Holdings: GIS in Hydrologie und Wasserwirtschaft

GIS in Hydrologie und Wasserwirtschaft:

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Bibliographic Details
Main Author:	Fürst, Josef (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Heidelberg Wichmann 2004
Subjects:	Datenverarbeitung Mathematisches Modell Geographic information systems Hydrology > Data processing Water-supply > Mathematical models Hydrologie Wasserreserve Grundwasser Geoinformationssystem Hydrogeografie
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Literaturverz. S. 313 - 328
Physical Description:	XIV, 336 S. Ill., graph. Darst., Kt.
ISBN:	3879074135

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adam_text	8 AGEN ..................................................................... 1 EINFUEHRUNG IN GIS ...................................................................... 3 1.1 EINLEITUNG .......................................................................................... 4 ................................................................. 1.2 HISTORISCHE ENTWICKLUNG 4 ................................................................ 1.3 KOMPONENTEN EINES GIS 6 ..................................................................... 1.3.1 DIE HARDWARE 7 ....................................................................... 1.3.2 DIE SOFTWARE 8 .............................................. 1.4 WERKZEUGE (FUNKTIONEN) VON GIS 12 .................................................................... 1.5 FRAGEN UND AUFGABEN 13 .............................................................. . 1 6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 13 ......................................................................... 1.7 ZUSAMMENFASSUNG 14 RAUMBEZOGENE INFORMATION IN HYDROLOGIE UND ........................................................................ WASSERWIRTSCHAFT 15 ........................................................................................ 2.1 EINLEITUNG 16 ....................................................................................... 2.2 MOTIVATION 16 ................................................................. 2.3 DATEN UND INFORMATION 16 2.4 PROBLEMSTELLUNGEN ...................................................................... 20 2.5 FRAGEN UND AUFGABEN .................................................................... 21 .............................................................. 2.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 21 ......................................................................... 2.7 ZUSAMMENFASSUNG 21 DATENMODELLE: FORMALE ABSTRAKTIONEN DER WIRKLICHKEIT ......... 23 ....................................................................................... EINLEITUNG 24 KONZEPTIONELLE MODELLE ZUR BESCHREIBUNG REALER GEOGRAPHISCHER PHAENOMENE .......................................................... 25 ............................................................................ 3.2.1 ENTITAETEN 25 .................................................... 3.2.2 I 26 ............. 3.2.3 ENTITAETEN-MODELL ODER KONTINUIERLICHES FELD? 26 3.2.4 GEOGRAPHISCHE DATENMODELLE UND ................................ GEOGRAPHISCHE ELEMENTARELEMENTE 27 3.2.5 VEKTOR-DATENMODELLE VON ENTITAETEN ............................ 28 ................................ 3.2.6 MODELLE FUER KONTINUIERLICHE FELDER 29 3.2.7 RASTER- ODER VEKTORMODELL? ........................................... 30 DATENTYPEN ...................................................................................... 32 AXIOME UND PROZEDUREN FUER DIE BEARBEITUNG RAUMBEZOGENER DATEN ................................................................ 3 3 DATENMODELLE UND RAEUMLICHE ANALYSE ........................................ 34 ANWENDUNGSBEISPIELE FUER DATENMODELLE ............. .. .................. 35 .................................................................... 3.6.1 WASSERKOERPER 35 VLLI INHALTSVERZEICHNIS 3.6.2 KONTINUIERLICHE FELDER IN HYDROLOGISCHEN MODELLEN .......................................................................... 35 .................................................................... 3.7 FRAGEN UND AUFGABEN 36 .............................................................. 