Einführung in die modellgestützte Bewertung von Umweltchemikalien: Datenabschätzung, Ausbreitung, Verhalten, Wirkung und Bewertung

ISBN-13: 9783642629266 / Niemiecki / Miękka / 2013 / 521 str.

Rainer Bruggemann;Ute Drescher-Kaden

Opis

Als roter Faden dient dem Autor hier erstmals der Bewertungsgedanke. Die Ausbreitung von Chemikalien wird modelliert, um zu sehen wo Akkumulationen denkbar sind. Bewertet werden Chemikalien in der Umwelt und die Umwelt in ihren Belastungszustanden. Dazu werden Ausbreitungsmodelle, Methoden zur Abschatzung von Substanzeigenschaften (QSAR), Wirkungsmodelle mit okologischem Hintergrund und Bewertungsverfahren vorgestellt. Der notwendige mathematische Apparat wird dabei meist Schritt fur Schritt erlautert. Das Buch eignet sich fur alle, die sich einen Uberblick uber weite Bereiche der mathematischen Modellierung von Umweltchemikalien verschaffen wollen, sowie fur Spezialisten, die sich mit Bewertungsverfahren beschaftigen. Die begleitende CD-ROM beinhaltet kleine Programme. Leser konnen damit in die Modellierung praktisch eingefuhrt werden und selbst einzelne Schwerpunkte zur Modellierung ausprobieren."

