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INSTITUT FÜR UMWELTSYSTEMFORSCHUNG


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Themen für Bachelor-/Master-Arbeiten

Die Themen sind den Forschungsschwerpunkten des Instituts und Forschungsprojekten zugeordnet. Es wird empfohlen, Bachelorarbeiten als Weiterführung des studentischen Projekts durchzuführen, da die Bearbeitungszeit von drei Monaten sonst einen sehr engen Rahmen bei systemwissenschaftlichen Themen setzt. Unter Themen für Projektarbeiten finden Sie auch entsprechende Themenangebote, die zur Bachelorarbeit ausgebaut werden können.

Forschungsschwerpunkte

Angewandte Systemwissenschaft
Theoretische Systemwissenschaft
Ressourcenmanagement

 

 

Angewandte Systemwissenschaft

Siehe auch Liste möglicher Abschlussarbeiten in der Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft

 

Individuen-basierte Modellierung von Honigbienen mit BEEHAVE (Bachelor, Master)

BEEHAVE ist ein Individuen-basiertes Simulationsmodell zur Simulation und Analyse der Dynamik von Honigbienen-Kolonien (Webseite). Rund um BEEHAVE gibt es eine Reihe möglicher Themen für Projekt- oder Masterarbeiten, z.B.: 

  • Reaktion auf Massentrachten in der Umgebung der Bienenkolonie. Die Nektar-Ernte in BEEHAVE wird nicht durch Angebot, sondern vor allem durch interne Nachfrage angetrieben. Dadurch wird die zeitliche Dynamik der Bienenkoloniestärke nicht ganz korrekt abgebildet, wenn man Simulationen mit Messdaten vergleicht. Diese Arbeit soll daher die Rekrutierung von Nektar-sammelnden Bienen und/oder andere geeignete Stellschrauben in BEEHAVE anpassen, um die Verzögerung zu vermeiden.
  • Oberflächen-Entwicklung für „Educational Software“. BEEHAVE ist in NetLogo implementiert und hat hat eine Anwendungsoberfläche, die viele Optionen und Eingaben ermöglicht. Obwohl die Bedienung einigermaßen komfortabel ist, ist diese Oberfläche für nicht-Experten wie zum Beispiel Imker schwierig zu benutzen. In dieser Arbeit soll daher eine einfacher gestaltete Oberfläche für BEEHAVE entwickelt werden. Diese kann z.B. auch außerhalb von NetLogo entwickelt werden, und BEEHAVE dann als Java Objekt ausgeführt werden. Zudem sollen in diesem Projekt spielerische Experimente bzw. Aufgaben zur Verfügung gestellt werden, zum Beispiel unter bestimmten Bedingungen eine gewisse Honigmenge zu produzieren .

Weitere Themen sind auf Nachfrage möglich.

Betreuung: Andreas Focks, in Zusammenarbeit mit Prof. Volker Grimm vom UFZ Leipzig

Voraussetzung: Kenntnisse im Bereich Individuenbasierte Modelle, idealerweise Programmierkenntnisse in NetLogo/Java

Beginn: nach Vereinbarung

Diverse Themen im Bereich von TKTD-Modellen (Bachelor, Master)

In meiner Arbeitsgruppe gibt es eine Reihe von Themen im Bereich TKTD Modellierung, z.B.

  • Modellierung der Auswirkungen von Herbiziden auf das Wachstum von Wasserpflanzen; Zusammenarbeit mit Prof. Uta Ulrich, Kiel. Hier gibt es Feld-Messdaten von Herbizid-Konzentrationen und Nährstoffgehalten in Fliessgewässern, die mittels eines TKTD Modelles ausgewertet werden sollen.
  • Untersuchung von Variationen der Expositionsprofile des Insektizides Chlorpyrifos; Hier sollen GUTS-Modelle an Beobachtungsdaten zum überleben einer Reihe von aquatischen Makroinvertrebraten kalibriert werden, und mittels der kalibrierten GUTS Modelle Aussagen über das Risiko verschiedener Expositionsprofile getroffen werden.