3.8 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 36 3.9 ZUSAMMENFASSUNG: ENTITAETEN ODER KONTINUIERLICHE FELDER? ........................................................................................ 37 4 DATENSTRUKTUREN FUER RAUMBEZOGENE DATEN ............................... 39 ........................................................................................ 4.1 EINLEITUNG 40 4.2 EBENEN DER MODELLBILDUNG ........................................................... 40 4.3 CO&ERUNG DER GRUNDLEGENDEN DATENMODELLE ........................... 41 4.4 DATENORGANISATION IN VEKTOR-DATENSTMKTUREN ......................... 42 ................................................................................ 4.4.1 PUNKTE 42 ................................................................................. 4.4.2 LINIEN 43 4.4.3 NETZE .............................................................................. 43 .......................................................... 4.4.4 FLAECHEN (POLYGONE) 44 4.4.5 KONTINUIERLICHE FELDER IN DREIECKSVERMASCHUNG ......................... (TIN - TRIANGULAR IRREGULAR NETWORK) 48 4.5 OBJEKTORIENTIERTE DATENSTMKTUREN .............................................. 49 4.5.1 ARC HYDRO - EIN OBJEKTORIENTIERTES ......................... DATENMODELL FUR DIE WASSENVIRTSCHAFT 51 .......................... 4.6 DATENORGANISATION IN RASTER-DATENSTMKTUREN 53 4.7 BILDER ......................................................................................... 57 4.7.1 SPEICHERUNG VON BILDERN ................................................. 57 4.7.2 GEOREFERENZIERUNG VON BILDERN ..................................... 59 4.8 KOMPAKTE SPEICHERUNG VON RASTERDATEN ................................. 60 4.8.1 SPEICHERUNG OHNE INFORRNATIONSVERLUST ........................ 61 4.8.2 KOMPRESSION VON RASTERDATEN MIT INFORMATIONSVERLUST ...................................................... 64 4.9 SPEICHERUNG VON VEKTOR- UND RASTERDATEN IN DATENBANKEN ................................................................................ 65 4.10 THEMATIK .................................................................................... 67 4.10.1 BEGRIFFE .............................................................................. 67 4.10.2 THEMATIK IN RASTERMODELLEN .......................................... 68 4.10.3 THEMATIK IN VEKTORMODELLEN ......................................... 69 4.1 0.4 THEMATISCHE HIERARCHIEN ............................................. 70 4.1 0.5 THEMATISCHE ATTRIBUTE ................................................... 73 4.1 1 THEMATIK UND TOPOLOGISCHE KONSISTENZBEDMGUNGEN .............. 73 4.12 DATENBANKEN ................................................................................... 74 4.12.1 NORMALFORMEN .............................................................. 75 .......................................................... 4.1 2.2 RELATIONALE ALGEBRA 77 4.13 GEGENUEBERSTELLUNG VON VEKTOR- UND RASTERDATENSTRUKTUREN ................................................................ 78 4.14 DATENAUSTAUSCH, NORMUNG UND STANDARDS ................................ 80 INHALTSVETZEICHNIS IX .................................................................... 4.1 5 FRAGEN UND AUFGABEN 80 .............................................................. 4.1 6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 81 ......................................................................... 4.1 7 ZUSAMMENFASSUNG 81 5 KOORDINATENSYSTEME UND KARTENPROJEKTIONEN ......................... 83 ........................................................................................ 5.1 EINLEITUNG 84 ......................................................................... 5.2 GEOREFERENZIERUNG 84 .................................. 5.2.1 GEOGRAPHISCHE LAENGE UND BREITE 84 5.2.2 DIE GESTALT DER ERDE .................................................... 85 5.2.3 ANGABE VON HOEHEN ......................................................... 87 5.2.4 GEODAETISCHE REFERENZSYSTEME ...................................... 89 ................................................................... 5.3 KARTENPROJEKTIONEN 9 0 5.3.1 EIGENSCHAFTEN DER KARTENPROJEKTIONEN ........................ 90 5.3.2 KLASSEN DER PROJEKTION (ART DES NETZBILDES) ............... 91 5.3.3 LAGE DER ABBILDUNGSFLAECHE (AECT) ................................ 