Dynamik von Schadstoffen - Umweltmodellierung mit CemoS Eine Einführung Vorwort Inhaltsangabe (Teil 1) Verwendete Einheiten und ihre Abkürzung Verzeichnis der verwendeten Symbole 1 Warum Modellierung der Ausbreitung von Stoffen ? 1.1 Einleitung 1.2 Schritte bei der Modellbildung 2 Kompartimentsysteme 2.1 Kompartimente 2.2 Massenbilanz/ lineare Differentialgleichungen 2.3 Kompartimentsysteme 2.4 Numerische Lösungsverfahren für gewöhnliche Differentialgleichungen 3 Transport- und Transformationsprozesse 3.1 Diffusion 3.2 Dispersion 3.3 Advektion (Konvektion) 3.4 Kombination von Diffusion, Dispersion und Advektion 3.5 Reaktionen, Metabolisierung und Elimination 3.6 Kombination von Dispersion, Advektion und Elimination 3.7 Weitere Lösungen der Diffusions-Advektionsgleichung 3.8 Numerische Lösung der Dispersions-Advektionsgleichung 4 Verteilung von Stoffen in der Umwelt 4.1 Einteilung in Phasen 4.2 Der Verteilungskoeffizient 4.3 Verteilung bei Berücksichtigung der Dissoziation 4.4 Rechnung mit mehreren Verteilungskoeffizienten 4.5 Diffusion über Phasengrenzen 5 Modellhafte Abbildungen der Umwelt 5.1 Einleitung und Problemdefinition 5.2 Verteilungsmodelle für Mehrkompartimentesysteme LEVEL 1 bis 4 5.3 'Mackay-Modelle' 5.4 Was sagen uns diese Modelle ? 6 Schadstoffe in Fließgewässern 6.1 Einleitung 6.2 Stationäres analytisches Modell WATER 6.3 Instationäres numerisches Modell TOXRIV 6.4 2-dimensionaler Ansatz 6.5 Hydrologische Daten - woher ? 6.6 Schadstoffverhalten in Kläranlagen 7 Transport und Transformation von Stoffen im Boden 7.1 Eigenschaften des Bodens 7.2 Stofftransportprozesse im Boden 7.3 SOIL - analytische Lösungen für den vertikalen Transport im Boden 7.4 Kommentar 7.5 Diskretes Kaskadenmodell BUCKETS 8 Atmosphärische Ausbreitungsmodelle 8.1 Einleitung 8.2 Modellansätze AIR und PLUME 9 Schadstoffaufnahme in Pflanzen 9.1 Signifikanz des Problems 9.2 Pflanzen: Anatomische und physiologische Grundlagen 9.3 Modellentwicklung 9.4 Herleitung des Modells PLANT 10 Ein einfaches Modell für Nahrungsketten 10.1 Problemstellung 10.2 Mathematische Formulierung des Modells CHAIN 11 Datenabschätzung 11.1 Problemstellung 11.2 Berechnung der molaren Masse 11.3 Berechnung des Verteilungskoeffizienten Oktanol-Wasser KOW 11.4 Verteilungskoeffizient organischer Kohlenstoff zu Wasser KOC 11.5 Abschätzung des Verteilungskoeffizienten Luft zu Wasser KAW 11.6 Abschätzung des Biokonzentrationsfaktors für Biota 11.7 Abschätzung der molekularen Diffusionskoeffizienten 11.8 Stoffdatensammlung Musterlösungen der Übungsaufgaben Literatur Inhaltsverzeichnis (Teil 2) 1 Vorbemerkungen 1.1 Vorwort 1.2 Zielsetzung 1.3 Designentscheidungen 1.4 Programmentwicklung 1.5 Präsentation 1.6 Dank 2 Tutorial 3 Oberfläche 3.1 Hilfe 3.2 Bedienung mit der Maus 3.3 Bedienung mit der Tastatur 3.4 Menü 3.5 Fenster 3.5.1 Statusfenster 3.5.2 Protokollfenster 