Unsicherheiten in der Modellierung des Wasser- und Stickstoffhaushaltes von Flusseinzugsgebieten der Mikro- und Mesoskala

Abstract

Die Bedeutung mathematischer Modelle zur Darstellung des Wasser- und Stoffkreislaufs auf der Ebene von Flusseinzugsgebieten nimmt stetig zu. Die meisten Modelle werden zur Bewertung von Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität, sowie im wissenschaftlichen Bereich zur Grundlagenforschung und Szenarienanalyse verwendet.Grundlegende Voraussetzung für den Einsatz eines Modells ist dessen Anwendbarkeit für das zu untersuchende Einzugsgebiet und die zu beantwortende Fragestellung. Darüber hinaus kommt der Abschätzung von Unsicherheiten der Modellsimulationen große Bedeutung zu.Das Modell SWAT wurde auf zwei Untersuchungsgebiete angewendet, die unterschiedliche Voraussetzungen in der für die Modellierung notwendigen Datengrundlagen aufweisen. Für das Ic-Einzugsgebiet (Bretagne, Frankreich) lagen nur sehr wenige und lückenhafte Daten vor. Die Datengrundlage für das zweite Einzugsgebiet, die Wetter (Wetterau, Deutschland), war dagegen deutlich detaillierter. Folgende Ergebnisse wurden gewonnen:Aufgrund der marginalen Datenlage wurden für die Simulation des Wasser- und Stickstoffhaushaltes im Ic-Einzugsgebiet hohe Unsicherheiten festgestellt. Diese kommen unter anderem dadurch zustande, dass Parameterkombinationen ausgewählt wurden, die für Zeitschritte mit Messwerten gute Ergebnisse liefern, jedoch für die restlichen Zeitpunkte zu unterschiedlichen Werten kommen. Aus den vereinfachten Szenariensimulationen für das Ic-Einzugsgebiet konnte geschlossen werden, dass eine Kombination aus angepassterem Düngemanagement und der Anlage bzw. Renaturierung von Feuchtgebieten das höchste Potential bieten, die Nitratbelastung der Fließgewässer zu reduzieren. Für das Wetter-Einzugsgebiet hatte sich gezeigt, dass die Modellvariante, in der zusätzliche Informationen über die Verbreitung von undurchlässigen Bodenschichten in den Mittelgebirgsregionen und zur Lößmächtigkeit des Tieflandsbereich berücksichtigt wurden, die Ergebnisse mit der höchsten Simulationsgüte und den geringsten Unsicherheiten aufwies. Die Szenarienanalyse für das Wettereinzugsgebiet hat gezeigt, das im Vergleich zur aktuellen Landnutzung (Basisszenario) sich ein Multifunktionalitätsszenario (20% ökolog. Landbau, Gewässerschutzstreifen, Ackerrandstreifen) positiv auf die Abflussmenge und Gewässerqualität auswirkt. Es war eine Zunahme der Abflussmenge und eine Abnahme der Nitratkonzentration der Gewässer im betrachteten Gebiet zu verzeichnen.Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass das Modell SWAT prinzipiell für den Einsatz als Managementtool für die Wasserwirtschaft geeignet ist. Damit stellt es ein wichtiges Instrument dar, wenn es darum geht die Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie umzusetzen. Der erfolgreiche Einsatz von SWAT ist allerdings nur gegeben, wenn ein Mindestmaß von Daten zur Wasserqualität und -quantität genutzt werden können, um ein vertretbares Maß an Sicherheit in den Modellaussagen zu erreichen.