Gabriele Chiogna
Prof. Dr. Gabriele Chiogna
GeoZentrum Nordbayern
Professur für Angewandte Geologie und Modellierung von Umweltsystemen
91054 Erlangen
- Telefon: +49 9131 85-23042
- Faxnummer: +49 9131 85-29294
- E-Mail: gabriele.chiogna@fau.de
- Webseite: https://www.gzn.nat.fau.de/
Research Interests
- Modelling of karst and porous aquifers
- Mixing processes
- Alpine hydrology
- Environmental impacts of hydropower production
Lebenslauf
Familienstand: Verheiratet, 3 Kinder.
Ausbildung
- 06.11.2019 | Deutsche Habilitation in Hydrologie | TU München
- 05.04.2017 | Italienische Habilitation im Bereich 08/A1 Hydraulik, Hydrologie und Wasserbau
- 2007 – 2011 | Promotion in Geologie, Universität Tübingen | Dissertation: „Transversale Vermischung von konservativen und reaktiven Tracern in porösen Medien“
- 2010 | Gastdoktorand an der Stanford University, USA. (Oktober – Dezember)
- 2007 – 2009 | Masterstudiengang Angewandte Umweltgeowissenschaften, Universität Tübingen | Diplomarbeit: „Die Bedeutung von mischungsabhängigen Ausbreitungskoeffizienten für die Modellierung von mischungsgesteuertem Reaktivtransport“
- 2005 – 2007 | Deutsch-Italienischer Doppeldiplomstudiengang in Physik, Universität Tübingen und Universität Trento | Diplomarbeit: „Das Derivative Riemann-Problem in der Speziellen Relativistischen Hydrodynamik“
- 2002 – 2005 | Bachelor-Abschluss in Physik, Universität Trento, Italien | Diplomarbeit: „Elektrische Charakterisierung von BJT-Silizium-Strahlungsdetektoren“
Beruflicher Werdegang
- 01.04.2024 – heute | Professor, Angewante Geologie und Modellierung von Umweltsystemen | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Deutschland
- 2023 – heute | Vorstandsmitglied des Schwall-Forschungsnetzwerks
- 2023 – heute | Mitherausgeber Journal of Hydrology
- 2022 | Editor’s Citation for Excellence in Refereeing for Water Resources Research
- 2021 | Editors‘ Citation for Excellence in Refereeing for Water Resources Research
- 01.03.2021 – heute | Adjunct Professor für Nachhaltiges Ressourcenmanagement | Universität Innsbruck, Österreich
- 07.11.2019 – 31.03.2024 | Privatdozent am Lehrstuhl für Hydrologie und Flussgebietsmanagement, Fakultät für Bau-, Geo- und Umwelt | Technische Universität München, Deutschland
- 10.2016 – heute | Mitherausgeber Hydrological Science Journal
- 10.01.2021 – 31.12.2021 | Teilnahme am Flying Faculty Programm der Deutsch-Jordanischen Universität, Gastdozent
- 01.10.2016 – 30.09.2020 | Professor für Nachhaltiges Ressourcenmanagement | Universität Innsbruck, Österreich
- 01.01.2015 – 06.11.2019 | Gruppenleiter am Lehrstuhl für Hydrologie und Flussgebietsmanagement, Fakultät für Bau-, Geo- und Umwelt | Technische Universität München, Deutschland
- 31.10.2012 – 17.02.2017 | Vorstandsmitglied und Gründer des akademischen Spin-offs der Universität Trient Smart Hydrogeological Solutions srl | Italien
- 15.04.2011 – 31.03.2015 | Freiberuflicher wissenschaftlicher Berater (Grundwasserrisikobewertung, Grundwassersanierung, angewandte Forschungsprojekte, Patentmanagement und -anmeldung)
- 01.09-2015 – 31.10.2015 | Gastdozent an der Fakultät für Bauwesen, Umwelt und Maschinenbau | Universität Trient, Italien
- 01.04.2013 – 15.01.2015 | Post-Doctoral Fellow am Zentrum für Angewandte Geowissenschaften | Universität Tübingen, Deutschland
- 01.11.2013 – 10.12.2013 | Gastwissenschaftler an der Fakultät für Bauingenieurwesen | Universidad de Chile, Chile
- 21.03.2011 – 20.03.2013 | Post-Doctoral Fellow an der Abteilung für Bau- und Umwelt | Universität Trient, Italien
Schlüsselpublikationen
- Chiogna G., Eberhardt C., Grathwohl P., Cirpka O.A. and Rolle M. (2010), Evidence of compound dependent hydrodynamic and mechanical transverse dispersion by multi-tracer laboratory experiments, Environ. Science and Technology, 44, 666-693. doi:10.1021/es9023964
- Chiogna G., Hochstetler D. L., Bellin A., Kitanidis P. K. and Rolle M. (2012), Mixing, entropy and reactive solute transport, Geophys. Res. Lett., 39, L20405. doi:10.1029/2012GL053295.