3.5.3 Tabellenfenster 3.5.4 Grafikfenster 3.6 Allgemeine Dialogelemente 3.6.1 Knöpfe 3.6.2 Eingabezeilen 3.6.3 Eingabefelder 3.6.4 Kommentarfeld 3.6.5 Auswahlfelder 3.6.6 Auswahllisten 3.7 Standarddialoge 3.7.1 Dateidialog 3.7.2 Verzeichnis wechseln 3.7.3 Farben einstellen 3.7.4 Fensterliste 3.7.5 Meldungsfenster 3.7.6 Informationsfenster 3.7.7 Adressenfenster 3.7.8 Systeminformationsfenster 4 Menübefehle 4.1 Menü Programm 4.1.1 Importieren 4.1.2 Exportieren als 4.1.3 DOS-Ebene 4.1.4 Arbeitsverzeichnis 4.1.5 Ende 4.2 Menü Substanz 4.2.1 Neue Substanz 4.2.2 Substanz ändern 4.2.3 Substanz laden 4.2.4 Substanz speichern 4.2.5 Substanz löschen 4.2.6 Untermenü Datenbank 4.3 Menü Modell 4.3.1 Untermenü Aktives Modell 4.3.2 Parametereingabe 4.3.3 Untermenü Szenarium 4.3.4 Untermenü Modelleinstellungen 4.3.5 Simulation starten 4.3.6 Grafik anzeigen 4.4 Menü Oberfläche 4.4.1 Farben 4.4.2 Zeilen 4.4.3 Hinweise 4.4.4 Warnungen 4.4.5 Kommentarpflege 4.4.6 Lange Zahlen 4.4.7 Oberfläche laden 4.4.8 Oberfläche speichern 4.4.9 Oberfläche speichern als 4.5 Menü Fenster 4.5.1 Nächstes Fenster 4.5.2 Vorheriges Fenster 4.5.3 Fenstergröße/-position 4.5.4 Fenster zoomen 4.5.5 Fenster überlappend anordnen 4.5.6 Fenster nebeneinander anordnen 4.5.7 Fensterliste 4.6 Menü Hilfe 4.6.1 Hilfeinhalt 4.6.2 Hilfe zur Oberfläche 4.6.3 Tutorial 4.6.4 Hilfe zum aktiven Modell 4.6.5 Hilfeindex 4.6.6 Hilfe über Hilfe 4.6.7 Info 5 Beschreibung des Model Interchange Format 5.1 Weiterverarbeitung von CemoS MIF Dateien 5.2 Erstellen von MIF Dateien für CemoS 5.3 Aufstellung der Weiterverarbeitungs-Skripte 6 Dateneingabe 6.1 Substanzdaten eingeben 6.2 Modelldaten eingeben 6.3 Substanzdaten einlesen 6.4 Szenarien einlesen 6.5 Daten Importieren 6.5.1 Dialog Inhalt der Import-Datei 6.6 Eingabedaten abschätzen 6.6.1 Dialog Abschätzfunktionen 6.7 Eingabedaten kommentieren 6.7.1 Dialog Kommentar 7 Datenausgabe 7.1 Bildschirmausgabe 7.2 Dialog Grafik auswählen 7.3 Daten exportieren 7.4 Ausgabe auf einen Drucker 7.5 Ausgabe in eine Datei 7.6 Ausgabe von Tabellen 8 Simulation durchführen 8.1 Substanzdaten eingeben 8.1.1 Dialog zur Substanzdateneingabe 8.2 Ausgabe der Substanzdaten 8.3 Substanzen verwalten 8.3.1 Substanz laden 8.3.1.1 Dialog Substanz laden 8.3.1.2 Dialog Substanz suchen 8.3.2 Substanz speichern 8.3.3 Substanz löschen 8.3.3.1 Dialog Substanz löschen 8.3.4 Neue Datenbank anlegen 8.3.5 Datenbank öffnen 8.3.6 Datenbanken verbinden 8.3.7 Datenbank löschen 8.4 Modelle auswählen 8.5 Modellparameter eingeben 8.5.1 Dialog Einzugebende Parameter wählen 8.6 Modellparameter ausgeben 8.7 Szenarien verwenden 8.7.1 Dialog Szenarien 8.7.2 Szenarium laden 8.7.3 Szenarium speichern 8.7.4 Szenarium speichern als 8.7.5 Szenarium löschen 8.7.6 Szenarienverzeichnis 9 Substanzdaten 10 Modelle 10.1 Air 10.2 Buckets 10.3 Chain 10.4 Level1 10.5 Level2 10.6 Plant 10.7 Plume 