93 5.3.4 BEZEICHNUNG DER PROJEKTIONEN ....................................... 94 5.3.5 AUSWAHL EINER GEEIGNETEN KARTENPROJEKTION ................ 95 5.3.6 BEISPIELE WICHTIGER PROJEKTIONEN UND I ........................................................ 95 5.3.7 UMRECHNUNG VON GEOGRAPHISCHEN KOORDINATEN ........................................ IN DAS GAUSS-ISRUGER-SYSTEM 101 5.3.8 ARCINFO UND ARCVIEW-PROJEKTIONSPARAMETER FUER ........................................................................ OSTERREICH 102 .................................................................. 5.4 FRAGEN UND AUFGABEN 103 ................................... 5.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR UND SOFTWARE 103 ....................................................................... 5.6 ZUSAMMENFASSUNG 104 6 ANALYSE VON RAUMBEZOGENEN DATEN ........................................ 105 ...................................................................................... 6.1 EINLEITUNG 106 ........................... 6.2 GEOMETRISCHE UBERLAGERUNG (OVERLAY) .. ..... 107 6.2.1 RASTER-GIS ................................................................. 107 6.2.2 GEOMETRISCHE UEBERLAGERUNG (VERSCHNEIDUNG) IRN VEKTOR-GIS ................................................................ 107 6.3 ANALYSE IM ATTRIBUTRAUM ............................................................ 109 ............................................................................ 6.3.1 ABFRAGE 109 6.3.2 GENERALISIERUNG ............................................................... 110 6.3.3 BERECHNUNGEN ............................................................. 112 ......... 6.4 INTEGRIERTE ANALYSE VON RAEUMLICHEN UND ATTRIBUTDATEN 112 .......................... 6.4.1 AUSWAHL, KLASSIFIKATION UND MESSEN 112 .................. 6.4.2 UBERLAGERUNG (VERSCHNEIDUNG, OVERLAYS) 115 ............................................... 6.4.3 OBERFLACHENOPERATIONEN 119 ................................... 6.4.4 ZUSAMMENHANG (CONNECTIVITY) 119 6.5 RASTER-GIS-FUNKTIONEN ............................................................... 123 X INHALTSVERZEICHNIS 6.6 BEISPIEL: ABGRENZUNG VON HYDROLOGISCH AEHNLICHEN GEBIETEN ........................................................................................ 124 6.7 FRAGEN UND AUFGABEN .............................................................. 126 6.8 WEITERURENDE LITERATUR ............................................................ 126 6.9 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................... 126 7 UEBERSICHT UEBER GIS-SOFTWARE UND -PRODUKTE .......................... 127 7.1 EINLEITUNG ...................................................................................... 128 7.2 GIS-TECHNOLOGIE .......................................................................... 128 7.3 VERFIIGBARKEIT VON GEODATEN ..................................................... 131 7.4 DIENSTLEISTUNGEN .................................................................... 134 7.5 FRAGEN UND AUFGABEN .................................................................. 134 7.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR ............................................................ 135 7.7 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................... 135 TEIL B: GIS IN HYDROLOGIE UND WASSERWIRTSCHAFT ..... 137 ...................... YDROLO&CHE MODELLE (UNABHAENGIG VON GIS) 141 8.2.1 RAEUMLICHE KOMPONENTEN HYDROLOGISCHER MODELLE ............................................................................ 142 8.2.2 STROEMUNGS- UND TRANSPORTPROZESSE IN DER HYDROLOGIE .................................................................... 145 .................. 8.2.3 EINE TAXONOMIE HYDROLOGISCHER MODELLE 145 8.2.4 EULER SCHE UND LAGRANGE SCHE ............................... BETRACHTUNGSWEISE DER BEWEGUNG 146 ................................................................ 8.2.5 XLODELLSTRUKTUR 147 GIS-UNTERSTUETZUNG HYDROLOGISCHER MODELLE - DIE ............................................................................ DERZEITIGE PRAXIS 148 8.3.1 HYDROLOGISCHE ABSCHAETZUNG ........................................ 148 8.3.2 ERMITTLUNG HYDROLOGISCHER PARAMETER ........................ 149 8.3.3 HYDROLOGISCHE MODELIIERUNG IM GIS .......................... 