- Chiogna G., Cirpka O.A., Rolle M. and Bellin A. (2015) Helical flow in three-dimensional non-stationary anisotropic heterogeneous porous media. Water Resour. Res. doi: 10.1002/2014WR015330.
- Marcolini G., Bellin A. and Chiogna G. (2017) Performance of the Standard Normal Homogeneity Test for the homogenization of mean seasonal snow depth time series, International Journal of Climatology 37 (S1), 1267-1277
- Chiogna G., Marcolini G., Liu W., Pèrez Ciria T. and Tuo Y. (2018) Coupling hydrological modelling and support vector regression to model hydropeaking in alpine catchments Sci. Tot. Env., 633, 220-229
- Pérez Ciria T, Labat D, Chiogna G*. (2019). Recent and historical effects of hydropeaking on streamflow time series at multiple spatial and temporal scales in the Adige and Inn River Basins. Journal of Hydrology, 124021
- Bittner, D., Parente, M. T., Mattis, S., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2020). Identifying relevant hydrological and catchment properties in active subspaces: An inference study of a lumped karst aquifer model. Advances in Water Resources, 135, 103472.
- Matiu, M., Crespi, A., Bertoldi, G., Carmagnola, C. M., Marty, C., Morin, S., … & Kotlarski, S. (2021). Observed snow depth trends in the European Alps 1971 to 2019. The Cryosphere, 1-5
- Basilio Hazas, M., Marcolini, G., Castagna, M., Galli, M., Singh, T., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2022). Drought conditions enhance groundwater table fluctuations caused by hydropower plant management. Water Resources Research, 58(10), e2022WR032712.
- Richieri, B., Bittner, D., Hartmann, A., Benettin, P., van Breukelen, B. M., Labat, D., & Chiogna, G. (2023). Using continuous electrical conductivity measurements to derive major solute concentrations in karst systems. Hydrological Processes, 37(6), e14929.
2025
- Alqadi, M., Zaharieva, S., Commichau, A., Disse, M., Koellner, T., & Chiogna, G. (2025). Developing and Implementing a Decision Support System-Integrated Framework for Evaluating Solar Park Effects on Water-Related Ecosystem Services. Sustainability, 17(7). https://doi.org/10.3390/su17073121
- Ji, H., Chiogna, G., Chang, W., Richieri, B., Chen, L., Luo, M.,... Huang, K. (2025). Investigating the structure of a multiple karst aquifer system and its hydrological process response using high-resolution multi-tracer data. Journal of Hydrology, 657. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133152
- Ji, H., Chiogna, G., Richieri, B., Fan, X., Huang, K., Chen, C.,... Zhao, H. (2025). High-frequency dual-tracer approach to identify contaminant transport pathways and quantify migration behaviors in karst underground river system. Journal of Hydrology, 662. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133935
- Venus, T.E., Ola, O., Alp, M., Bätz, N., Bejarano, M.D., Boavida, I.,... Hayes, D.S. (2025). The power of hydropeaking: Trade-offs between flexible hydropower and river ecosystem services in Europe. Ecological Economics, 233. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2025.108583
- Ye, Y., Liu, S., Chiogna, G., Lu, C., & Rolle, M. (2025). Density Effects on Mixing in Porous Media: Multi-dimensional Flow-Through Experiments and Model-Based Interpretation. Transport in Porous Media, 152(4). https://doi.org/10.1007/s11242-025-02161-9
- Ziliotto, F., Basilio Hazas, M., Muhr, M., Ahmadi, N., Rolle, M., & Chiogna, G. (2025). Relevance of Local Dispersion on Mixing Enhancement in Engineering Injection and Extraction Systems in Porous Media: Insights from Laboratory Bench-Scale Experiments and Modeling. Transport in Porous Media, 152(3). https://doi.org/10.1007/s11242-025-02155-7
- v. Wenczowski, S., Sakai, Y., Casas-Mulet, R., Chiogna, G., Geist, J., & Manhart, M. (2025). Assessing the Impact of Weak Buoyancy Effects on Hyporheic Exchange: A Study by Pore-Resolved Direct Numerical Simulation. Transport in Porous Media, 152(9). https://doi.org/10.1007/s11242-025-02192-2
- Çallı, K., Chiogna, G., Bittner, D., Sivelle, V., Labat, D., Richieri, B.,... Hartmann, A. (2025). Karst Water Resources in a Changing World: Review of Solute Transport Modeling Approaches. Reviews of Geophysics, 63(1). https://doi.org/10.1029/2023RG000811
2024
- Basilio Hazas, M., Marcolini, G., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2024). Indicators for the Assessment of the Impact of Hydropeaking on Aquifers. Geophysical Research Letters, 51(12). https://doi.org/10.1029/2023GL107611
- Chiogna, G., Marcolini, G., Engel, M., & Wohlmuth, B. (2024). Sensitivity analysis in the wavelet domain: a comparison study. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 38(4), 1669-1684. https://doi.org/10.1007/s00477-023-02654-3
- Friedrich, S., Gerner, A., Tarantik, M., Chiogna, G., & Disse, M. (2024). Assessment of rewetting scenarios under varying climate conditions in a partially restored raised bog in Bavaria, Germany. Journal of Hydrology: Regional Studies, 52. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101695
