Institut für

UMWELTSYSTEMFORSCHUNG


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Themen für Studienprojekte

Bei Interesse an einem Thema stehen die unter "Betreuer" genannten Personen für weitere Auskünfte zur Verfügung.

Übersicht

Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft

Arbeitsgruppe Theoretische Systemwissenschaft

Arbeitsgruppe Ressourcenmanagement

Arbeitsgruppe Umweltökonomie

Arbeitsgruppe Ökologische Modellierung

 

 

Angewandte Systemwissenschaft

Siehe auch Liste möglicher Projektarbeiten in der Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft

Auswirkungen zukünftiger Wasserkraftnutzung

Hintergrund: Erneuerbare Energien werden als nachhaltige Lösung unseres Energiebedarfes geshen.
Vor allem die Wasserkraftnutzung zur Gewinnung elektrischer Energie boomt weltweit und wird dies auch in naher Zukunft tun. Zur Zeit sind ca 3000 neue Staudämme mit einer erwarteten Stronerzeugung über 1 MW Leistung in Bau oder in Planung. Die Folgen dieses Booms werden vielfältig sein: bisher frei fliessende Gewässer werden segementiert, das Abflussregime und Lebensräume verändert, bisherige Landnutzungen verändert und Menschen müssen umgesiedelt werden, um nur einige Effekte zu nennen.

Ziel/Aufgabe: Als Grundlage für die Abschätzung von möglichen Folgen zukünftiger Wasserkraftnutzung sollen zukünftige Reservoirgrößen (Flächen, Volumina) für ausgewählte Einzugsgebiete (Afrika, Südamerika, Balkan) mit Hilfe von GIS ermittelt werden.

Voraussetzung: LV Geographische Informationssysteme

Betreuung: Dr. Jürgen Berlekamp

Analyse des Stands der Kläranlagentechnik in Deutschland

Hintergrund: Haushaltschemikalien und Inhaltsstoffe von Arzneimitteln werden mit dem häuslichen Abwasser in Kläranlagen eingetragen und gelangen so auch in Gewässer. Für viele Substanzen konnte gezeigt werden, dass die Eliminationseffizienz je nach Art der untersuchten Kläranlagen (Belebtschlamm, Tropfkörper) relativ ähnlich ist. Es wird deshalb in der Regel angenommen, dass der prozentuale Anteil der Fracht, der in Kläranlagen desselben Typs zurückgehalten wird, innerhalb einer gewissen Schwankungsbreite konstant ist. Im Zuge der Expositionsabschätzung von Chemikalien in Oberflächengewässern wird am IUSF mit dem GREAT-ER-Modell gearbeitet, das Angaben über die Emission aus den im Einzugsgebiet befindlichen Kläranlagen benötigt. Das Modell unterscheidet momentan zwischen vier sekundären und zwei tertiären Reinigungsstufen, für die prozentuale Eliminationseffizienzen für jede zu simulierende Substanz geschätzt werden müssen.

Ziel/Aufgabe: Es soll für zukünftige Projekte der aktuelle Stand der Kläranlagentechnik in Deutschland und in den Niederlanden erfasst werden. Eine eindeutige Zuordnung der Kläranlagen im Einzugsgebiet der Vechte in die aktuell implementierten vier Kategorien soll vorgenommen werden. Die Ergebnisse sollen als Entscheidungsgrundlage für die Frage dienen, ob eine Erweiterung des Modells bzgl. der Ergänzung von Reinigungsstufen aufgrund neuer Entwicklungen notwendig geworden ist.

