@phdthesis{Munz2017,
  author    = {Munz, Matthias},
  title     = {Water flow and heat transport modelling at the interface between river and aquifer},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404319},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {XIII, 123},
  year      = {2017},
  abstract  = {The functioning of the surface water-groundwater interface as buffer, filter and reactive zone is important for water quality, ecological health and resilience of streams and riparian ecosystems. Solute and heat exchange across this interface is driven by the advection of water. Characterizing the flow conditions in the streambed is challenging as flow patterns are often complex and multidimensional, driven by surface hydraulic gradients and groundwater discharge. This thesis presents the results of an integrated approach of studies, ranging from the acquisition of field data, the development of analytical and numerical approaches to analyse vertical temperature profiles to the detailed, fully-integrated 3D numerical modelling of water and heat flux at the reach scale. All techniques were applied in order to characterize exchange flux between stream and groundwater, hyporheic flow paths and temperature patterns. The study was conducted at a reach-scale section of the lowland Selke River, characterized by distinctive pool riffle sequences and fluvial islands and gravel bars. Continuous time series of hydraulic heads and temperatures were measured at different depths in the river bank, the hyporheic zone and within the river. The analyses of the measured diurnal temperature variation in riverbed sediments provided detailed information about the exchange flux between river and groundwater. Beyond the one-dimensional vertical water flow in the riverbed sediment, hyporheic and parafluvial flow patterns were identified. Subsurface flow direction and magnitude around fluvial islands and gravel bars at the study site strongly depended on the position around the geomorphological structures and on the river stage. Horizontal water flux in the streambed substantially impacted temperature patterns in the streambed. At locations with substantial horizontal fluxes the penetration depths of daily temperature fluctuations was reduced in comparison to purely vertical exchange conditions. The calibrated and validated 3D fully-integrated model of reach-scale water and heat fluxes across the river-groundwater interface was able to accurately represent the real system. The magnitude and variations of the simulated temperatures matched the observed ones, with an average mean absolute error of 0.7 °C and an average Nash Sutcliffe Efficiency of 0.87. The simulation results showed that the water and heat exchange at the surface water-groundwater interface is highly variable in space and time with zones of daily temperature oscillations penetrating deep into the sediment and spots of daily constant temperature following the average groundwater temperature. The average hyporheic flow path temperature was found to strongly correlate with the flow path residence time (flow path length) and the temperature gradient between river and groundwater. Despite the complexity of these processes, the simulation results allowed the derivation of a general empirical relationship between the hyporheic residence times and temperature patterns. The presented results improve our understanding of the complex spatial and temporal dynamics of water flux and thermal processes within the shallow streambed. Understanding these links provides a general basis from which to assess hyporheic temperature conditions in river reaches.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wolf2017,
  author    = {Wolf, Julia},
