Stoffhaushalt und Stoffdynamik in Flusseinzugsgebieten: ein Beitrag zum Bewertungsverfahren "Hydrologische Güte"
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Freiburg i. Br.
Inst. für Hydrologie
2003
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| adam_text | Titel: Stoffhaushalt und Stoffdynamik in Flusseinzugsgebieten
Autor: Eisele, Michael
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung..........................................................................................................V
Extended English Summary.....................................................................................Vili
1 Einleitung..................................................................................................................1
1.1 Problemstellung und Zielsetzung......................................................................1
1.2 Vorgehensweise................................................................................................2
2 Theoretische Betrachtungen....................................................................................5
2.1 Stoffhaushalt und Wasserqualität.....................................................................5
2.1.1 Stoffquellen...........................................................................................5
2.1.2 Charakterisierung der gewässergüterelevanten Stoffe..........................7
2.1.2.1 Die Nährstoffe Stickstoff und Phosphor.................................7
2.1.2.2 Sonstige gewässergüterelevante Stoffe.................................10
2.1.3 Steuergrößen des Stoffaustrags aus terrestrischen Ökosystemen.......11
2.1.3.1 Einfluss der Bodennutzung...................................................11
2.1.3.2 Einfluss der Bodeneigenschaften..........................................13
2.1.3.3 Einfluss der hydrologischen Rahmenbedingungen...............14
2.1.3.4 Stofftransport........................................................................15
2.1.3.5 Stoffumsetzung und Stoffrückhalt während
des Transports.......................................................................16
2.1.4 Stoffumsätze und Wirkungen im Gewässer........................................17
2.1.5 Fazit.....................................................................................................19
2.2 Bewertung der Gewässergüte.........................................................................19
2.2.1 Aspekte der EU-Wasserrahmenrichtlinie............................................19
2.2.2 Verfügbare Bewertungsverfahren.......................................................20
2.2.3 Methodische Aspekte von Bewertungsverfahren...............................22
2.2.4 Fazit.....................................................................................................23
2.3 Methodische Ansätze zur Beschreibung von
Stoffhaushalt und Stoffdynamik.....................................................................24
2.3.1 Beschreibung aufgrund von experimentellen Daten...........................24
2.3.2 Modellansätze.....................................................................................25
2.3.3 Unsicherheit von Modellrechnungen..................................................26
2.3.4 Fazit.....................................................................................................27
3 Grundlagen.............................................................................................................29
3.1 Datengrundlage...............................................................................................29
3.2 Einzugsgebietsanalyse der Untersuchungsgebiete..........................................32
3.2.1 Allgemeine Beschreibung der Testeinzugsgebiete.............................33
3.2.1.1 Naturräumliche Lage, Topographie und Hydrographie........33
3.2.1.2 Hydroklimatische Verhältnisse.............................................36
3.2.1.3 Hydrogeologie.......................................................................38
3.2.1.4 Pedologie...............................................................................41
3.2.1.5 Landnutzung.........................................................................43
3.2.1.6 Hydrologie............................................................................45
3.2.2 Bewertung des anthropogenen Einflusses...........................................47
3.2.2.1 Naturnähe des Einzugsgebiets..............................................48
3.2.2.2 Beanspruchung des Wasserhaushalts....................................49
3.2.2.3 Ergebnis................................................................................51
3.3 Bewertung der Abflussdynamik.....................................................................53
3.3.1 Methodik.............................................................................................54
3.3.2 Ergebnis..............................................................................................54
3.4 Fazit.................................................................................................................56
4 Untersuchungen zu Stoffhaushalt und Stoffdynamik
im Dreisameinzugsgebiet.......................................................................................57
4.1 Experimentelle Untersuchungen.....................................................................57
4.1.1 Methodik.............................................................................................57
4.1.1.1 Messnetz und Messprogramm..............................................57
4.1.1.2 Datenauswertung und Frachtberechnung..............................59
4.1.2 Ergebnisse...........................................................................................62
4.1.2.1 Analyse der Stoffdynamik....................................................62
4.1.2.2 Fehleranalyse der Frachtberechnungen.................................63
4.1.2.3 Grobbilanzierung..................................................................67
4.1.2.4 Schwebstofffracht.................................................................69
4.1.3 Fazit.....................................................................................................69
4.2 Testanwendung des Wasserhaushalts- und Gewässergütemodells