- Richieri, B., Bittner, D., Sivelle, V., Hartmann, A., Labat, D., & Chiogna, G. (2024). On the value of hydrochemical data for the interpretation of flow and transport processes in the Baget karst system, France. Hydrogeology Journal. https://doi.org/10.1007/s10040-024-02801-2
- Schaffhauser, T., Tuo, Y., Hofmeister, F., Chiogna, G., Huang, J., Merk, F., & Disse, M. (2024). SWAT-GL: A new glacier routine for the hydrological model SWAT. Journal of the American Water Resources Association. https://doi.org/10.1111/1752-1688.13199
- van Tiel, M., Aubry-Wake, C., Somers, L., Andermann, C., Avanzi, F., Baraer, M.,... Yapiyev, V. (2024). Cryosphere–groundwater connectivity is a missing link in the mountain water cycle. Nature Water, 2(7), 624-637. https://doi.org/10.1038/s44221-024-00277-8
2023
- Alqadi, M., Al Dwairi, A., Merchán-Rivera, P., & Chiogna, G. (2023). Presentation of DeMa (Decision Support Software and Database for Wellfield Management) and Its Application for the Wadi Al Arab Wellfield. Water, 15(2). https://doi.org/10.3390/w15020331
- Basilio Hazas, M., Ziliotto, F., Lee, J., Rolle, M., & Chiogna, G. (2023). Evolution of plume geometry, dilution and reactive mixing in porous media under highly transient flow fields at the surface water-groundwater interface. Journal of Contaminant Hydrology, 258. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2023.104243
- Hayes, D.S., Bruno, M.C., Alp, M., Boavida, I., Batalla, R.J., Bejarano, M.D.,... Venus, T.E. (2023). 100 key questions to guide hydropeaking research and policy. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 187. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113729
- Hofmeister, F., Graziano, F., Marcolini, G., Willems, W., Disse, M., & Chiogna, G. (2023). Quality assessment of hydrometeorological observational data and their influence on hydrological model results in Alpine catchments. Hydrological Sciences Journal-Journal Des Sciences Hydrologiques, 68(4), 552-571. https://doi.org/10.1080/02626667.2023.2172335
- Hofmeister, F., Venegas, B.R., Sentlinger, G., Tarantik, M., Blume, T., Disse, M., & Chiogna, G. (2023). Automated streamflow measurements in high-elevation Alpine catchments. River Research and Applications, 39(10), 2079-2091. https://doi.org/10.1002/rra.4203
- Manoj J, A., Pérez Ciria, T., Chiogna, G., Salzmann, N., & Agarwal, A. (2023). Characterising the coincidence of soil moisture – precipitation extremes as a possible precursor to European floods. Journal of Hydrology, 620. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129445
- Richieri, B., Bittner, D., Hartmann, A., Benettin, P., van Breukelen, B.M., Labat, D., & Chiogna, G. (2023). Using continuous electrical conductivity measurements to derive major solute concentrations in karst systems. Hydrological Processes, 37(6). https://doi.org/10.1002/hyp.14929
2022
- Alqadi, M., Aldwairi, A., Margane, A., Brueckner, F., Schneider, M., Merchán-Rivera, P., & Chiogna, G. (2022). Development of a User-friendly Tool for Groundwater Wellfields Management. In Proceedings of the IAHR World Congress (pp. 3347-3356). Granada, ESP: International Association for Hydro-Environment Engineering and Research.
- Basilio Hazas, M., & Chiogna, G. (2022). Effects of Highly Transient Boundary Conditions on Groundwater Solute Transport. In Proceedings of the IAHR World Congress (pp. 3832-3840). Granada, ESP: International Association for Hydro-Environment Engineering and Research.
- Basilio Hazas, M., Marcolini, G., Castagna, M., Galli, M., Singh, T., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2022). Drought Conditions Enhance Groundwater Table Fluctuations Caused by Hydropower Plant Management. Water Resources Research, 58(10). https://doi.org/10.1029/2022WR032712
- Basilio Hazas, M., Ziliotto, F., Rolle, M., & Chiogna, G. (2022). Linking mixing and flow topology in porous media: An experimental proof. Physical Review E, 105(3). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.105.035105
- Beddrich, J., Gupta, S., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2022). The importance of topographic gradients in alpine permafrost modeling. Advances in Water Resources, 170. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2022.104321
- Hofmeister, F., Arias-Rodriguez, L.F., Premier, V., Marin, C., Notarnicola, C., Disse, M., & Chiogna, G. (2022). Intercomparison of Sentinel-2 and modelled snow cover maps in a high-elevation Alpine catchment. Journal of Hydrology X, 15. https://doi.org/10.1016/j.hydroa.2022.100123
- Hofmeister, F., Spadina, A., & Chiogna, G. (2022). Coupling Support Vector Machine and physically-based Hydrological Modeling for Reducing the Computational Time in Climate Change Studies. In Proceedings of the IAHR World Congress (pp. 4827-4836). Granada, ESP: International Association for Hydro-Environment Engineering and Research.
