeiten zum Thema der Gewässeratmung durchgeführt wurden. Außerdem liegen umfangreiche Daten der Landestalsperrenverwaltung Sachsen (LTV) vor, die zum Abgleich der gemessenen Daten genutzt werden können.
  • Das Speicherbecken Lohsa I in der Oberlausitz hat 2018 durch trockene und warme Witterungsverhältnisse und dem Eintrag von Stoffen mit dem Grundwasser eine starke Sauerstoffzehrung erfahren, wodurch es zu einem großen Fischsterben kam. In diesem Gewässer soll der Grundwasserzutritt näher quantifiziert werden, um solche Ereignisse vermeiden zu können.
  • Der Störmthaler See im Südraum Leipzig besitzt besonders interessante hydrologische Eigenschaften. Er bildet unmittelbar über dem Grund ein Monimolimnion aus. Dies ist ein Bereich des Sees, der von der meist halbjährlichen Umwälzung ausgeschlossen ist und somit eine eigenständige Entwicklung der Parameter aufweist. Hier gilt es zu untersuchen wie es zu solch einer Bildung kommt (oft sind Grundwasserzutritte eine Ursache), in welchem Bereich des Gewässers es ausgebildet ist und wie sich der Übergang zu Bereichen, die in die Umwälzung integriert sind, gestaltet.
  • Der Cottbuser Ostsee in der Lausitz ist aufgrund der derzeit stattfindenden Füllung interessant. Hier kann untersucht werden wie sich die Wasserparameter während der Entstehung eines Binnengewässers entwickeln, welche Interaktionen es mit dem Kippenmaterial und dem Grundwasser gibt und wie die Wasserbeschaffenheit in unterschiedlichen Bereichen des Sees ist.
  • In den Untersuchungsumfang wurden auch Tagebaufolgeseen aufgenommen, die einer Versauerung durch zufließendes Grundwasser unterliegen. Dazu zählen der Hainer See und auch der Störmthaler See. Diese werden durch die Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH (LMBV) regelmäßig bekalkt, um den pH-Wert in den neutralen Bereich zu heben. Die Maßnahme ist aber meist nur von kurzer Dauer. Hier gilt es zu untersuchen wie die Maßnahmen wirken, wie sich das Neutralisierungsmittel im Gewässer ausbreitet und wo es eventuelle Schwachstellen besitzt.

Innerhalb des Projektes RoBiMo sollen verschiedene hydrogeologische Fragestellungen an unterschiedlichen Gewässern in Sachsen untersucht werden. Dazu werden Methoden der künstlichen Intelligenz und die neuartige Verwendung mehrerer Multiparametersonden angewandt. Mit diesem neuem Messsystem soll es möglich sein Gewässer kontinuierlich zu überwachen und somit seeinterne Prozesse, wie Umwälzung, Grundwassereinfluss und menschliche Eingriffe zu erfassen. Eine bessere Einschätzung der Wasserqualität über die Zeit wird gewährleistet, damit auch in Zukunft die Versorgung mit hochwertigem Wasser möglich ist.

Das Team von RoBiMo zum Kick-Off-Meeting am 15.01.2020 (Foto: U. Ballaschk, TUBAF)Antragsteller: Prof. Dr. rer. nat. Yvonne Joseph
Mitarbeiter:
Lisa Jarosch – Professur für Hydrogeologie und Hydrochemie
Sebastian Pose – Scientific Diving Center, Professur für Technische Thermodynamik
Otto Dreier – Institut für Elektronik- und Sensormaterialien
Eric Röder – Professur für Geochemie und Geoökologie

Alle Informationen, auch zu den anderen Teilprojekten, finden Sie auf der RoBiMo Homepage.