Modellierung des Stoffhaushaltes in mesoskaligen Einzugsgebieten:
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Gießen
Institut für Bodenkunde und Bodenerhaltung
2003
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| Series: | Boden und Landschaft
39 |
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| adam_text | Titel: Modellierung des Stoffhaushaltes in mesoskaligen Einzugsgebieten
Autor: Lenhart, Thomas
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Tabellenverzeichnis.................................................................................................................III
Abbildungsverzeichnis.............................................................................................................IV
Abstract.....................................................................................................................................VI
Kurzfassung.............................................................................................................................VII
1. Einleitung...............................................................................••......*...................*............... 1
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung...................................................................................3
3. Theoretische Grundlagen...............................................................................................5
3.1 Abflussbildende Prozesse._.......«......................................._..................._............. 5
3.2 Prozesse des Stofftransportes ....................................................................................8
3.2.1 Betrachtete Größen des Stofftransportes....................................................................8
3.2.2 Stofftransportmodelle...............................................................................................14
33 Skalenprobleme............................................................................______________18
4. Material und Methoden_________________________________________________20
4.1 Untersuchungsgebiet____________________________.____________________20
4.2 Datengrundlage..............................................................................................__.......22
4.2.1 Digitales Höhenmodell........................................................................................22
4.2.2 Böden...................................................................................................................23
4.2.3 Landnutzung........................................................................................................24
4.2.4 Klimadaten...........................................................................................................24
4.2.5 Abfluss.................................................................................................................26
4.2.6 Punktuelle Einträge..............................................................................................26
4.2.7 Wasserentnahmen................................................................................................30
4.2.8 Bewirtschaftung...................................................................................................31
43 Messprocrainni ...............«.........».»«•».».»......»•».»..»...»....«...«..«•.•«.••».».•»««»»31
4.4 Modell SWAT______„_______________________________________________34
4.4.1 Methodischer Ansatz...........................................................................................34
4.4.2 Sediinentberechnung............................................................................................39
4.4.3 Nährstoffhaushalt.................................................................................................42
4.4.3.1 Stickstoff..............................................................................................................42
4.4.3.2 Phosphor..............................................................................................................49
II ___________________________________________________Inhaltsverzeichnis
4.4.4 Sensitivitätsanalyse..............................................................................................53
4.5 Modellanwendung....................................................................................................SS
4.5.1 Datenpräprozessing..............................................................................................55
4.5.2 Kalibrierung.........................................................................................................58
4.5.3 Landnutzungsszenarien........................................................................................62
5. ^flodellanpassung.............................................................................................................65
6. Methodenentwicklung Sediment...................................................................................70
6.1 Grundlage..................................................................................................................70
6.2 Konzeptioneller Ansatz............................................................................................72
6J Überprüfung der Methodik___________________________.................................74
7. Ergebnisse und Diskussion............__.............................................................................76
7.1 lCalibrierung und Validierung................................................................................76
7.1.1 Sensitivitätsanalyse..............................................................................................76
7.1.2 Sediment..............................................................................................................79
7.1.2.1 Einzugsgebiet Obere Dill......................................................................................79
7.1.2.2 Einzugsgebiet Dilje...............................................................................................83
7.1.2.3 Einzugsgebiet Dill.................................................................................................86
7.1.3 Phosphor..............................................................................................................88
7.1.4 Stickstoff..............................................................................................................91
7.2 Landnutzungseffekte_________________________________________________93
8. Offene Fragen___________________________________________________________99
9. Zusammenfassung.....™....„......„m.„...„.....„„„.„..m..„„.„„....„...„...............„............„102
10. Summary______________________________„______________________________104
11. Literatur______________________________________________________________106