  title     = {Schadenserkennung in Beton durch {\"U}berwachung mit eingebetteten Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397363},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ix, 142},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fungen von Bauwerken mit Hilfe von Ultraschallmessverfahren haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Durch Ultraschallmessungen k{\"o}nnen die Geometrien von Bauteilen bestimmt sowie von außen nicht sichtbare Fehler wie Delaminationen und Kiesnester erkannt werden. Mit neuartigen, in das Betonbauteil eingebetteten Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfen sollen nun Bauwerke dauerhaft auf Ver{\"a}nderungen {\"u}berpr{\"u}ft werden. Dazu werden Ultraschallsignale direkt im Inneren eines Bauteils erzeugt, was die M{\"o}glichkeiten der herk{\"o}mmlichen Methoden der Bauwerks{\"u}berwachung wesentlich erweitert. Ein Ultraschallverfahren k{\"o}nnte mit eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfen ein Betonbauteil kontinuierlich integral {\"u}berwachen und damit auch stetig fortschreitende Gef{\"u}ge{\"a}nderungen, wie beispielsweise Mikrorisse, registrieren. Sicherheitsrelevante Bauteile, die nach dem Einbau f{\"u}r Messungen unzug{\"a}nglich oder mittels Ultraschall, beispielsweise durch zus{\"a}tzliche Beschichtungen der Oberfl{\"a}che, nicht pr{\"u}fbar sind, lassen sich mit eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfen {\"u}berwachen. An bereits vorhandenen Bauwerken k{\"o}nnen die Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfe mithilfe von Bohrl{\"o}chern und speziellem Verpressm{\"o}rtel auch nachtr{\"a}glich in das Bauteil integriert werden. F{\"u}r Fertigbauteile bieten sich eingebettete Pr{\"u}fk{\"o}pfe zur Herstellungskontrolle sowie zur {\"U}berwachung der Baudurchf{\"u}hrung als Werkzeug der Qualit{\"a}tssicherung an. Auch die schnelle Schadensanalyse eines Bauwerks nach Naturkatastrophen, wie beispielsweise einem Erdbeben oder einer Flut, ist denkbar. Durch die gute Ankopplung erm{\"o}glichen diese neuartigen Pr{\"u}fk{\"o}pfe den Einsatz von empfindlichen Auswertungsmethoden, wie die Kreuzkorrelation, die Coda-Wellen-Interferometrie oder die Amplitudenauswertung, f{\"u}r die Signalanalyse. Bei regelm{\"a}ßigen Messungen k{\"o}nnen somit sich anbahnende Sch{\"a}den eines Bauwerks fr{\"u}hzeitig erkannt werden. Da die Sch{\"a}digung eines Bauwerks keine direkt messbare Gr{\"o}ße darstellt, erfordert eine eindeutige Schadenserkennung in der Regel die Messung mehrerer physikalischer Gr{\"o}ßen die geeignet verkn{\"u}pft werden. Physikalische Gr{\"o}ßen k{\"o}nnen sein: Ultraschalllaufzeit, Amplitude des Ultraschallsignals und Umgebungstemperatur. Dazu m{\"u}ssen Korrelationen zwischen dem Zustand des Bauwerks, den Umgebungsbedingungen und den Parametern des gemessenen Ultraschallsignals untersucht werden. In dieser Arbeit werden die neuartigen Pr{\"u}fk{\"o}pfe vorgestellt. Es wird beschrieben, dass sie sich, sowohl in bereits errichtete Betonbauwerke als auch in der Konstruktion befindliche, einbauen lassen. Experimentell wird gezeigt, dass die Pr{\"u}fk{\"o}pfe in mehreren Ebenen eingebettet sein k{\"o}nnen da ihre Abstrahlcharakteristik im Beton nahezu ungerichtet ist. Die Mittenfrequenz von rund 62 kHz erm{\"o}glicht Abst{\"a}nde, je nach Betonart und SRV, von mindestens 3 m zwischen Pr{\"u}fk{\"o}pfen die als Sender und Empf{\"a}nger arbeiten. Die Empfindlichkeit der eingebetteten Pr{\"u}fk{\"o}pfe gegen{\"u}ber Ver{\"a}nderungen im Beton wird an Hand von zwei Laborexperimenten gezeigt, einem Drei-Punkt-Biegeversuch und einem Versuch zur Erzeugung von Frost-Tau-Wechsel Sch{\"a}den. Die Ergebnisse werden mit anderen zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fverfahren verglichen. Es zeigt sich, dass die Pr{\"u}fk{\"o}pfe durch die Anwendung empfindlicher Auswertemethoden, auftretende Risse im Beton detektieren, bevor diese eine Gefahr f{\"u}r das Bauwerk darstellen. Abschließend werden Beispiele von Installation der neuartigen Ultraschallpr{\"u}fk{\"o}pfe in realen Bauteilen, zwei Br{\"u}cken und einem Fundament, gezeigt und basierend auf dort gewonnenen ersten Erfahrungen ein Konzept f{\"u}r die Umsetzung einer Langzeit{\"u}berwachung aufgestellt.},
  language  = {de}
}