149 8.3.4 KOPPLUNG VON GIS UND HYDROLOGISCHEN .......................................................................... MODELLEN 150 PROBLEME DER INTEGRATION VON GIS UND HYDROLOGISCHEN ........................................................................................ MODELLEN 153 8.4.1 PROBLEME IN DEN HYDROLOGISCHEN MODELIEN ............... 154 8.4.2 PROBLEME IN DEN GIS ..................................................... 155 DATEN UND MODEILSTRUKTUR ......................................................... 156 8.5.1 DATEN ............................................................................... 156 8.5.2 INKOMPATIBDITAET VON GIS-DATENSTNIKNIREN MIT HYDROLOGISCHEN MODELIKONZEPTEN ............................... 159 FRAGEN UND AUFGABEN .................................................................. 161 8.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR .......................................................... 162 8.8 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................... 162 ........................... 9 INTERPOLATION VON HYDROLOGISCHEN VARIABLEN 163 EINLEITUNG ............................................................................... 1 64 REGIONALISIERUNG UND INTERPOLATION .......................................... 165 PRINZIP DER INTERPOLATION ............................................................. 167 9.3.1 DETERMINISTISCHE UND STATISTISCHE INTERPOLATIONSVERFAHREN ................................................ 168 ................................ 9.3.2 GLOBALE UND LOKALE INTERPOLATION 169 9.3.3 WAHL DER INTERPOLATIONSMETHODE ................................ 170 ............................... DETERMINISTISCHE INTERPOLATIONSVERFAHREN 174 .......................................... STATISTISCHE INTERPOLATIONSVERFAHREN 182 9.5.1 RAEUMLICHE KORRELATION ............................................ 1 8 2 ....................................... 9.5.2 GEOSTATISTISCHE INTERPOLATION 184 .................................... INTERPOLATION MIT ZUSATZINFORMATIONEN 186 9.6.1 IGIGING MIT EXTERNER DRIFT (EXTERNAL DRIFT ........................................................................... I(RIGIN9 1 86 ...................................................................... 9.6.2 CO-IGIGING 189 9.6.3 BERUECKSICHTIGUNG NICHT NUMERISCHER ..................................................... ZUSATZINFORMATIONEN 189 ........................................... HAEUFIGE PRAKTISCHE SCHWIERIGKEITEN 189 ...................... 9.71 UNGLEICHMAESSIGE VERTEILUNG DER PUNKTE 189 9.7.2 SPEZIELLE PUNKTANORDNUNGEN (ISOLINIEN, PROFILE, .............................................................................. RASTER) 191 .................................................................. FRAGEN UND AUFGABEN 194 ................................... WEITERFUEHRENDE LITERATUR UND SOFTWARE 194 ....................................................................... ZUSAMMENFASSUNG 195 10 DIGITALE HOEHENMODELLE UND IHRE ANWENDUNG ....................... 197 ...................................................................................... 1 0.1 EINLEITUNG 198 10.2 DATENSTRUKTUREN FUER DHM ..................................................... 198 10.2.1 LINIENMODELLE ................................................................. 198 10.2.2 TRIANGULIERTE IRREGULAERE NETZWERKE (TIN) .................. 199 ........................................................................... 10.2.3 RASTER 2 0 0 ......................................................... 10.3 HERKUNFT DER DHM-DATEN 200 ................................ 10.3.1 GEODAETISCHE (LAND-)VERMESSUNG 200 10.3.2 PHOTOGRAMMETRISCHE AUSWERTUNG VON ...................................................................... LUFTBILDERN 200 ................................................................... 10.3.3 LASERSCANNER 200 10.3.4 ABLEITUNG AUS DIGITALISIERTEN SCHICHTENPLAENEN ....................................... UND TOPOGRAPHISCHEN KARTEN 201 10.4 AUFLOESUNG, RAEUMLICHE VARIABILITAET UND ....................................................................... INFORMATIONSGEHALT 202 .............................................. ANWENDUNGEN IN DER HYDROLOGIE 204 10.5.1 GEFDLE UND EXPOSITION ............................................... 205 10.5.2 MIKRO.RELIEF, VARIANZFLLTER ......................................... 207 10.5.3 EFFEKTIVE SONNENSCHEINDAUER ...................................... 