12. Anhang____________________________.___________________________________123
Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 4.1: Nutzungsformen im hessischen Dill-Einzugsgebiet (1994) gemäß Landsat TM-5-
Klassifikation (Nöhles, 2000)..............................................................................24
Tabelle 4.2: Niederschlagsstationen und verfügbare Daten....................................................25
Tabelle 4.3: Klimahauptstationen und verfügbare Daten........................................................25
Tabelle 4.4: Hydrologische Messstationen im Dill-Einzugsgebiet..........................................26
Tabelle 4.5: Größenklasse und Schmutzwasseranfall..............................................................26
Tabelle 4.6: Kläranlagen im Dill-Einzugsgebiet.....................................................................27
Tabelle 4.7: Pges-Frachten aus kommunalen und industriellen Kläranlagen..........................28
Tabelle 4.8: Nitrat-Frachten aus kommunalen und industriellen Kläranlagen........................29
Tabelle 4.9: Gewässergüteparameter und ihre Nachweisverfahren.........................................33
Tabelle 7.1a: Sensitivität des Modells SWAT-G hinsichtlich verschiedener
Eingangsparameter...............................................................................................76
Tabelle 7.1b: Sensitivität des Modells SWAT-G hinsichtlich verschiedener
Eingangsparameter...............................................................................................77
Tabelle 7.2: Simulierte und gemessene Sedimentausträge in der Oberen Dill (Pegel
Dillenburg I) für den Kalibrierungs- (Juli 2000 bis Januar 2001) sowie den
Validierungszeitraum (Januar 2001 bis Juli 2001)..............................................82
Tabelle 7.3: Simulierte und gemessene Sedimentfrachten in der Dilje (Leuven, Belgien) für
den Kalibrierungs- (Oktober 1998 bis April 1999) sowie den Validierungs-
zeitraum (April 1999 bis Oktober 1999)..............................................................85
Tabelle 7.4: Simulierte und gemessene Sedimentfrachten in der Dill (Pegel Aßlar) für den
Kalibrierungs- (April 2000 bis März 2001) sowie den Validierungszeitraum
(April 2001 bis März 2002).................................................................................88
Tabelle 7.5: Simulierte und gemessene Phosphorkonzentrationen in der Dill (Pegel Aßlar) für
den Kalibrierungs- (Mai 2000 bis April 2001) sowie den Validierungszeitraum
(Mai 2001 bis März 2002)...................................................................................89
Tabelle 7.6: Simulierte und gemessene Nitratkonzentrationen in der Dill (Pegel Aßlar) für
den Kalibrierungs- (April 2000 bis März 2001) sowie den Validierungszeitraum
(April 2001 bis März 2002).................................................................................92
Tabelle 7.7: Auswirkung von Landnutzungsänderungen auf Komponenten des
Stoffhaushaltes, Dill- Einzugsgebiet, Pegel Aßlar...............................................96
IV___________________________________________________Abbildlinasverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 3.1: Stickstoffkreislauf bewirtschafteter Ökosysteme.............................................9
Abbildung 3.2: Phosphorkreislauf bewirtschafteter Ökosysteme............................................11
Abbildung 4.1: Lage des Untersuchungsgebietes....................................................................21
Abbildung 4.2: Digitales Höhenmodell des hydrologischen Einzugsgebietes der Dill (HLVA
2000, verändert) (punktierte Signatur: Hessische Landesgrenze)..................22
Abbildung 4.3: Hütte mit automatischem Probennehmer ISCO 3700....................................32
Abbildung 4.4: Verlegung des Ansaugschlauches im Gewässer.............................................33
Abbildung 4.5: Abbildung des Stickstoffhaushaltes im Modell SWAT-G (Neitsch et al.,
1999)...............................................................................................................42
Abbildung 4.6: Abbildung des Phosphorhaushaltes des Bodens im Modell SWAT-G (Neitsch
etal., 1999, verändert)....................................................................................50
Abbildung 4.7: Schematische Beziehung zwischen einer Ausgabevariablen y und einem
Parameter x.....................................................................................................53
Abbildung 4.8: Schematische Darstellung des künstlichen Einzugsgebietes..........................55
Abbildung 4.9: Lage der Teileinzugsgebiete...........................................................................58
Abbildung 4.10: Gerinneabfluss der Dill am Gebietsauslass (Pegel Afllar) (Eckhardt et al.,
2002b).............................................................................................................60
Abbildung 4.11: Landnutzungsanteile für das Dill-Einzugsgebiet, IST-Nutzung und
Szenarien unterschiedlicher mittlerer Schlaggröße generiert von ProLand...63
Abbildung 6.1: Lage der Einzugsgebiete zur Methodenüberprüfung......................................74
Abbildung 7.1: Gemessene und berechnete Sedimentkonzentrationen in der Oberen Dill am
Pegel Dillenburg I auf Tagesbasis (Juli 2000 bis Juli 2001)..........................80
Abbildung 7.2: Vergleich der berechneten Ergebnisse von ursprünglichem Ansatz und neu
entwickelter Methodik (Obere Dill, Pegel Dillenburg I)................................81
Abbildung 7.3: Gemessene und berechnete Sedimentaustrage für das Einzugsgebiet der Dijle,
Belgien auf Tagesbasis (Oktober 1998 bis Oktober 1999)............................84
Abbildung 7.4: Gemessene und berechnete Sedimentkonzentrationen in der Dill für die
Messstelle Pegel Afflar...................................................................................87
Abbildung 7.5. Gemessene und berechnete Pges-Konzentrationen in der Dill für die
Messstelle Pegel Aßlar...................................................................................88
Abbildung 7.6: Gemessene und berechnete Nitratkonzentration in der Dill für die Messstelle
Pegel ABlar auf Tagesbasis............................................................................91
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 7.7: Sedimentausträge aus dem Dill-Einzugsgebiet (Pegel Aßlar) bei variierender
mittlerer Schlaggröße.....................................................................................94
Abbildung 7.8: Zeitlicher Verlauf der Sedimentausträge aus dem Dill-Einzugsgebiet (Pegel
Aßlar) bei unterschiedlicher mittlerer Schlaggröße.......................................96
Abbildung 7.9: Flächenbezogene Nitratausträge in Abhängigkeit der mittleren Schlaggröße,
Dill Einzugsgebiet, Pegel Aßlar.....................................................................97
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