Weitere Themen sind auf Nachfrage möglich.

Betreuung: Andreas Focks

Voraussetzung: LV Chemodynamik/ Umweltsystemanalyse; idealerweise Programmierkenntnissein z.B. Python, Matlab o.ä.

Beginn: nach Vereinbarung

 

Testen der Vorhersagen von DEB-TKTD-Modellen zu den Auswirkungen einer zeitvariablen Exposition gegenüber einem Fungizid auf die Fortpflanzung und das Überleben von Daphnia magna (Bachelor, Master)

DEB-Modelle (Dynamic Energy Budget) gekoppelt mit TKTD (Toxikokinetisch-toxikodynamischen) -Modellen berücksichtigen subletale Wirkungen von Pestiziden auf Wachstum und Fortpflanzung. DEB-TKTD-Modellen können zur Analyse der Auswirkungen von zeitlich veränderlichen Konzentrationen von Chemikalien auf das Wachstum oder die Fortpflanzung von Organismen verwendet werden. Eine experimentelle Studie hat die Auswirkungen des Fungizids Azoxystrobin auf den Wasserfloh Daphnia magna untersucht. Die Auswirkungen von Azoxystrobin auf Wachstum, Fortpflanzung und Überleben von D.magna wurden unter statischen und gepulsten Expositionsbedingungen analysiert, letztere bei niedriger, mittlerer und hoher Konzentration. Ziel dieser Arbeit ist es, ein DEB-TKTD-Modell an die Daten zu kalibrieren. Diese Kalibrierung kann unter Verwendung des BYOM-Pakets in Matlab erfolgen. In einem zweiten Schritt soll die Vorhersagegüte der kalibrierten Modelle evaluiert werden.

Betreuung: Andreas Focks

Voraussetzung: LV Chemodynamik/ Umweltsystemanalyse; idealerweise Programmierkenntnisse in Matlab; Grundkenntnisse in Statistik und Modellkalibrierung sind von Vorteil

Beginn: nach Vereinbarung

 

Analyse der Auswirkungen zukünftiger Wasserkraftnutzung (Bachelor, Master)

Erneuerbare Energien werden als nachhaltige Lösung unseres Energiebedarfes gesehen. Vor allem die Wasserkraftnutzung zur Gewinnung elektrischer Energie erlebt einen weltweiten Boom, der noch längere Zeit Bestand haben wird. Zurzeit sind ca 3000 neue Staudämme mit einer erwarteten Stronerzeugung über 1 MW in Bau oder in Planung. Die Folgen dieses Boom werden vielfältig sein: bisher weitgehend 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 der Arbeit ist es auf Grundlage einer GIS-gestützten Ableitung der zukünftigen Reservoire für ausgewählte Einzugsgebiete (Afrika, Südamerika, Balkan) mögliche Effekte zukünftiger Staudämme zu untersuchenn.Den Abschlussarbeiten können entprechende Studienprojekte vorgeschaltet werden. Die Betreuung erfolgt in Zusammenarbeit mit der Uni Tübingen.Voraussetzung: Gute GIS-Kenntnisse, i.d.R. nachgewiesen durch die LV Geographische Informationssysteme (BSc) bzw. GIS-Modell-Integration (zusätzlich für MSc-Arbeiten)

Betreuung: J. Berlekamp, Ch. Zarfl (Tübingen)

Beginn: nach Vereinbarung

 

Simulation der Elimination von Arzneimittelinhaltsstoffen in Kläranlagen (Bachelor, Master)

Das Massenbilanzmodell Simple Treat beschreibt unter Berücksichtigung der Transport-, Verteilungs- und Verlustprozesse die Elimination organischer Spurenstoffe in Kläranlagen. Die Ergebnisse sind sowohl von den Betriebsparametern der Kläranlage als auch den physikalisch-chmischen Eigenschaften der Substanzen abhängig.