Voraussetzung: LV Umweltsystemanalyse (ASW-506)

Betreuung: Volker Lämmchen, Dr. Jörg Klasmeier

Mikroverunreinigungen in Fließgewässern

Kurzbeschreibung: Mikroverunreinigungen in oberirdischen Gewässern sind ein noch nicht ausreichend erforschtes und in seinen langjährigen Auswirkungen noch nicht sicher abschätzbares Umweltrisiko. Insbesondere für Arzneimittel ist wegen ihrer Wirkung, z.B. von Antibiotika auf Mikroorganismen, der Verdacht auf Gewässerrelevanz jedoch begründet. Als Haupteintragspfad für viele Mikroverunreinigungen in Fließgewässer gelten kommunale Kläranlagen. Zukünftige Maßnahmen zur Reduktion von Einträgen sollten auf gesicherter Datengrundlage erfolgen. Diese soll durch eine flächendeckende Modellierung des momentanen Belastungszustandes oberirdischer Gewässer mit grafischer Darstellung der Ergebnisse und Ableitung eines möglichen Handlungsbedarfs auf kommunalen Kläranlagen erfolgen.

In diesem Arbeitsgebiet werden verschiedene aktuelle Projektthemen zum Verhalten von Arzneimitteln in Kläranlagen und der Simulation der räumlichen Verteilung in Flusseinzugsgebieten mit dem georeferenzierten Modell GREAT-ER angeboten. Im Anschluß an das Projekt kann auch die Bachelorarbeit in dem gewählten Themenbereich angefertigt werden. 

Betreuung: Jörg Klasmeier, Jürgen Berlekamp

Voraussetzungen: je nach Thema Kenntnisse aus den LV Umweltsystemanalyse und/oder Geografische Informationssysteme

Bearbeitungszeitraum: ab sofort

Plastikmüll in der Umwelt

Kurzbeschreibung: Plastikmüll ist eine der wichtigsten Quellen für Mikroplastik in der Umwelt. Sogenanntes sekundäres Mikroplastik entsteht durch die Fragmentierung größerer Partikel unter Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung oder mechanische Belastung. Um die Belastung der Umwelt zu reduzieren ist zunächst die Kenntnis der Eintragsquellen und Eintragsmengen von Bedeutung.

Aktuell wird im Stadtgebiet Osnabrück die Belastung der Fließgewässer (Hase, Nette, Düte) experimentell bestimmt. Dazu wird der Müll an verschiedenen Stellen sowohl im Uferbereich als auch direkt im Fluss (Treibgut) gesammelt, quantitativ erfasst und kategorisiert. Die Auswertung der Daten soll dazu beitragen, die wichtigsten Eintragswege zu erkennen und geeignete Gegenmaßnahmen abzuleiten.

Für die Analyse der Daten muss eine relationale Datenbank aufgesetzt werden, in der die gefundenen Müllteile in festgelegte Kategorien eingeteilt und erfasst werden. Vorzugsweise geschieht dies nach dem Vorbild der Access-Datenbank für die Erfassung von Strandmüll an der Nordsee. In dem Projekt soll eine vereinfachte Version dieser hochkomplexen Datenbank erstellt und mit den vorhandenen Daten aus Osnabrück gefüllt werden. Das Entwerfen vordefinierter Abfragen zur Analyse und Erstellung von Übersichten sind ebenfalls Bestandteil des Aufgabenpakets.

Betreuung: Jörg Klasmeier, Beginn: ab sofort

Mikroplastik im Abwasser

Kurzbeschreibung: Mikroplastik aus Kosmetik und Industriereinigern sowie synthetische Textilfasern werden unter anderem über Abwasser in kommunale Kläranlagen eingetragen. Es ist bisher noch nicht geklärt, wie groß der Anteil dieser Partikel ist, der mit dem gereinigten Abwasser in die Fließgewässer gelangt.

In dem Projekt soll das gereinigte Abwasser der Kläranlage Osnabrück-Eversburg auf Mikroplastik analysiert werden.

Betreuung: Jörg Klasmeier

Thema ist vergeben

The conflicting roles of delayed knowledge and prediction of ecosystem states in an open-access fishery model

Short description: In coupled socioeconomic-ecological systems, such as an open-access fishery cycles can arise due to the feedback between the ecological dynamics of the fish stocks and the profit-driven harvesting dynamics of fishermen. However, all current models of this scenario consider that the behaviour of the fishermen depends only on the current fish stock. This implies that fishermen have instant, perfect knowledge of the fish stock, but are completely short-sighted when making economic decisions. In this project, the impact of considering delayed knowledge of the fish stock—which should produce or worsen cycles—will be compared and contrasted with the impact of allowing fishermen to base their economic decisions on a possible future fish stock predicted from the past few seasons.

