@misc{JackischAngermannAllroggenetal.2017,
  author    = {Jackisch, Conrad and Angermann, Lisa and Allroggen, Niklas and Sprenger, Matthias and Blume, Theresa and Tronicke, Jens and Zehe, Erwin},
  title     = {Form and function in hillslope hydrology},
  series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  journal   = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  number    = {665},
  issn      = {1866-8372},
  doi       = {10.25932/publishup-41918},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-419188},
  pages     = {27},
  year      = {2017},
  abstract  = {The study deals with the identification and characterization of rapid subsurface flow structures through pedo- and geo-physical measurements and irrigation experiments at the point, plot and hillslope scale. Our investigation of flow-relevant structures and hydrological responses refers to the general interplay of form and function, respectively. To obtain a holistic picture of the subsurface, a large set of different laboratory, exploratory and experimental methods was used at the different scales. For exploration these methods included drilled soil core profiles, in situ measurements of infiltration capacity and saturated hydraulic conductivity, and laboratory analyses of soil water retention and saturated hydraulic conductivity. The irrigation experiments at the plot scale were monitored through a combination of dye tracer, salt tracer, soil moisture dynamics, and 3-D time-lapse ground penetrating radar (GPR) methods. At the hillslope scale the subsurface was explored by a 3-D GPR survey. A natural storm event and an irrigation experiment were monitored by a dense network of soil moisture observations and a cascade of 2-D time-lapse GPR "trenches". We show that the shift between activated and non-activated state of the flow paths is needed to distinguish structures from overall heterogeneity. Pedo-physical analyses of point-scale samples are the basis for sub-scale structure inference. At the plot and hillslope scale 3-D and 2-D time-lapse GPR applications are successfully employed as non-invasive means to image subsurface response patterns and to identify flow-relevant paths. Tracer recovery and soil water responses from irrigation experiments deliver a consistent estimate of response velocities. The combined observation of form and function under active conditions provides the means to localize and characterize the structures (this study) and the hydrological processes (companion study Angermann et al., 2017, this issue).},
  language  = {en}
}
@misc{BaroniZinkKumaretal.2017,
  author    = {Baroni, Gabriele and Zink, Matthias and Kumar, Rohini and Samaniego, Luis and Attinger, Sabine},
  title     = {Effects of uncertainty in soil properties on simulated hydrological states and fluxes at different spatio-temporal scales},
  series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  journal   = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe},
  number    = {545},
  issn      = {1866-8372},
  doi       = {10.25932/publishup-41917},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-419174},
  pages     = {20},
  year      = {2017},
  abstract  = {Soil properties show high heterogeneity at different spatial scales and their correct characterization remains a crucial challenge over large areas. The aim of the study is to quantify the impact of different types of uncertainties that arise from the unresolved soil spatial variability on simulated hydrological states and fluxes. Three perturbation methods are presented for the characterization of uncertainties in soil properties. The methods are applied on the soil map of the upper Neckar catchment (Germany), as an example. The uncertainties are propagated through the distributed mesoscale hydrological model (mHM) to assess the impact on the simulated states and fluxes. The model outputs are analysed by aggregating the results at different spatial and temporal scales. These results show that the impact of the different uncertainties introduced in the original soil map is equivalent when the simulated model outputs are analysed at the model grid resolution (i.e. 500 m). However, several differences are identified by aggregating states and fluxes at different spatial scales (by subcatchments of different sizes or coarsening the grid resolution). Streamflow is only sensitive to the perturbation of long spatial structures while distributed states and fluxes (e.g. soil moisture and groundwater recharge) are only sensitive to the local noise introduced to the original soil properties. A clear identification of the temporal and spatial scale for which finer-resolution soil information is (or is not) relevant is unlikely to be universal. However, the comparison of the impacts on the different hydrological components can be used to prioritize the model improvements in specific applications, either by collecting new measurements or by calibration and data assimilation approaches. In conclusion, the study underlines the importance of a correct characterization of uncertainty in soil properties. With that, soil maps with additional information regarding the unresolved soil spatial variability would provide strong support to hydrological modelling applications.},
  language  = {en}
}
@misc{WienhoeferGermerLindenmaieretal.2009,
  author    = {Wienh{\"o}fer, Jan and Germer, Kai and Lindenmaier, Falk and F{\"a}rber, Arne and Zehe, Erwin},
  title     = {Applied tracers for the observation of subsurface stormflow at the hillslope scale},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-45246},
  year      = {2009},