- Merchán-Rivera, P., Basilio Hazas, M., Marcolini, G., & Chiogna, G. (2022). Propagation of hydropeaking waves in heterogeneous aquifers: effects on flow topology and uncertainty quantification. GEM - International Journal on Geomathematics, 13(1). https://doi.org/10.1007/s13137-022-00202-9
- Merchán-Rivera, P., Geist, A., Disse, M., Huang, J., & Chiogna, G. (2022). A Bayesian framework to assess and create risk maps of groundwater flooding. Journal of Hydrology, 610. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.127797
- Pérez-Ciria, T., Labat, D., & Chiogna, G. (2022). Heterogeneous spatiotemporal streamflow response to large-scale climate indexes in the Eastern Alps. Journal of Hydrology, 615. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128698
- Singh, T., Gupta, S., Chiogna, G., Krause, S., & Wohlmuth, B. (2022). Impacts of Peak-Flow Events on Hyporheic Denitrification Potential. Water Resources Research, 58(3). https://doi.org/10.1029/2021WR031407
- Sivelle, V., Jourde, H., Bittner, D., Richieri, B., Labat, D., Hartmann, A., & Chiogna, G. (2022). Considering land cover and land use (LCLU) in lumped parameter modeling in forest dominated karst catchments. Journal of Hydrology, 612. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.128264
2021
- Alqadi, M., Al Dwairi, A., Dehnavi, S., Margane, A., Al Raggad, M., Al Wreikat, M., & Chiogna, G. (2021). A novel method to assess the impact of a government’s water strategy on research: A case study of Azraq Basin, Jordan. Water, 13(15). https://doi.org/10.3390/w13152138
- Bittner, D., Engel, M., Wohlmuth, B., Labat, D., & Chiogna, G. (2021). Temporal Scale-Dependent Sensitivity Analysis for Hydrological Model Parameters Using the Discrete Wavelet Transform and Active Subspaces. Water Resources Research, 57(10). https://doi.org/10.1029/2020WR028511
- Bittner, D., Richieri, B., & Chiogna, G. (2021). Unraveling the time-dependent relevance of input model uncertainties for a lumped hydrologic model of a pre-alpine karst system 论阿尔卑斯前缘岩溶系统集总水文模型输入模型不确定性的时间相关性 Comprendre l’importance temporelle des incertitudes des modèles d’entrée pour un modèle hydrologique global d’un système karstique préalpin Desfazendo a relevância temporal das incertezas do modelo de entrada para um modelo hidrológico de um sistema de cárstico pré-alpino Análisis de la relevancia temporal de las incertidumbres en los modelos de entrada para un modelo hidrológico compuesto en un sistema kárstico prealpino. Hydrogeology Journal, 29(7), 2363-2379. https://doi.org/10.1007/s10040-021-02377-1
- Matiu, M., Crespi, A., Bertoldi, G., Maria Carmagnola, C., Marty, C., Morin, S.,... Weilguni, V. (2021). Observed snow depth trends in the European Alps: 1971 to 2019. Cryosphere, 15(3), 1343-1382. https://doi.org/10.5194/tc-15-1343-2021
- Merchán-Rivera, P., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2021). Identifying Stagnation Zones and Reverse Flow Caused by River-Aquifer Interaction: An Approach Based on Polynomial Chaos Expansions. Water Resources Research, 57(12). https://doi.org/10.1029/2021WR029824
- Ziliotto, F., Basilio Hazas, M., Rolle, M., & Chiogna, G. (2021). Mixing Enhancement Mechanisms in Aquifers Affected by Hydropeaking: Insights From Flow-Through Laboratory Experiments. Geophysical Research Letters, 48(21). https://doi.org/10.1029/2021GL095336
2020
- Bittner, D., Parente, M.T., Mattis, S., Wohlmuth, B., & Chiogna, G. (2020). Identifying relevant hydrological and catchment properties in active subspaces: An inference study of a lumped karst aquifer model. Advances in Water Resources, 135. https://doi.org/10.1016/j.advwatres.2019.103472
- Bittner, D., Rychlik, A., Klöffel, T., Leuteritz, A., Disse, M., & Chiogna, G. (2020). A GIS-based model for simulating the hydrological effects of land use changes on karst systems – The integration of the LuKARS model into FREEWAT. ENVIRON MODELL SOFTW , 127. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2020.104682
- Bittner, D., Sheikhy Narany, T., Kohl, B., Disse, M., & Chiogna, G. (2020). Corrigendum to “Modeling the hydrological impact of land use change in a dolomite dominated karst system” (Journal of Hydrology (2018) 567 (267–279), (S0022169418307789), (10.1016/j.jhydrol.2018.10.017)). Journal of Hydrology, 580. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124191
- Marchina, C., Zuecco, G., Chiogna, G., Bianchini, G., Carturan, L., Comiti, F.,... Penna, D. (2020). Alternative methods to determine the δ2H-δ18O relationship: An application to different water types. Journal of Hydrology, 587. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124951