Required knowledge/skills: Discrete-time models, scientific computing

SupervisorDr. Matthew Adamson

Modelling the role of mobility in the coexistence of cyclically competing species

Short description: Cyclic competition, also known as rock-paper-scissors competition, is a type of competition between species in which competitive interactions between each pair of species have a clear winner, but no one species wins overall. Coexistence of all species in such a system needs spatial separation of the species, often in the form of interesting dynamic spatial patterns. In this project the influence of differing movement capabilities of the three species on the prevalence of the species and the spatial patterns they form.

Required knowledge/skills: Ordinary and partial differential equations, simple numerical schemes for PDEs, scientific computing.

SupervisorDr. Matthew Adamson

Sensitivity of ecological models to the choice of component functions with demographic stochasticity

Short description: It is well known that the behaviour of ecological models can be highly sensitive to the parameters used. What is less well known is that the behaviour can also be highly sensitive to the precise choice of the equations used to represent certain ecosystem processes, even when the model isn’t sensitive to the choice of parameters. In this project, the effect of adding noise to a system which is highly sensitive to the choice of model functions will be considered. The aim is to check how the sensitivity to model functions influences the system’s response to demographic stochasticity.

Required knowledge/skills: Ordinary differential equation models, scientific computing

SupervisorDr. Matthew Adamson

Theoretische Systemwissenschaft

Analyse und Simulation gleichungsbasierter Modelle zeitlicher und raumzeitlicher Populationsdynamiken (BSc, MSc)

Kurzbeschreibung: Gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen sind eine anerkannte Methode der Modellierung von Populationsdynamiken wie z.B. biologischer Invasionen und der Ausbreitung von Infektionskrankheiten. Verschiedene mutualistische, Räuber-Beute- und Konkurrenzsysteme werden auf ihre Stabilität gegen Fremdspezies und Krankheiten getestet sowie zeitliche, räumliche und raumzeitliche Strukturbildungen untersucht.

Betreuung: H. Malchow

Voraussetzung: Solide Grundkenntnisse in der Theorie und numerischen Behandlung gewöhnlicher (BSc) und partieller (MSc) Differentialgleichungen

Beginn: nach Vereinbarung

Kontakt: E-Mail schreiben

Modellierung und Analyse der Auswirkung verschiedener Nährstoffeinträge in den Dümmer auf die Bildung von Blaualgenblüten

Kurzbeschreibung: Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, gehören zu den ältesten Lebewesen auf diesem Planeten. Sie waren maßgeblich für die Sauerstoffanreicherung der Erdatmosphäre verantwortlich. In vielen Gewässern kommt es allerdings immer wieder zu unerwünscht starkem Wachstum (Blüten) dieser Bakteriengattung. Durch die hohen Temperaturen in den Sommermonaten und den hohen Nährstoffgehalt des Dümmer in Niedersachsen, kommt es hier regelmäßig zu Blaualgenblüten. Dies hat negative ökologische Folgen (z.B. massives Fischsterben):

  • 0.5% bis 1% der Blaualgenarten produzieren hochwirksame Gifte. Diese schaden vor allem den am und im Wasser lebenden Tieren, können aber auch beim Menschen Hautreizungen, allergische Reaktionen, Übelkeit und Durchfall verursachen.
  • Viele Arten bilden einen auf der Wasseroberfläche schwimmenden Film. Dadurch findet keine physikalische Belüftung des Wasserkörpers mehr statt. Es setzen anaerobe Zersetzungsprozesse (d.h. ohne Sauerstoff) ein: Das Gewässer beginnt zu stinken.