10.8 Soil 10.9 Water 11 Abschätzfunktionen 11.1 Abschätzungen für Substanzdaten 11.1.1 Abschätzung der Molmasse aus der Summenformel 11.1.2 Abschätzung des Verteilungskoeffizienten Luft/Wasser aus Molmasse, Wasserlöslichkeit und Dampfdruck 11.1.3 Abschätzungen des Verteilungskoeffizienten organischer Kohlenstoff/Wasser 11.1.3.1 nach Karickhoff (1981) 11.1.3.2 nach Schwarzenbach und Westall (1981) 11.1.3.3 aus Wasserlöslichkeit; nach Kenaga und Goring (1980) 11.1.3.4 aus Wasserlöslichkeit; nach Chiou (1979) 11.1.4 Abschätzungen des Verteilungskoeffizienten Oktanol/Wasser 11.1.4.1 aus Wasserlöslichkeit, Schmelzpunkt und Molmasse; nach Yalkowski und Valvani (1980) 11.1.4.2 nach Karickhoff (1981) 11.1.4.3 nach Schwarzenbach und Westall (1981) 11.1.5 Abschätzungen des BCF 11.1.5.1 nach Veith 11.1.5.2 nach Isnard und Lambert (1988) 11.1.5.3 aus Wasserlöslichkeit; nach Isnard und Lambert (1988) 11.1.6 Abschätzung des Diffusionskoeffizienten für Luft aus Molmasse mit Wasserdampf als Referenz 11.1.7 Abschätzung des Diffusionskoeffizienten für Wasser aus Molmasse mit Sauerstoff als Referenz 11.1.8 Abschätzung der Wasserlöslichkeit nach Yalkowski und Valvani (1980) 11.2 Abschätzungen für Modellparameter 11.2.1 Abschätzung des K_daus OCund K_OC 11.2.2 Abschätzung der Gasdepositionsgeschwindigkeit aus der Molmasse 11.2.3 Abschätzung der Volatilitätsrate 11.2.3.1 für Fließgewässer; nach Southworth 11.2.3.2 für Ozeane; nach Liss und Slater 11.2.3.3 für Seen; nach Mackay und Yeun 11.2.4 Abschätzung der Wanderungsgeschwindigkeit im Boden 11.2.5 Abschätzung des gesamten Dispersionskoeffizienten im Boden 11.2.6 Abschätzungen des TSCF 11.2.7 nach Briggs (1982) 11.2.8 nach Hsu et al. (1991) 11.2.9 Abschätzung des partikulären Anteils 11.2.10 Abschätzung der Konzentration im Bodenwasser 11.2.11 Abschätzungen des Verteilungskoeffizienten Wurzeln/Wasser 11.2.11.1 aus Lipid-, Wassergehalt und Dichte Wurzel, sowie log K_OW 11.2.11.2 aus Dichte Wurzel und log K_OW ; nach Briggs et al. (1982) 11.2.11.3 aus Dichte Wurzel und log K_OW ; nach Trapp und Pussemier (1991) 11.2.12 Abschätzungen des Verteilungskoeffizienten Blätter/Atmosphäre 11.2.12.1 aus Lipid-, Wassergehalt und Dichte der Pflanze; sowie log K_OW und K_AW 11.2.12.2 aus Dichte der Pflanze, log K_OW und K_AW ; nach Briggs et al. (1983) 11.2.13 Abschätzung des Verteilungskoeffizienten Gesamtpflanze/Wasser 11.2.14 Abschätzung des Verteilungskoeffizienten Gesamtsediment /Wasser 11.2.15 Abschätzung des Verteilungskoeffizienten Gesamtboden/Wasser 12 Standardfunktionen 12.1 Standardkorrektur des K_AW 12.2 Standardkorrektur des K_d 12.3 Fehlerfunktionen erf und erfc 12.4 Exponentialfunktion und Logarithmus 12.5 Logarithmisches Windprofil 13 Technische Anmerkungen 13.1 Hard- und Softwareanforderungen 13.2 Anmerkungen zu benutzter Software 13.3 History 13.4 Bekannte Fehler Sachverzeichnis