Spis treści

1 Lagepeilung.- 1.1 Wozu sind Modelle gut?.- 1.2 Bewertung, was ist das?.- 1.2.1 Erkennen von Gut und Böse.- 1.2.2 Rahmenbedingungen und Einschränkungen beim Bewertungsprozess.- 1.2.3 Vorgehensweise bei einem Bewertungsverfahren (Ranking).- 1.3 Modellgrundlagen.- 1.3.1 Begriffsklärung.- 1.3.2 Modelieinteilung.- 1.3.3 Modelibeurteilung.- 1.4 Rolle der EDV.- 1.4.1 Programme im Umweltschutzsektor.- 1.4.2 EDV-Sprachen.- 1.4.3 Rolle von Benutzeroberflächen.- 1.5 Anhang.- 1.5.1 Wichtige deutsche Vorgaben.- 1.5.2 EU-Richtlinien.- 2 Grundlagen zur Systemanalyse.- 2.1 Übersicht.- 2.2 Exposition und Wirkung.- 2.3 Wege zur mathematischen Formulierung.- 2.4 Dimensionen und Einheiten.- 2.5 Systemabgrenzung.- 2.5.1 Prinzipien.- 2.5.2 Kompartimentalisierung.- 2.6 Analyse von Gleichungssystemen.- 2.6.1 Integration, stationäre Punkte und Stabilität.- 2.6.2 Zur Lösung von Differentialgleichungen.- 3 Relationen.- 3.1 Äquivaienzrelationen und-klassen.- 3.2 Ordnungsrelationen.- 3.3 Einführung in die Graphentheorie.- 3.3.1 Übersicht.- 3.3.2 Grundbegriffe.- 3.3.3 Weitere Begriffe der Graphentheorie (die zum besseren Verständnis vereinbart werden sollten).- 4 Chemische Graphentheorie (CGT).- 4.1 Molekülcodierung.- 4.2 Matrizen in der chemischen Graphentheorie.- 4.3 Topologische indices.- 4.4 Informationstheoretische Indices.- 5 Automatische Klassifikation.- 5.1 Vorbereitende Bemerkungen.- 5.2 Merkmalsraum.- 5.2.1 Begriffe.- 5.2.2 Distanzen für quantitative Merkmale.- 5.3 Erzeugung von Klassen (Partitionen).- 5.3.1 Anforderungen.- 5.3.2 Anzahl von Partitionen.- 5.3.3 Darstellung von Partitionen.- 5.4 Agglomerative Verfahren zur Erzeugung von Partitionenhierarchien.- 5.4.1 Konstruktionsprinzip des Single Linkage Verfahrens.- 5.4.2 Andere Clusteranalyse-Verfahren.- 5.5 Minimalbäume.- 5.5.1 Clusteranalyse mit SPSS®.- 5.5.2 Algorithmus zum Single Linkage Verfahren.- 5.5.3 M inimal bäum-Erzeugung.- 5.5.4 Partitionen-Erzeugung.- 6 Daten.- 6.1 Vorbemerkung.- 6.2 Datenquellen und Informationssysteme.- 6.3 Objektmodellierung.- 6.3.1 Aufgabengebiet der Objektmodellierung in der Ökologischen Chemie.- 6.3.2 Relevante Substanzeigenschafte.- 6.3.3 Notations fragen.- 6.4 Methodenübersicht zur Eigenschaftsabschätzung.- 6.5 Property-Property-Beziehungen (PPR).- 6.5.1 PPR-Netze.- 6.5.2 Beispiele für die Berechnung einiger Substanzeigenschaften.- 6.5.3 Einzelheiten zur Abschätzung von PPRs für biologische Endpunkte.- 6.6 Struktur-Eigenschaltsbeziehungen.- 6.6.1 Beispiele zur Anwendung von Topologischen Indices.- 6.6.2 Beispiele zur Anwendung von Informationstheoretischen Indices.- 6.6.3 Inverse QSAR.- 6.6.4 QSAR im Ökosystemaren Kontext.- 6.7 Zeiheiten zu Fragment-, Substituenten- und De Novo-Verfahren.- 6.7.1 Fragmentverfahren.- 6.7.2 Substituentenmethocie.- 6.7.3 Clusteranaiyse zur Auswahl von Substituenten.- 6.7.4 De Novo-Ansatz.- 6.7.5 Zusammenfassung zu 6.7.- 7 Exposition: Netzwerkmodelle.- 7.1 Übersicht.- 7.2 Punktuelle und lokale Einträge in die Umwelt.- 7.3 Ein Einzelchemikaliennetzwerk.- 7.4 RLTEC.- 8 Exposition: Gleichgewichts- und Fugazitätsmodelle.- 8.1 EXTND.- 8.1.1 Einleitung.- 8.1.2 Gleichgewichtsverteilungsmodelle.- 8.1.3 Die Partitionskoeffizienten.- 8.1.4 Struktur-Fate-Beziehungen.- 8.1.5 Anwendungsbeispiel mit E4CHEM.- 8.1.6 Bewertung von Chemikalien nach EXTND.- 8.2 Fugazitätsmodelle.- 8.2.1 Einleitung.- 8.2.2 UNIT WORLD nach Mackay.- 8.2.3 Die Fugazität.- 8.2.4 Modellierung von Transportvorgängen.- 8.2.5 Transformationen von Chemikalien.- 8.2.6 Modellierungsansätze zur Beschreibung des mikrobiellen Abbaus.- 8.2.7 Die Levels Ibis IV.- 8.2.8 Beispielhafte Berechnungen mit den Fugazitätsmodellen.- 8.2.9 Zusammenikssung zum Konzept der Fugazitätsmodelle.- 9 Exposition: Single-Media-Modelle.- 9.1 Modellierprinzipien.- 9.1.1 Übersicht.- 9.1.2 Räumliche Skalierung.- 9.1.3 Hierarchien.- 9.1.4 Konzept des lokalen Gleichgewichts.- 9.1.5 Advektions-Dispersionsgleichung.- 9.1.6 Einführung in die Inverse Modellierung.- 9.2 Ausbreitung in Flüssen.- 9.2.1 Modellvorstellung.- 9.2.2 Anwendungen des Modells EXWAT.- 9.2.3 Anmerkung zur Modellierung von Totwasserzonen und Buhnenfeldern.- 9.3 System Boden-Pflanze.- 9.3.1 Schadstofftran sport modell im Boden.- 9.3.2 Das E4CHEM-Modul EXSOL.- 9.3.3 Beispiel: Modellierung der Aufnahme von Benzol in die Pflanze.