207 10.5.4 I ...................................... HANGNEIGUNG UND EXPOSITION 207 ERMITTLUNG HYDROLOGISCHER EIGENSCHAFTEN VON EINZUGSGEBIETEN AUS DHM ......................................................... 207 10.6.1 VIER ESSENTIELLE DATENSCHCHTEN ................................... 207 10.6.2 ERMITTLUNG VON EINZUGSGEBIETSEIGENSCHAFTEN ........... 211 10.6.3 ERMITTLUNG EINES SYNTHETISCHEN GEWAESSERNETZES ...... 213 .................................................................. FRAGEN UND AUFGABEN 214 WEITERFUEHRENDE LITERATUR ........................................................ 215 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................... 215 11 GIS-UNTERSTUETZUNG FUER DIE MODELLIERUNG DES OBERFLAECHENABFLUSSES .............................................................. 217 ..................................................................................... 1 1.1 EINLEITUNG 218 11.2 MODELLSTRUKTUR UND GIS-UNTERSTUETZUNG .................................. 220 11.3 GIS UND RAEUMLICH AGGREGIERTE MODELLE ZUR HOCHWASSERVORHERSAGE ........................................................... 220 11.3.1 ABLEITUNG DER EINHEITSGANGLINIE .................................. 221 11.4 GIS UND HALBVERTEILTE MODELLE FUER DIE GROSSRAEUMIGE ....................................................... EINZUGSGEBIETSMODEILTERUNG 224 11.5 GIS-UNTERSTUETZUNG FUER VERTEILTE NIEDERSCHLAG- ............................................................................. ABFLUSSMODELLE 227 ......................................................................... 11 S.1 ~BERBLICK 227 11.5.2 OBERFLAECHENABFLUSS ........................................................ 228 ....................................................................... 11.5.3 INFDTT-ATION 232 11 5 4 ABFLUSSBEEINFLUSSENDE HANGEIGENSCHAFTEN UND ........................................ IHRE ERMITTLUNG MITTELS GIS 232 11.5.5 GERINNEABFLUSS .............................................................. 236 ..................................................... 11.6 DAS TOPMODEL-KONZEPT 236 11.7 EROSION UND SEDIMENTTRANSPORT ................................................ 237 ........................................................... 1 1.7.1 PROBLEMSTELLUNG 237 11.7.2 STRUKTUR . STABILITAET UND ERODIERBARKEIT DES ............................................................................. BODENS 239 1 1.7.3 BODENEROSION .............................................................. 240 11.7.4 MODELLANSAETZE &R DIE EROSION ..................................... 240 ....... 11.7.5 BEISPIEL: EROSIONSMODELLIERUNG MIT IUNEROS 240 1 1.8 FRAGEN UND AUFGABEN ............................................................. 244 1 1.9 WEITERFUEHRENDE LITERATUR ............................................................ 244 11.10 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................... 244 .......... 12 GIS-UNTERSTUETZUNG FUER DIE GRUNDWASSERMODELLIERUNG 247 -. . ................................................................................... 12.1 BMLEITUNG 248 12.2 MODELIIERUNG DER REGIONALEN GRUNDWASSERSTROEMUNG ............. 249 12.3 MATHEMATISCHE MODELLE DER GNINDWASSERSTROEMUNG .............. 250 ........................................... 12.4 PARAMETER UND RANDBEDINGUNGEN 251 12.5 GRUNDWASSERMODELLE ALS ELEMENTE EINES ENTSCHEIDUNGSHDFESYSTEMS ........................................................ 252 12.6 ERSTELLUNG UND VERWALTUNG DER RAUMBEZOGENEN DATEN IM GIS ........................................................................................... 253 ............................................ 12.7 GRUNDWASSERMODELLIERUNG IRN GIS 255 12.7.1 IM GIS VOLLSTAENDIG INTEGNERTE NUMERISCHE ............................................................................. LOESUNG 255 12.7.2 SPEZIALISIERTE POSTPROZESSOREN ..................................... 256 12.7.3 AUSWERTUNG VON ANALYTISCHEN LOESUNGEN .................... 257 12.7.4 HYDROLOGISCHE ABSCHAETZUNGEN DURCH KARTEN- OVERLAY ............................................................................. 258 12.8 KOPPLUNG NUMERISCHER MODELLE MITTELS PRAE- UND POSTPROZESSOREN ........................................................................... 260 12.8.1 ARCGW - KOPPLUNG EINES 2D-FD-MODELLES MIT DEM GIS ARCINFO .................................................... 