- Olarinoye, T., Gleeson, T., Marx, V., Seeger, S., Adinehvand, R., Allocca, V.,... Hartmann, A. (2020). Author Correction: Global karst springs hydrograph dataset for research and management of the world’s fastest-flowing groundwater (Scientific Data, (2020), 7, 1, (59), 10.1038/s41597-019-0346-5). Scientific Data, 7(1). https://doi.org/10.1038/s41597-020-00590-3
- Olarinoye, T., Gleeson, T., Marx, V., Seeger, S., Adinehvand, R., Allocca, V.,... Hartmann, A. (2020). Global karst springs hydrograph dataset for research and management of the world’s fastest-flowing groundwater. Scientific Data, 7(1). https://doi.org/10.1038/s41597-019-0346-5
- Pérez Ciria, T., & Chiogna, G. (2020). Intra-catchment comparison and classification of long-term streamflow variability in the Alps using wavelet analysis. Journal of Hydrology, 587. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124927
- Pérez Ciria, T., Puspitarini, H.D., Chiogna, G., François, B., & Borga, M. (2020). Multi-temporal scale analysis of complementarity between hydro and solar power along an alpine transect. Science of the Total Environment, 741. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.140179
- Ye, Y., Chiogna, G., Lu, C., & Rolle, M. (2020). Plume deformation, mixing, and reaction kinetics: An analysis of interacting helical flows in three-dimensional porous media. Physical Review E, 102(1). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.102.013110
2019
- Alqadi, M., Margane, A., Raggad, M.A., Subah, H.A., Disse, M., Hamdan, I., & Chiogna, G. (2019). Implementation of simple strategies to improve wellfield management in arid regions: The case study of Wadi Al Arab Wellfield, Jordan. Sustainability, 11(21). https://doi.org/10.3390/su11215903
- Cano-Paoli, K., Chiogna, G., & Bellin, A. (2019). Convenient use of electrical conductivity measurements to investigate hydrological processes in Alpine headwaters. Science of the Total Environment, 685, 37-49. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.166
- Marcolini, G., Koch, R., Chimani, B., Schöner, W., Bellin, A., Disse, M., & Chiogna, G. (2019). Evaluation of homogenization methods for seasonal snow depth data in the Austrian Alps, 1930–2010. International Journal of Climatology, 39(11), 4514-4530. https://doi.org/10.1002/joc.6095
- Pérez Ciria, T., Labat, D., & Chiogna, G. (2019). Detection and interpretation of recent and historical streamflow alterations caused by river damming and hydropower production in the Adige and Inn river basins using continuous, discrete and multiresolution wavelet analysis. Journal of Hydrology, 578. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2019.124021
- Rügner, H., Schwientek, M., Milačič, R., Zuliani, T., Vidmar, J., Paunović, M.,... Grathwohl, P. (2019). Particle bound pollutants in rivers: Results from suspended sediment sampling in Globaqua River Basins. Science of the Total Environment, 647, 645-652. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.027
- Sheikhy Narany, T., Bittner, D., Disse, M., & Chiogna, G. (2019). Spatial and temporal variability in hydrochemistry of a small-scale dolomite karst environment. Environmental Earth Sciences, 78(9). https://doi.org/10.1007/s12665-019-8276-2
- Teixeira Parente, M., Bittner, D., Mattis, S.A., Chiogna, G., & Wohlmuth, B. (2019). Bayesian Calibration and Sensitivity Analysis for a Karst Aquifer Model Using Active Subspaces. Water Resources Research, 55(8), 7086-7107. https://doi.org/10.1029/2019WR024739
2018
- Bittner, D., Narany, T.S., Kohl, B., Disse, M., & Chiogna, G. (2018). Modeling the hydrological impact of land use change in a dolomite-dominated karst system. Journal of Hydrology, 567, 267-279. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.10.017
- Chiogna, G., Marcolini, G., Liu, W., Pérez Ciria, T., & Tuo, Y. (2018). Coupling hydrological modeling and support vector regression to model hydropeaking in alpine catchments. Science of the Total Environment, 633, 220-229. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.162
- Chiogna, G., Skrobanek, P., Narany, T.S., Ludwig, R., & Stumpp, C. (2018). Effects of the 2017 drought on isotopic and geochemical gradients in the Adige catchment, Italy. Science of the Total Environment, 645, 924-936. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.07.176
- Tuo, Y., Marcolini, G., Disse, M., & Chiogna, G. (2018). A multi-objective approach to improve SWAT model calibration in alpine catchments. Journal of Hydrology, 559, 347-360. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2018.02.055