  abstract  = {Rain fall-runoff response in temperate humid headwater catchments is mainly controlled by hydrolo gical processes at the hillslope scale. Applied tracer experiments with fluore scent dye and salt tracers are well known tools in groundwater studies at the large scale and vadose zone studies at the plot scale, where they provide a means to characterise subsurface flow. We extend this approach to the hillslope scale to investigate saturated and unsaturated flow path s concertedly at a forested hill slope in the Austrian Alps. Dye staining experiments at the plot scale revealed that crack s and soil pipe s function as preferential flow path s in the fine-textured soils of the study area, and these preferenti al flow structures were active in fast subsurface transport of tracers at the hillslope scale. Breakthrough curves obtained under steady flow conditions could be fitted well to a one-dimensional convection-dispersion model. Under natural rain fall a positive correlation of tracer concentrations to the transient flows was observed. The results of this study demon strate qualitative and quantitative effects of preferential flow feature s on subsurface stormflow in a temperate humid headwater catchment. It turn s out that , at the hill slope scale, the interaction s of structures and processes are intrinsically complex, which implies that attempts to model such a hillslope satisfactorily require detailed investigation s of effective structures and parameters at the scale of interest.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Voss2005,
  author    = {Voß, Frank},
  title     = {Integrierte Modellierung von Durchflussdynamik und salinarer Stofftransportprozesse unter Ber{\"u}cksichtigung anthropogener Steuerungen am Beispiel der Unstrut},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-6403},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Durch die Stilllegung der Kali-Gewinnung und -Produktion zwischen 1990 und 1993 sowie die begonnene Rekultivierung der Kali-R{\"u}ckstandshalden haben sich die Salzfrachteintragsbedingungen f{\"u}r die Fließgwew{\"a}sser im "S{\"u}dharz-Kalirevier" in Th{\"u}ringen zum Teil deutlich ver{\"a}ndert. Aufgrund erheblich geringerer Salzeintr{\"a}ge in die Vorfluter Wipper und Bode ist es m{\"o}glich geworden, zu einer {\"o}kologisch vertr{\"a}glichen Salzfrachtsteuerung {\"u}berzugehen. Die Komplexit{\"a}t der zugrunde liegenden Stofftransportprozesse im Einzugsgebiet der Wipper macht es jedoch unumg{\"a}nglich, den Steuerungsvorgang nicht nur durch reine Bilanzierungsvorg{\"a}nge auf der betrachteten Steuerstrecke zu erfassen (so wie bisher praktiziert), sondern auch die Abflussdynamik im Fließgew{\"a}sser und den Wasserhaushalt im Gebiet mit einzubeziehen. Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen zum einen einer Vertiefung der Prozessverst{\"a}ndnisse und der Interaktion von Wasserhaushalt, Abflussbildung sowie Stofftransport in bergbaubeeinflussten Einzugsgebieten am Beispiel der Unstrut bzw. ihrer relevanten Nebenfl{\"u}sse. Zum anderen sollen sie zur Analyse und Bewertung eines Bewirtschaftungsplanes f{\"u}r die genannten Fließgew{\"a}sser herangezogen werden k{\"o}nnen. Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines prognosetauglichen Steuerungsinstrumentes, das f{\"u}r die Bewirtschaftung von Flusseinzugsgebieten unterschiedlicher Gr{\"o}ße genutzt und unter den Rahmenbedingungen der bergbaubedingten salinaren Eintr{\"a}ge effektiv zur Steuerung der anthropogenen Frachten eingesetzt werden kann. Die Quellen der anthropogen eingeleiteten Salzfracht sind vor allem die R{\"u}ckstandshalden der stillgelegten Kaliwerke. Durch Niederschl{\"a}ge entstehen salzhaltige Haldenabw{\"a}sser, die zum Teil ungesteuert {\"u}ber oberfl{\"a}chennahe Ausbreitungsvorg{\"a}nge direkt in die Vorfluter gelangen, ein anderer Teil wird {\"u}ber die Speichereinrichtungen gefasst und gezielt abgestoßen. Durch Undichtigkeiten des Laugenstapelbeckens in Wipperdorf gelangen ebenfalls ungesteuerte Frachteintr{\"a}ge in die Wipper. Ein weiterer Eintragspfad ist zudem die geogene Belastung. Mit Hilfe detaillierter Angaben zu den oben genannten Eintragspfaden konnten Modellrechnungen im Zeitraum von 1992 bis 2003 durchgef{\"u}hrt werden. Durch die Ausarbeitung eines neuartigen Steuerungskonzeptes f{\"u}r das Laugenstapelbecken Wipperdorf, war es nun m{\"o}glich, die gefasste Haldenlauge entsprechend der aktuellen Abflusssituation gezielt abstoßen zu k{\"o}nnen. Neben der modelltechnischen Erfassung der aktuellen hydrologischen Situation und der Vorgabe eines Chlorid-Konzentrationssteuerzieles f{\"u}r den Pegel Hachelbich, mussten dabei weitere Randbedingungen (Beckenkapazit{\"a}t, Beckenf{\"u}llstand, Mindestf{\"u}llstand, Kapazit{\"a}t des Ableitungskanals, usw.) ber{\"u}cksichtigt werden. Es zeigte sich, dass unter Anwendung des Steuerungskonzeptes die Schwankungsbreite der Chloridkonzentration insgesamt gesehen deutlich verringert werden konnte. Die {\"U}berschreitungsh{\"a}ufigkeiten bez{\"u}glich eines Grenzwertes von 2 g Chlorid/l am Pegel Hachelbich fielen deutlich, und auch die maximale Dauer einer solchen Periode konnte stark verk{\"u}rzt werden. Kritische Situationen bei der modelltechnischen Frachtzusteuerung traten nur dann auf, wenn Niedrigwasserverh{\"a}ltnisse durch die Simulationsberechnungen noch untersch{\"a}tzt wurden. Dies hatte deutliche {\"U}berschreitungen der Zielvorgaben f{\"u}r den Pegel Hachelbich zur Folge. Mit Hilfe des Steuerungsalgorithmus konnten desweiteren auch Szenarienberechnungen durchgef{\"u}hrt werden, um die Auswirkungen zuk{\"u}nftig zu erwartender Salzfrachten n{\"a}her spezifizieren zu k{\"o}nnen. Dabei konnte festgestellt werden, dass Abdichtungsmaßnahmen der Haldenk{\"o}rper sich direkt positiv auf die Entwicklung der Konzentration in Hachelbich auswirkten. Durch zus{\"a}tzlich durchgef{\"u}hrte Langzeitszenarien konnte dar{\"u}ber hinaus nachgewiesen werden, dass langfristig eine Grenzwertfestlegung auf 1,5 g Chlorid/l in Hachelbich m{\"o}glich ist, und die Stapelkapazit{\"a}ten dazu ausreichend bemessen sind.},
  subject      = {Hydrologie},
  language  = {de}
}