In dieser Arbeit soll, anhand eines mathematischen Modells, der Einfluss unterschiedlich starker Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft in den Dümmer untersucht werden. Neben einer Literaturrecherche soll ein Modell aufgestellt werden, welches analytisch und/oder numerisch untersucht werden soll. Ziel ist es mit Hilfe realistischer Modellparameter quantitative Vorhersagen über mögliche Blaualgenblüten zu treffen.

Betreuung: J. Klasmeier, H. Malchow

Voraussetzung: Solide Grundkenntnisse in der Theorie und numerischen Behandlung gewöhnlicher (BSc) und partieller (MSc) Differentialgleichungen, LV Gleichungsbasierte Modellierung I (ASW-401) und Interesse an mathematischer Modellierung von komplexen Umweltphänomenen

Beginn: nach Vereinbarung

KontaktE-Mail schreiben

Ressourcenmanagement

Überprüfung von Apps für nachhaltige/ethische Lebensmittel

Hintergrund: Seit 25 Jahren werden vermehrt Kennzeichnungen und dieverse Gütesiegel auf Verpackungen von Lebensmitteln eingesetzt, um den Verbrauchern den Einkauf zu erleichtern. Dies geschieht auf der Grundlage von Ernährungsfaktoren sowie von ethisch oder nachhaltig produzierten Lebensmitteln. Insgesamt wird dies zwar als eine positive Entwicklung angesehen, doch mittlerweile herrscht im Supermarkt eine sogenannte Informationsüberlastung (information overload) auf den verschiedenen Produkten vor. Für den Verbraucher ist es nicht einfach, alle Etiketten und die damit verbundenen Informationen in der begrenzten Zeit, die ihm zum Einkauf zur Verfügung steht, zu verarbeiten. Auf der anderen Seite besteht das Problem des Informationsdefizits (information deficit). Verbraucher wissen oftmals gar nicht, auf welchen Standards oder Kriterien die Labels aufgebaut sind und sind somit nicht imstande, die verschiedenen Vor- und Nachteile eines Produktes zu gewichten. Hinzu kommen Produkte aus der Frischetheke, auf deren Etiketten oft nur die Herkunft steht (z.B. Tomaten von italienischen Feldern oder aus niederländischen Gewächshäusern). Als Lösung für diese beiden Phänomene haben Drittanbieter mobile Anwendungen wie z.B. Barcode-Scanner (barcoo), Siegelklarheit, oder "Nachhaltiger Warenkorb" entwickelt, um Verbrauchern zu helfen, sich im Supermarkt oder auf dem Wochenmarkt zurechtzufinden.

Ziel des Projektes ist es, einen Beitrag zur Transparenz bei der Lebensmittelkennzeichnung zu leisten und den Verbraucher bei der Lebensmittelauswahl durch objektive Informationen zu unterstützen.

Die Aufgabe besteht zunächst darin, bestehende Apps für Lebensmittel (deutsch und international) nach vorgegebenen Kriterien auf Gebrauchstauglichkeit und Wirksamkeit zu analysieren. Dabei sollen die beiden genannten Schwerpunkte Ernährungsfaktoren und nachhaltige Erzeugung betrachtet werden. Basierend auf dieser Analyse sollen entweder bereits bestehende Apps angepasst werden oder auch neue Apps entwickelt werden.

Die Projektarbeit kann die Grundlage einer anschliessenden Abschlussarbeit sein, die sich z.b. mit der  Entwicklung eines analytischen Rahmens für die Bewertung bestehender Anwendungen befassen könnte.

Betreuung: Caroline van Bers

Weitere Themen für Projektarbeiten können bei Claudia Pahl-Wostl oder Johannes Halbe erfragt werden.

Umweltökonomie

Themen für Projektarbeiten können bei Stefanie Engel, Ann-Kathrin Kößler oder Fabian Thomas erfragt werden.

Ökologische Modellierung

Projektarbeiten am Helmholtz-Zentrum Leipzig können bei Karin Frank oder Andreas Huth erfragt werden.