- 9.3.4 Beispiel: Versickerung von Atrazin im Boden.- 10 Wirkung von Chemikalien.- 10.1 Vorbemerkung.- 10.2 Wirkung im ökosystemaren Kontext.- 10.2.1 Kenngrößen.- 10.2.2 Quantitative Spezies-Spezies-Relationen (QSSR).- 10.2.3 Wirkungsparameter und Bewertungsverfahren.- 10.2.4 Top-Konsumenten.- 10.3 Dynamische Wirkungsmodellierung.- 10.3.1 Das Problem.- 10.3.2 Demographische Modellierung.- 10.3.3 Logistisches Wachstum.- 10.3.4 Lotka Volterra-Systeme.- 10.3.5 Konkurrenzmodellierung.- 10.3.6 Anwendung der Zero-Isoklinen auf die Wirkung von Ghemßcalien.- 10.3.7 Notwendigkeit umfessendererModelle, um Chemikalien zu bewerten.- 10.4 Ökosystemare Modellierung.- 10.4.1 Übersicht.- 10.4.2 Trophie-Ebenen-Ansatz.- 10.4.3 Das Modell ETSYS.- 10.4.4 Das Modell POND.- 10.4.5 Bewertung von Chemikalien aus Modellsicht.- 10.5 Nahrungsnetztopologien.- 10.5.1 Motivation.- 10.5.2 Beispiele binärer Nalirungsnetztopologien.- 10.5.3 Empirische Befunde und Nahrungsnetztopologien.- 10.5.4 Interpretation, Kritikpunkte und Ausblick.- 10.5.5 Dynamische Netze.- 11 Bewertung I: Formale Ranking-Systeme.- 11.1 Einleitung.- 11.2 Kriterienhierarchie.- 11.3 Das Schutzziel „Mensch“.- 11.4 Übersicht über Ranking Systeme.- 11.5 Wassergefährdungskiassen (WGK).- 11.6 Das CHEMS-1 Verfahren.- 11.6.1 Einleitung.- 11.6.2 Datenanforderungen.- 11.6.3 Algorithmus und zusammenfassende Bewertung des Verfahrens.- 11.7 Nutzvverttheorie.- 11.8 Speziellere Verfahren aus Operation Research und Umvveltökonomie.- 11.8.1 Kosten-Nutzen-Ansatz.- 11.8.2 Das AHP-Verfahren.- 11.8.3 PROMETHEE-Verfahren.- 12 Bewertung II: Ordnungs- und Verbandstheorie.- 12.1 Hasse-Dlagrammtechnik (HDT).- 12.1.1 Einführung.- 12.1.2 Das Problem der Sortierung.- 12.1.3 Darstellung der Hasse-Diagrammtechnik (HDT).- 12.1.4 Beispiel einer vergleichenden Bewertung von schadstoffbelasteten Regionen.- 12.1.5 Bewertung von Chemikalien.- 12.1.6 „Bewertung der Bewertung durch HDT“.- 12.1.7 Zusammenfassende Beurteilung der HDT.- 12.2 Formale Begriffsanalyse (FBA).- 12.2.1 Motivation.- 12.2.2 Vom „Kontext“ zu „Begriffen“.- 12.2.3Von Kontext zum Diagramm der Verbandstheorie.- 12.2.4 Anwendung der FBA auf Chemikalien.- 12.2.5 Zusammenfassende Bewertung der FBA.- 13 Bewertung III: Nutzung von Simulationsmodellen.- 13.1 Einführung.- 13.2 BewertuQg durch das E4CHEM-Verfahren.- 13.3 Bewertung durch EUSES.- 13.3.1 Übersicht.- 13.3.2 Einzelheiten zu ELISES.- 13.3.3 Anmerkungen zu Berechnungen mit EUSES.- 13.3.4 Bewertung von EUSES.- 14 Vergleich der Bewertungssysteme.- 14.1 Einführung.- 14.2 Vergieichskriterien.- 14.3 Ergebnis.- 14.3.1 Umfang des externen Wissens.- 14.3.2 Nutzung des naturwissenschaftlichen Hintergrunds.- 14.3.3 Algorithmus für die Erstellung des Rankings.- 14.3.4 Sensitivitätsanalyse.- 14.3.5 Umgang mit fehlenden Daten.- 14.3.6 Regelung des Datenzugriffs.- 15 Ausblick.- 16 Übersicht über Software.- 16.1 Beigefügte Software.- 16.2 Nicht beigefügte Software.- 17 Literatur.- 17.1 Auf den Text bezogene Literaturstellen.- 17.2 Nützliche Literaturstellen für vertiefende Studien.- 17.2.1 Numerische Verfahren, Mathematik.- 17.2.2 Datenabschätzung.- 17.2.3 Exposition.- 17.2.4 Wirkung.- 17.2.5 Bewertung.- 17.3 Empfehlenswerte Bücher.

O autorze

Rainer Brüggemann studied chemistry at the Ludwig-Maximilians University, Munich. He received his PhD in 1977. He joined a research group in 1980 at the Technical University of Berlin. 1984 saw him move to the GSF - National Research Center for Environment and Health in Neuherberg near Munich. Since 1996 he is senior scientist at the Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries, Berlin.

Blurb

Dieses Buch unternimmt erstmals der Versuch, den Bewertungsgedanken als Leitfaden heranzuziehen. Bewertet werden wollen Chemikalien in der Umwelkt und die Umwelt in ihren Belastungszuständen. Dazu werden Ausbreitungsmodelle, Methoden zu Abschätzung von Substanzdatan (QSAR), Wirkungsmodelle mit ökologischem Hintergrund und Bewertungsverfahren vorgestellt. Der notwendige mathematische Apparat wird überwiegend Schritt für Schritt vorgeführt. Das Buch eignet sich für denjenigen, der einen Überblick über weite Bereiche der mathematischen Modellierung von Umweltchemikalien erhalten will, sowie an den Spezialisten, der sich für Bewertungsverfahren interessiert.