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Klimawandel und Wasserwirtschaft: »Gekoppelte Stofftransportmodellierung im Sicker- und Grundwasser«

Projektlaufzeit:

09/2010 - 11/2010

Projektziele:

Aufstellung eines Konzeptes zur Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Transport und Umsatz von Wasserinhaltsstoffen unter den Bedingungen der Landnutzungsänderung und des Klimawandels zur Ableitung weitergehender Empfehlungen für regionalspezifische Bewirtschaftungsmaßnahmen.
Mit der Kopplung der Modelle REPRO – ArcEGMO/PSCN – MODFLOW/MT3D-FL soll ein Prognoseinstrument für die Beschaffenheitsentwicklung im Grundwasser erarbeitet werden. Das Ziel dieser Modellkopplung besteht in der Optimierung der N-Düngung bei relevanten landwirtschaftlichen Betrieben. Das Modell PSCN fungiert dabei für die gesamte ungesättigte Zone.
Das Konzept für die Umsetzung dieser Kopplung, das in Zusammenarbeit mit dem Büro für Angewandte Hydrologie Berlin und München (BAH), der Gesellschaft für Ingenieur-, Hydro- und Umweltgeologie mbH (IHU mbH) und dem Institut für Nachhaltige Landbewirtschaftung e.V. (INL e.V.) erarbeitet wurde, ist Inhalt des Forschungsvorhabens.

Projektergebnisse:

  • Zunächst wird nur die Interaktion zwischen Boden- und Grundwasser berücksichtigt. Weitere Stoffausträge, wie insbes. Drainage und Interflow, werden als Senke im System abgebildet und vorerst nicht weiterverfolgt.
  • Die Erosion wird gleichfalls z. Zt. nicht simuliert, obwohl hierzu eine Schnittstelle im Modul ArcEGMO existiert.
  • Das Modell REPRO wurde in die Modellverkopplung für die Berechnung in ArcEGMO implementiert. Es erfolgt ein Vergleich der Stickstofffrachten aus ArcEGMO mit N-Salden aus REPRO. 
  • Die konservierende Bodenbearbeitung wird gegenwärtig durch die Parametrisierung der Bodenhorizonte berücksichtigt. Für das Grundwasserströmungsmodell MODFLOW werden die Eingangsdaten und Randbedingungen, wie die Grundwasserneubildung für die Perkolation, durch ArcEGMO geliefert.
  • Stoffumsatzprozesse in der gesättigten Zone werden zurzeit noch nicht berücksichtigt, Ausnahmen bilden Abbau- und Zerfallskonstanten (Daten können aus Säulen- und Batch-Versuchen  gewonnen werden).
  • Perspektivisch ist eine komplexe Betrachtung aller Eintragspfade im Grund- und Ober-flächenwasser in planungsrelevanter räumlicher Auflösung und Belastbarkeit vorge-sehen. Neben der physikalisch fundierten Abbildung relevanter Transport- und Um-satzprozesse als Grundlage für die Abschätzung der Beschaffenheit der Grundwasser- und Oberflächenwasserkörper infolge der Änderung der Randbedingungen ist es notwendig, eine statistische Absicherung und Belastbarkeit der Ergebnisse bzw. Handlungsempfehlungen zu erreichen.
  • Mit der Verkopplung der Modelle REPRO – ArcEGMO/PSCN wird bei den Modellsimu-lationen die Wechselbeziehung Atmosphäre – Vegetation/Bewirtschaftung – Boden auf Basis bekannter Wirkmechanismen berücksichtigt. Zukünftige Anpassungsprozesse, wie v. a. Bodenbearbeitungssysteme, sind gegenwärtig schwer abbildbar. Zudem stehen langfristige Auswirkungen des Bearbeitungsregimes auf mechanische Bodeneigen-schaften, wie Verdichtungshorizonte und Erosion, nicht im Fokus der Modellkopplung.
  • Die Modellierung des Stofftransportes innerhalb der Grundwasserzone mit dem Transportmodul MT3D-FL wird für mehrere Stoffkomponenten (Nitrat und Ammonium) in separaten Programmläufen betrachtet. Nicht modellierbar ist zum jetzigen Zeitpunkt die Wechselwirkung bei Reaktionen verschiedener Stickstoff-Spezies miteinander bzw. mit anderen Wasserinhaltsstoffen, wie u. a. organischen Kohlenstoff. 

Marginalspalte

Bild: Projekte

Ansprechpartner im LfULG

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Referat 43: Siedlungswasserwirtschaft, Grundwasser

Heiko Ihling

Abschlussbericht

Schriftenreihe Heft 41/2011 - Stofftransportmodellierung im Sicker- und Grundwasser

Schriftenreihe Heft 41/2011 - Stofftransportmodellierung im Sicker- und Grundwasser