- Tuo, Y., Marcolini, G., Disse, M., & Chiogna, G. (2018). Calibration of snow parameters in SWAT: comparison of three approaches in the Upper Adige River basin (Italy). Hydrological Sciences Journal-Journal Des Sciences Hydrologiques, 63(4), 657-678. https://doi.org/10.1080/02626667.2018.1439172
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- Chiogna, G., Santoni, E., Camin, F., Tonon, A., Majone, B., Trenti, A., & Bellin, A. (2014). Stable isotope characterization of the Vermigliana catchment. Journal of Hydrology, 509, 295-305. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2013.11.052
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- Chiogna, G., Hochstetler, D.L., Bellin, A., Kitanidis, P.K., & Rolle, M. (2012). Mixing, entropy and reactive solute transport. Geophysical Research Letters, 39(20). https://doi.org/10.1029/2012GL053295
- Cirpka, O.A., Rolle, M., Chiogna, G., De Barros, F.P., & Nowak, W. (2012). Stochastic evaluation of mixing-controlled steady-state plume lengths in two-dimensional heterogeneous domains. Journal of Contaminant Hydrology, 138-139, 22-39. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2012.05.007
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- Cirpka, O.A., De Barros, F.P., Chiogna, G., & Nowak, W. (2011). Probability density function of steady state concentration in two-dimensional heterogeneous porous media. Water Resources Research, 47(11). https://doi.org/10.1029/2011WR010750
- Cirpka, O.A., De Barros, F.P., Chiogna, G., Rolle, M., & Nowak, W. (2011). Stochastic flux-related analysis of transverse mixing in two-dimensional heterogeneous porous media. Water Resources Research, 47(6). https://doi.org/10.1029/2010WR010279
- Rolle, M., Chiogna, G., Eberhardt, C., Haberer, C., Griebler, C., Cirpka, O.A., & Grathwohl, P. (2011). Two-dimensional flow-through experiments: Versatile test systems for a combined investigation of transport and reactive processes in porous media. In IAHS-AISH Publication (pp. 259-262). CHE.
2010
- Chiogna, G., Eberhardt, C., Grathwohl, P., Cirpka, O.A., & Rolle, M. (2010). Evidence of compound-dependent hydrodynamic and mechanical transverse dispersion by multitracer laboratory experiments. Environmental Science & Technology, 44(2), 688-693. https://doi.org/10.1021/es9023964
- Rolle, M., Chiogna, G., Bauer, R., Griebler, C., & Grathwohl, P. (2010). Isotopic fractionation by transverse dispersion: Flow-through microcosms and reactive transport modeling study. Environmental Science & Technology, 44(16), 6167-6173. https://doi.org/10.1021/es101179f
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Grundwasserüberschwemmungen: Entwicklung eines Ansatzes zur Risikobewertung und -kommunikation
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 19. April 2025 - 18. Oktober 2026
Mittelgeber: Deutsche Bundesstiftung UmweltDader Klimawandel vermehrt extreme Wetterereignisse verursacht, stellenGrundwasserüberschwemmungen eine zunehmende Bedrohung für Infrastruktur undöffentliche Sicherheit dar. Das Projekt GrARBeKo (Grundwasserüberschwemmungen:Entwicklung eines Ansatzes zur Risikobewertung und -kommunikation) begegnetdieser Herausforderung durch die Entwicklung einer robusten, datenbasiertenMethodik zur Risikobewertung und Öffentlichkeitsbeteiligung.Geleitetvon der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vereint dasProjekt zentrale Partner:- Okeanos Smart Data Solutions GmbH (KI und Hydroinformatik),
- Zentrum für Digitale Entwicklung GmbH (ZDE) (Bürgerbeteiligung und strategische Kommunikation),
- KI-P GmbH (Sensorintegration und Datenvisualisierung), sowie
- die Stadt Garching, die Monitoring-Infrastruktur bereitstellt und Öffentlichkeitsarbeit unterstützt.
MitGarching als Pilotstandort kombiniert GrARBeKo Grundwassermodellierung(MODFLOW) mit maschinellen Lernverfahren (ML), um schnell verfügbare,hochauflösende Überschwemmungsrisikokarten zu erstellen. Durch die Einbindungvon Bürgerinnen und Bürgern bei der Installation kostengünstiger Sensoren undder Erhebung realer Daten – etwa Wasserstände in Kellern – stärkt das Projektsowohl die technischen Modelle als auch das Bewusstsein in der Bevölkerung.Zudemzielt das Projekt darauf ab, innovative Sensortechnologien zu erproben, dieUnsicherheitsabschätzung mithilfe Bayesscher Inferenz zu verbessern undLeitlinien zu entwickeln, die von anderen Kommunen übernommen werden können.Auf diese Weise verbessert GrARBeKo die Hochwasservorsorge vor Ort und bietetzugleich ein skalierbares Modell für die Klimaanpassungsplanung.