In der Arbeit soll eine Bilanzierung für ausgewählte Arzneimittelinhaltsstoffe in Kläranlagen gemacht werden und mit Messwerten verglichen werden. Das Modell soll auf seine Eignung getestet werden, die Elimination der Substanzen aus dem Abwasser und die Anreicherung im Klärschlamm in Abhängigkeit der Betriebsparameter der jeweiligen Anlage vorherzusagen.

Betreuung: J. Klasmeier

Voraussetzung: Solide Grundkenntnisse in Multimediamodellierung aus der LV Umweltsystemanalyse

Beginn: nach Vereinbarung

 

Simulation der Gewässerbelastung mit Wirkstoffen aus der Nuklearmedizin  (Bachelor)

In der Nuklearmedizin werden unter anderem bei der Therapie von Schilddrüsenerkrankungen das radioaktive Isotop 131Jod und das Element Gadolinum verwendet. Nach der Anwendung wird ein gewisser Teil der verabreichten Dosis aus dem Körper mit dem Urin ausgeschieden und gelangt so in größeren Mengen mit dem Abwasser in Kläranlagen und anschließend in Oberflächengewässer. In der Arbeit soll die räumliche Konzentrationsverteilung der beiden Stoffe in verschiedenen Einzugsgebieten (Main, Donau, Ruhr) mit dem georeferenzierten Modell GREAT-ER simuliert werden.

Zunächst ist eine Erhebung der benötigten Substanzdaten aus vorhandenen Berichten und anderen Informationsquellen erforderlich. Ebenso sollen Messwerte für die beiden Substanzen in den betrachteten Flussgebieten recherchiert und zusammengestellt werden. Die Simulationsergebnisse werden grafisch dargestellt und die Gesamtfrachten an der Mündung für verschiedene Szenarien ermittelt. Durch den relativen Vergleich gemessener und simulierter Konzentrationen der beiden Elemente soll das Modell evaluiert werden.

Betreuung: J. Klasmeier, J. Berlekamp

Voraussetzung: Solide Kenntnisse in ArcGIS aus der LV Geografische Informationsysteme

Thema ist vergeben

 

Einfluss der Molekülgröße auf Verteilungskoeffizienten organischer Substanzen in der Umwelt (Master)

Polyparameter linear free energy relationships (pp-LFER) haben sich zur Beschreibung der Verteilung von organischen Chemikalien zwischen zwei Phasen bewährt. Sie benutzen zwei Parametersätze, die einerseits die Substanzeigenschaften beschreiben (Substanzparameter) und andererseits die Wechselwirkungen zwischen den beiden Phasen erfassen sollen (Phasenparameter). Einer der verwendeten Substanzparameter beschreibt die Größe (räumliche Ausdehnung) der Substanz. Der Deskriptor ist das sog. McGowan-Volumen, das durch eine einfache Fragment-Methode aus der chemischen Struktur abgeschätzt wird. Diese Methode hat den Nachteil, dass Stellungsisomere nicht unterschieden werden, obwohl ihre räumliche Ausdehnung unterschiedlich sein kann.

Im Projekt sollen andere verfügbare Deskriptoren für die räumliche Ausdehnung von Molekülen identifiziert werden und für Referenzsubstanzen bestimmt werden. Es soll der Frage nachgegangen werden, ob die pp-LFER Regressionsgleichungen bessere Übereinstimmungen mit Messwerten liefern könnten, wenn für den Substanzparameter Molekülgröße ein anderer Deskriptor anstelle des McGowan Volumens genommen wird.

Betreuung: J. Klasmeier

Voraussetzung: Gute Kenntnisse zur Verteilung organischer Substanzen in der Umwelt aus der LV Umweltsystemanalyse.

Beginn: nach Vereinbarung

 

  Liste weiterer möglicher Themen in der Arbeitsgruppe Angewandte Systemwissenschaft