Prediction of the groundwater nitrate concentration is of utmost importance for pollution control and water resource management. This research aims to model the spatial groundwater nitrate concentration in the Marvdasht watershed, Iran, based on several artificial intelligence methods of support vector machine (SVM), Cubist, random forest (RF), and Bayesian artificial neural network (Baysia-ANN) machine learning models. For this purpose, 11 independent variables affecting groundwater nitrate changes include elevation, slope, plan curvature, profile curvature, rainfall, piezometric depth, distance from the river, distance from residential, Sodium (Na), Potassium (K), and topographic wetness index (TWI) in the study area were prepared. Nitrate levels were also measured in 67 wells and used as a dependent variable for modeling. Data were divided into two categories of training (70%) and testing (30%) for modeling. The evaluation criteria coefficient of determination (R2), mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), and Nash–Sutcliffe efficiency (NSE) were used to evaluate the performance of the models used. The results of modeling the susceptibility of groundwater nitrate concentration showed that the RF (R2 = 0.89, RMSE = 4.24, NSE = 0.87) model is better than the other Cubist (R2 = 0.87, RMSE = 5.18, NSE = 0.81), SVM (R2 = 0.74, RMSE = 6.07, NSE = 0.74), Bayesian-ANN (R2 = 0.79, RMSE = 5.91, NSE = 0.75) models. The results of groundwater nitrate concentration zoning in the study area showed that the northern parts of the case study have the highest amount of nitrate, which is higher in these agricultural areas than in other areas. The most important cause of nitrate pollution in these areas is agriculture activities and the use of groundwater to irrigate these crops and the wells close to agricultural areas, which has led to the indiscriminate use of chemical fertilizers by irrigation or rainwater of these fertilizers is washed and penetrates groundwater and pollutes the aquifer.
Water substantially affects nearly all physical, chemical and biological processes on the Earth. Recent Mars observations as well as laboratory investigations suggest that water is a key factor of current physical and chemical processes on the Martian surface, e.g. rheological phenomena. Therefore it is of particular interest to get information about the liquid-like state of water on Martian analogue soils for temperatures below 0 °C. To this end, a parallel plate capacitor has been developed to obtain isothermal dielectric spectra of fine-grained soils in the frequency range from 10 Hz to 1.1 MHz at Martian-like temperatures down to −70 °C. Two Martian analogue soils have been investigated: a Ca-bentonite (specific surface of 237 m2 g−1, up to 9.4% w / w gravimetric water content) and JSC Mars 1, a volcanic ash (specific surface of 146 m2 g−1, up to 7.4% w / w). Three soil-specific relaxation processes are observed in the investigated frequency–temperature range: two weak high-frequency processes (bound or hydrated water as well as ice) and a strong low-frequency process due to counter-ion relaxation and the Maxwell–Wagner effect. To characterize the dielectric relaxation behaviour, a generalized fractional dielectric relaxation model was applied assuming three active relaxation processes with relaxation time of the ith process modelled with an Eyring equation. The real part of effective complex soil permittivity at 350 kHz was used to determine ice and liquid-like water content by means of the Birchak or CRIM equation. There are evidence that bentonite down to −70 °C has a liquid-like water content of 1.17 monolayers and JSC Mars 1 a liquid-like water content of 1.96 monolayers.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die diffusen Phosphoreinträge am Beispiel des Einzugsgebietes der oberen Rur bilanziert . Im theoretischen Teil dieser Diplomarbeit werden die Grundlagen für die Darstellung des Nährstofftransportes erarbeitet. Dabei erfolgt die Beschreibung der Eintragswege von Phosphor in die Gewässer, die Herkunft und Art von Phosphoreinträgen sowie die wichtigen Eintragspfade der diffusen Phosphoreinträge. Mit diesen gewonnenen Erkenntnissen ist es möglich, den Stofftransport einschließlich der ablaufenden Prozesse mittels mathematischer Gleichungen über die Eintragspfade zu simulieren. Somit gelingt es, die Funktionsweise und die Anwendbarkeit, der zum Einsatz kommenden aktuellen Wasser- und Stofftransportmodelle zur Quantifizierung diffuser Phosphoreinträgen zu verstehen. Im praktischen Teil dieser Diplomarbeit werden die diffusen Phosphoreinträge im Einzugsgebiet der oberen Rur unter Hilfenahme der zuvor ermittelten Grundlagen bilanziert. Dabei ist es nötig, das Einzugsgebiet zu beschreiben, abzugrenzen und die enthaltenen Gewässer zu beleuchten. Weiterhin erfolgte eine Recherche der im Einzugsgebiet vorhandenen Flächennutzungen, um die Bilanzierung mit den aus der Literatur ermittelten Gleichungen und Werten durchführen zu können. Das Ergebnis ist eine Phosphorjahresfracht mit der das Einzugsgebiet bewertet werden kann.
As a result of the pilot-project “Grundwasser-Online” the supervision and the active controlling of large monitoring- and catchment-areas are realised by a co-operative integration of all related institutions, a synchronisation-process to combine all distributed data into one central server database, and a high-level eGovernment-Service to provide evaluated information over the internet. Based on this software system the local authorities are able to supervise the groundwater-levels and to find adequate decisions, which finally result in official permissions for the usage of groundwater-reservoirs by the water supply companies.
Die Bewirtschaftung von Grundwasser umfasst zum einen die Nutzungserfordernisse und Versorgungsbedürfnisse und zum andern den Schutz des Grundwassers als Bestandteil des Naturhaushaltes. Die Verwendung von Informations- und Kommunikationsmethoden zur numerischen Grundwassermodellierung und zur Verwaltung von großflächigen qualitativen und quantitativen Grundwasserinformationen eröffnen die Möglichkeit einer nachhaltigen wasserwirtschaftlichen Planung sowie einer gezielten Steuerung der Auswirkungen von Grundwasserentnahmen und -versickerungen. Im Rahmen des Pilotprojektes Grundwasser-Online im Hessischen Ried (www.grundwasser-online.de) wurden gezielt die Arbeitsabläufe bei der Erfassung der Daten zur Grundwasserbewirtschaftung sowie der anschließenden Verarbeitung analysiert, bewertet und software-technisch umgesetzt. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Datenerfassung an den räumlich verteilten Grundwassermessstellen. Der vorliegende Beitrag zeigt auf, wie mobile EDV Geräte mit einer geeigneten Software die Arbeitsabläufe beim Einsatz vor Ort effizienter gestalten und die Einhaltung der Messvorgaben unterstützen können. Durch die Minimierung von Fehlerquellen kann dabei eine Qualitätsverbesserung des Datenbestandes erreicht werden. Es wird ein Konzept zur mobilen Erfassung von Grundwasserdaten unter Verwendung von GPS-Positionsdaten und Plausibilitätsprüfungen vorgestellt. Die Technologien und Herausforderungen bei der prototypischen Umsetzung werden aufgezeigt.