261 12.8.2 OEDOR - EIN GRUNDWASSER-DSS MIT ELEMENTEN DES RASTER-GIS GRASS ............................ 262 12.8.3 MFINTER - INTEGRATION VON MODFLOW IN ........................................................................... ARCVIEW 264 ............................................................................. 12.9 LOSE ICOPPLUNG 266 12.1 0 ANWENDUNGSBEISPIEL: AUSWEISUNG VON BRUNNENSTANDORTEN DURCH NAEHERUNGSLOESUNGEN MITTELS .................................................................. SUPERPOSITION IM GIS 268 12.10.1 PROBLEMSTELLUNG .............................................................. 268 .................................................... 12.10.2 SUPERPOSITION IRN GIS 270 12.10.3 VORBEREITUNG VON BASISSZENARIEN IM ....................................................... GRUNDWASSERMODEU 272 12.10.4 SUPERPOSITION ZUR SIMULATION EINES ........................................................... BRUNNENSZENARIOS 272 ........................................................ 12.1 0.5 BENUTZEROBERFLAECHE 274 12.10.6 VERGLEICH MIT DEN ERGEBNISSEN EINES .................................. NUMERISCHEN STROEMUNGSMODELLS 274 .................................................................. 12.1 1 FRAGEN UND AUFGABEN 276 ............................................................ 12.1 2 WEITERFUHRENDE LITERATUR 276 ....................................................................... 12.1 3 ZUSAMMENFASSUNG 276 13 GIS IN WASSERWIRTSCHAFTLICHEN INFORMATIONS- UND DECISION SUPPORT-SYSTEMEN ..................................................... 279 .................................................................................. 13.1 EINLEITUNG 2 8 0 XIV INHALTSVERZEICHNIS 13.2 UEBERBLICK YBER GIS-BASLERTE INFORMATIONS- UND DECISION SUPPORT-SYSTEME ........................................................ 280 13.2.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNG .............................................. 280 13.2.2 ELEMENTE GIS-BASIERTER DSS ....................................... 281 13.3 GIS ALS INTERDISZIPLINAERE I FALLBEISPIEL OKOSYSTEMSTU&E DONAUSTAU ALTENWOERTH ........... 283 13.4 DOLWIS - DONAU LANDSCHAFTS- UND .................................... WASSERWIRTSCHAFTS-INFORMATIONSSYSTEM 286 ................................ 13.4.1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 286 13.4.2 INFORMATIONEN IN DOLWIS ......................................... 287 ..... 13.4.3 REALISIERUNG VON DOLWIS ALS ARCVIEW-PROJEKT 289 ............. 13.4.4 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 292 ............................... 13.5 HAO - HYDROLOGISCHER ATLAS OSTERREICHS 292 ................................... 13.5.1 AUSFUEHMNGSKONZEPT DES HAOE 293 13.5.2 KARTOGRAPHISCHE UMSETZUNG MIT GIS- UNTERSTUETZUNG .......................................................... 294 13.5.3 GIS-BASIERTE AUSGABE DES HA0 296 ................................. ................................................................ 13.6 FRAGEN UND AUFGABEN 302 13.7 WEITERFIHRENDE LITERATUR 302 ............................................................ 13.8 ZUSAMMENFASSUNG ....................................................................... 302 ................................................................................... 14 AUSBLICK 305 ...................................................................................... 14.1 EINLEITUNG 306 .......................................................................... 14.2 ZUKUNFT DER GIS 306 14.3 ZUKUNFT DER GIS-BASIERTEN HYDROLOGISCHEN ................................................................................. MODELLIERUNG 308 14.3.1 OBJEKTORIENTIERTE DATENMODELLE .................................. 308 14.3.2 ERWEITERTE MODELLE FUER RAUM, ZEIT UND MASSSTAB .... 309 14.4 FRAGEN UND AUFGABEN .................................................................. 310 14.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR ........................................................... 311 14.6 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................. 311 LITERATURVERZEICHNIS ....................................................................... 313 SACHWOERTERVERZEICHNIS ....................................................................... 329
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