NPSM/HSPF...................................................................................................70
4.2.1 Methodik.............................................................................................70
4.2.2 Ergebnisse...........................................................................................71
4.2.3 Fazit.....................................................................................................72
II
5 Der Bewertungsblock „Stoffhaushalt und Stoffdynamik .................................74
5.1 Bewertung des Stoffhaushalts.........................................................................74
5.1.1 Methodik.............................................................................................75
5.1.1.1 Quantifizierung der diffusen Einträge..................................75
5.1.1.1.1 Quantifizierung der Nährstoffüberschüsse
der landwirtschaftlichen Nutzflächen...................75
5.1.1.1.2 Quantifizierung der Nährstoffüberschüsse
der nicht landwirtschaftlich genutzten Flächen....80
5.1.1.1.3 Flächendifferenzierte Wasserbilanz.....................82
5.1.1.1.4 Flächendifferenzierte Berechnung der
diffusen Nährstoffeinträge in die Gewässer.........89
5.1.1.2 Quantifizierung der punktförmigen Einträge........................93
5.1.1.2.1 Einträge über Kläranlagen....................................94
5.1.1.2.2 Einträge über Regenentlastungen des
Mischkanalsystems...............................................94
5.1.1.3 Nährstoffbilanz der Flussgebiete..........................................96
5.1.1.3.1 Berechnung des Nährstoffrückhalts
im Gewässersystem..............................................96
5.1.1.3.2 Gesamtbilanz........................................................97
5.1.1.4 Nährstoffbilanz der Flussgebiete für den
„Potentiell Natürlichen Zustand ..........................................97
5.1.1.5 Bewertung der Parameter des Stoffhaushalts.......................99
5.1.2 Ergebnisse.........................................................................................100
5.1.2.1 Nährstoffbilanzierung.........................................................100
5.1.2.2 Abschätzung der Prognoseunsicherheit..............................106
5.1.2.3 Bewertung des Stoffhaushalts der
Untersuchungsgebiete.........................................................108
5.1.3 Fazit...................................................................................................110
5.2 Bewertung von Wasserqualität und Stoffdynamik.......................................111
5.2.1 Methodik...........................................................................................111
5.2.2 Ergebnisse.........................................................................................113
5.2.3 Fazit...................................................................................................117
6 Simulation der Stoffdynamik..............................................................................119
6.1 Methodik.......................................................................................................119
6.1.1 Wasserhaushaltsmodell.....................................................................119
6.1.2 Stickstofftransportmodell..................................................................121
6.1.3 Abschätzung der Prognoseunsicherheit und
Überprüfung des Modellkonzepts.....................................................125
III
6.2 Ergebnisse.....................................................................................................126
6.2.1 Wasserhaushalt..................................................................................126
6.2.2 Stickstofftransport.............................................................................128
6.2.3 Abschätzung der Prognoseunsicherheit............................................130
6.2.4 Überprüfung des Modellkonzepts.....................................................131
6.3 Fazit...............................................................................................................133
7 Anwendung im Rahmen der Ausweisung der Hydrologischen Güte..............135
7.1 Integration des Bewertungsblocks Stoffhaushalt und Stoffdynamik
indas Bewertungsverfahren „Hydrologische Güte .....................................135
7.2 Ableitung von Maßnahmen...........................................................................137
7.2.1 Ursache-Wirkungs-Beziehungen......................................................137
7.2.2 Maßnahmen.......................................................................................138
7.3 Bewertung von Maßnahmen.........................................................................141
7.4 Fazit...............................................................................................................143
8 Zusammenfassende Diskussion und Ausblick...................................................144
Literatur.......................................................................................................................148
Verzeichnis der Abkürzungen....................................................................................164
Verzeichnis der Symbole.............................................................................................165
Anhang..........................................................................................................................173
IV
6.2 Ergebnisse.....................................................................................................126
6.2.1 Wasserhaushalt..................................................................................126
6.2.2 Stickstofftransport.............................................................................128
6.2.3 Abschätzung der Prognoseunsicherheit............................................130
6.2.4 Überprüfung des Modellkonzepts.....................................................131
6.3 Fazit...............................................................................................................133
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7.1 Integration des Bewertungsblocks Stoffhaushalt und Stoffdynamik
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IV
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