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UnSAT-EIE - Kopplung der Boden-Aquifer-Behandlung und der technischen Injektion und Extraktion zur Verbesserung der Durchmischung an der Schnittstelle zwischen der gesättigten und der ungesättigten Zone
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2025 - 31. März 2028
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Ursachen und Risikobewertung von Grundwasserüberschwemmung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2024 - 30. September 2025
Mittelgeber: andere FörderorganisationGrundwasserüberschwemmungenkönnen schwere Schäden an Häusern, Versorgungseinrichtungen und Infrastrukturenverursachen und zu erheblichen wirtschaftlichen und soziale Kosten führen.Numerische Modelle werden eingesetzt, um diese Ereignisse zu verstehen, undbilden die Grundlage für die Erstellung von Produkten für das Risikomanagementund die Kommunikation. Im Gegensatz zu pluvialen und fluvialen Überschwemmungenist ein offenes Problem bei der Analyse der Anfälligkeit fürGrundwasserüberschwemmungen das Fehlen einer probabilistischen Bewertung, dieparametrische Unsicherheiten berücksichtigen. Daher schlagen wir einenBayes-basierten Rahmen vor, um probabilistische Risikokarten zu erstellen unddie Anfälligkeit für Grundwasserüberschwemmungen zu ermitteln. Unsere Forschungsfragen sinddeshalb:- Ist es möglich die Ursachen vonGrundwasserüberschwemmungen zu identifizieren unter Berücksichtigung derUnsicherheiten von Modellparametern und verfügbaren Messungen?- Ist es möglich mittels der Modellergebnisse einFrühwarnsystem basierend auf Grundwassermessungen zu entwickeln und validieren?- Welche technischen Maßnahmen können das Risikovon Grundwasserüberschwemmungen reduzieren und mit welchen Sicherheitsgrad?Diese Forschungsfragen werdenbeantwortet mit Hilfe der Daten, die für die Gemeinde Garching im Dezember 2023und Januar 2024 gesammelt wurden und der Messungen die im Projekt durchgeführtwerden. -
Auswirkungen des Klimawandels auf die Grundwasserspeicherung in hochalpinen Einzugsgebieten: von der Beobachtung zur Modellvorhersage
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Sensitivity of High Alpine Geosystems to Climate Change Since 1850 (SEHAG)
Laufzeit: 1. April 2024 - 31. Dezember 2025
Mittelgeber: DFG / Forschungsgruppe (FOR) -
RObuste Konzeptualisierung von Transportprozessen in Karstgrundwasserleitern
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2024 - 31. März 2025
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Konzeptionelle Modelle werden häufig dafür verwendet, um den Abfluss aus Karstquellen vorherzusagen. Die Modellierung von Stofftransportprozessen im Karst stellt hingegen nach wie vor eine Herausforderung dar. Unsere Hypothese ist, dass eine parallelisierte robuste Konzeptualisierung von Quellabfluss und Stofftransport die Modellabbildung der hydrologischen Prozesse in den verschiedenen Kompartimenten von Karstgrundwasserleitern, sprich dem Boden undEpikarst, Matrix und Lösungskanälen, deutlich verbessert. Dazu werden wir einen Kalibrierungsansatz basierend auf den verschiedenen Zeitskalen der Wavelet Transformation anwenden, um sowohl eine robuste Simulation von Quellabfluss und Stofftransport, als auch eine adäquate Modelldarstellung der relevanten hydrologischen Prozesse zu erhalten. Mit Hilfe von experimentellen Ergebnissen aus ereignisbasierten Probenahmekampagnen werden wir zeitlich hochaufgelöste Zeitreihen der elektrischen Leifähigkeit in die dominanten Ionenkonzentrationen zerlegen, um relevante Faktoren zu ermitteln, die die Transportprozesse in den verschiedenen Kompartimenten von Karstsystemen beeinflussen. Auf der Grundlage unserer Erkenntnisse werden wir Stofftransportmodelle unterschiedlicher Komplexität entwickeln und anhand mehrererKarstsysteme validieren. -
Capacity building for management and governance of MICROplastics in DRINKing water resources of Danube Region
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2024 - 20. Juni 2026
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) (seit 2018)
URL: https://interreg-danube.eu/projects/microdrink -
Auswirkung des Oberflächenwassermanagement auf die Grundwassermischung in alpinen Einzugsgebieten
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2024 - 31. März 2025
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Geophysikalische Strömungen sind gewöhnlich durch komplexes räumliches und zeitliches dynamisches Verhalten charakterisiert, das die Ausbreitung von gelösten Stoffen, deren Verdünnung und reaktives Vermischen bestimmt. Ineffizientes Vermischen, charakteristisch für Strömungen mit geringer Reynoldszahl wie bei Grundwasserströmungen, kann die effektive Reaktionsrate im System wesentlich verringern. Das Vermischen ist insbesondere im Zusammenhang mit der Verschmutzung von Grundwasserkörpern relevant, da es hierbei den Schadstoffabbau hemmen kann. In Anbetracht von geringer Vermischung spielen die Topologie der Strömung und kinetische Prozesse wie das Ausdehnen und Falten bei zahlreichen räumlichen und zeitlichen Skalen eine zentrale Rolle in der Quantifizierung und im Verständnis von Verbleib und Verhalten der Schadstoffe. Unsere Hypothese dieses Projektes ist, dass die dynamische Interaktion zwischen Oberflächen- und Grundwasser eine zentrale Bedeutung für die exakte Quantifizierung der Vermischung in porösen Grundwasserleitern hat. Insbesondere beabsichtigen wir zu untersuchen, wie das Oberflächenwassermanagement in alpinen Einzugsgebieten, welche von starken anthropogenen Einflüssen beeinträchtigt sind (Schwall-/ Sunkbetrieb bei Wasserkraftwerken), Mischungsprozesse bei zahlreichen zeitlichen Skalen (mehrstündlich, täglich, wöchentlich, saisonal) steuert. Das Projekt zielt darauf ab, geeignete topologische und kinematische Maße zu entwickeln und anzuwenden. Diese können als Prädiktoren für Mischungen, für die Entwicklung von neuen numerischen Ansätzen zur Lösung inverser Probleme unter solch komplexen und transienten Bedingungen und für das Abschätzen von Parameterunsicherheiten verwendet werden. Neben numerischen Simulationen werden die in diesem Projekt entwickelten Methoden in einer echten Fallstudie (Etsch-Grundwasserleiter in Trient, Italien) geprüft.Die Neuheit des beabsichtigten Forschungsvorhabens liegt in der Untersuchung i) des Einflusses von Oberflächenmanagement in alpinen Einzugsgebieten auf Grundwasserströmung in alluvialen Grundwasserleitern (d.h. jenseits der hyporheischen Zone); ii) des Einflusses von stark transienten Grenzflächenübertragungsbedingungen auf die Topologie von zweidimensionalen und dreidimensionalen Grundwasserströmungen; iii) der Entwicklung von präzisen numerischen Inversion-Algorithmen zur Lösung von Grundwasserströmung unten stark transienten Randbedingungen; iv) der Quantifizierung der Unsicherheit im Zusammenhang mit Modellvorhersagen unter Berücksichtigung von hydrogeologischen Parameterunsicherheiten sowie Unsicherheiten, die die transienten Grenzflächenbedingungen betreffen. -
Chaotische Advektion in porösen Medien: Die Suche nach experimentellen Beweisen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2024 - 31. Dezember 2026
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das Mischen von Flüssigkeiten ist in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik von größter Bedeutung. In porösen Medien sind Mischprozesse normalerweise ineffizient. Eine Verbesserung der Durchmischung kann potenziell durch eine Verbesserung derSchadstofffahnenverformung durch Dehnung und Faltung des Strömungsfeldes unter Verwendung von Injektions-Extraktions-Systemen oder in Systemen, die von Natur aus eine komplexe instationäre Dynamik aufweisen, wie z.B. die Wirkung von Gezeiten,erreicht werden. Frühere Studien wurden auf mehreren räumlichen Skalen (d.h. Poren-, Darcy-, Feld- und Regionalskala) durchgeführt, wobei hauptsächlich theoretische und Modellierungsansätze verwendet wurden. Experimentelle Studien hingegen, die unterkontrollierten Bedingungen durchgeführt wurden, sind nur spärlich vorhanden. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt zielt darauf ab, die Auswirkungen der chaotischen Advektion auf den Transport gelöster Stoffe in gesättigten porösen Medien unter kontrollierten Laborbedingungen experimentell nachzuweisen. Die experimentellenArbeiten werden von der Entwicklung neuer fortschrittlicher numerischer Methoden begleitet, die in der DUNE-Umgebung (Distributed Unified Numerics Environment) entwickelt werden, um eine genaue modellgestützte Interpretation der Ergebnisse zuermöglichen. Darüber hinaus werden auch multiparametrische Studien durchgeführt, um die realistischen Szenarien zu untersuchen, die den Rahmen von Laborexperimenten sprengen. Dieses Forschungsprojekt ist innovativ, da folgende Punkte untersuchtwerden: 1) Die Auswirkung der nichtlinearen Geschwindigkeitsabhängigkeit der Dispersion und des Nicht-Fick‘schen Transports im Allgemeinen auf die chaotische Advektion; 2) Die Auswirkung der unvollständigen Vermischung auf der Porenskala auf die effektive Vermischungsverstärkung durch chaotische Advektion; 3) Die Auswirkung der Verzögerungs- und Dichteeffekte, die den Transport von gelösten Stoffen chemischrelevanter Spezies beeinflussen, auf die durch chaotische Advektion erzielte Vermischungsverstärkung; 4) Die Auswirkung der chaotischen Advektion auf reaktiven Transport. Darüber hinaus zielen wir darauf ab, die fehlende Verbindung zwischen den Metriken, die die chaotische Advektion und die Vermischung auf der Darcy-Skalabeschreiben, herzustellen. Dies kann durch eine modellgestützte Interpretation der in diesem Forschungsprojekt gesammelten experimentellen Ergebnisse erreicht werden.