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Hydrologie und Stoffdynamik kleiner Einzugsgebiete

Prozesse und Modelle

Hrsg.: Erich J. Plate; Erwin Zehe

2008. XI, 366 Seiten, 193 Abbildungen, 90 Tabellen, 17x24cm, 890 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-510-65238-9, brosch., price: 59.00 €

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hydrologie abfluss schadstoffe wasserhaushalt vorfluter

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Beschreibung top ↑

Welcher Anteil des Niederschlagswassers gelangt von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bäche und Flüsse? Wie stark und mit welchen Stoffen ist dieses abfließende Wasser belastet? Wie sehen die langfristigen Folgen aus?

Dies sind wichtige Fragestellungen für Landwirtschaft und Umweltschutz, die nur durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransports, also vom Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis hin zum Abfluss ins Oberflächengewässer, beantwortet werden können.

Die Autoren entwickelten ein numerisches Modell, CATFLOW, mit dem der Stofftransport in kleinen Einzugsgebieten sowohl für kurze als auch für lange Zeiträume simuliert werden kann. CATFLOW wurde auf Basis detaillierter Felduntersuchungen konzipiert und arbeitet als virtuelle Landschaft, die es ermöglicht, hydrologische Bedingungen zu simulieren, die in der Natur nur mit großem Aufwand zu erforschen wären.

Exemplarisch gezeigt wird die hydrologische Modellierung am Beispiel einer Lösslandschaft im Kraichgau (Südwestdeutschland), dem Weiherbachgebiet, das von Experten aus 15 Fachgebieten in Feld-, Labor- und numerischen Studien aufwändig untersucht wurde.

Das Buch ist eine allgemeine und umfassende Darstellung von kleinräumigen hydrologischen Prozessen im punktuellen cm-Bereich bis hin zum kleinen Einzugsgebiet. Diese abgestimmte Kombination von Theorie, Feldmessung und numerischer Modellierung ist zukunftsweisend für die moderne Hydrologie.

Bespr.: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung 52.2008, H.3, S. 150 top ↑

Welcher Anteil des Niederschlagswassers gelangt von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bäche und Flüsse? Wie stark und mit welchen Stoffen ist dieses abfließende Wasser belastet? Wie sehen die langfristigen Folgen aus? Dies sind wichtige Fragestellungen für Landwirtschaft und Umweltschutz, die allein durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransports, also vom Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis zum Abfluss ins Oberflächengewässer, beantwortet werden können.

Die Autoren entwickeln ein numerisches Modell, CATFLOW, mit dem der Stofftransport in kleinen Einzugsgebieten sowohl über kurze als auch über lange Zeiträume simuliert werden kann. CATFLOW wurde auf Basis detaillierter Felduntersuchungen konzipiert und ist sozusagen eine virtuelle Landschaft, mit der hydrologische Bedingungen simuliert werden können, die in der Natur nur mit großem Aufwand zu erforschen wären.

Exemplarisch gezeigt wird die hydrologische Modellierung am Beispiel einer Lösslandschaft im Kraichgau (Südwestdeutschland), dem Weiherbachgebiet, das von Experten aus 15 Fachgebieten in Feld-, Labor- und numerischen Studien aufwändig untersucht wurde.

Hydrologie und Wasserbewritschaftung 52.2008, H.3, S. 150

Bespr.: Korrespondenz Wasserwirtschaft 7/08 1.Jg. Nr. 7 Juli 2008 S. 384 top ↑

Welcher Anteil des Niederschlagswassers gelangt von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bäche und Flüsse? Wie stark und mit welchen Stoffen ist dieses abfließende Wasser belastet? Wie sehen die langfristigen Folgen aus? Dies sind wichtige Fragestellungen für Landwirtschaft und Umweltschutz, die allein durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransports, also vom Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis hin zum Abfluss ins Oberflächengewässer, beantwortet werden können. Die Autoren entwickelten ein numerisches Modell, CATFLOW, mit dem der Stofftransport in kleinen Einzugsgebieten sowohl über kurze als auch über lange Zeiträume simuliert werden kann. CATFLOW wurde auf Basis detaillierter Felduntersuchungen konzipiert und ist sozusagen eine virtuelle Landschaft, mit der hydrologische Bedingungen simuliert werden können, die in der Natur nur mit großem Aufwand zu erforschen wären. yp> Exemplarisch gezeigt wird die hydrologische Modellierung am Beispiel einer Lösslandschaft im Kraichgau (Südwestdeutschland), dem Weiherbachgebiet, das von Experten aus 15 Fachgebieten in Feld-, Labor- und numerischen Studien aufwändig untersucht wurde. Das Buch ist eine allgemeine und umfassende Darstellung von kleinräumigen hydrologischen Prozessen im punktuellen Zentimeterbereich bis hin zum kleinen Einzugsgebiet. Diese abgestimmte Kombination von Theorie, Feld-Messung und numerischer Modellierung ist zukunftsweisend für die moderne Hydrologie.

Korrespondenz Wasserwirtschaft 7/08 1. Jg. Nr. 7 Juli 2008 S. 384

Bespr.: WasserWirtschaft 7-8/2008, 98. Jg., S. 30 top ↑

Für Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und Umweltschutz spielt die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransports, also vom Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis hin zum Abfluss ins Oberflächengewässer heute eine wichtige Rolle. Diese Zusammenhänge von kleinräumigen hydrologischen Prozessen im punktuellen cm- Bereich bis hin zum kleinen Einzugsgebiet werden in dem neuen Buch erläutert und Möglichkeiten zur Modellierung des Stofftransport in derartigen Gebieten mit Hilfe des numerisches Modells CATFLOW aufgezeigt. Die Möglichkeiten der hydrologischen Modellierung werden beispielhaft anhand des interdisziplinär untersuchten Weiherbachgebietes im Kraichgau (Südwestdeutschland) verdeutlicht.

WasserWirtschaft 7-8/2008, 98. Jg., S. 30

Bespr.: Fischer & Teichwirt 10/2008 top ↑

Immer wieder stellen sich bei der Untersuchung der Wasserqualität von Oberflächengewässern die Fragen: Welcher Anteil des Niederschlagswassers gelangt von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bäche und Flüsse? Wie stark und mit welchen Stoffen ist dieses abfließende Wasser belastet? Wie sehen die langfristigen Folgen aus?

Diese wichtigen Fragestellungen für Landwirtschaft und Umweltschutz können durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransportes, also beim Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis hin zum Abfluss ins Oberflächengewässer, beantwortet werden.

Die Autoren haben ein numerisches Modell, CATFLOW, entwickelt, mit dem der Stofftransport in kleinen Einzugsgebieten sowohl über kurze als auch über lange Zeiträume simuliert werden kann.

Exemplarisch gezeigt wird die hydrologische Modellierung am Beispiel einer Lösslandschaft im Kraichgau (Südwestdeutschland), die von Experten aus 15 Fachgebieten in Feld-, Labor- und numerischen Studien untersucht wurde.

Die abgestimmte Kombination von Theorie, Feldmessungen und numerischer Modellierung gilt als zukunftsweisend für die moderne Hydrologie.

Dr. Hartmut Poschwitz

Fischer \& Teichwirt 10/2008

Bespr.: der Aufschluss (1) Januar/Februar 2009 top ↑

Das Buch von PLATE und ZEHE fasst auf etwa 360 S einen großen Teil der Modellierungsmöglichkeiten in der Hydrologie zusammen. Während sich die ersten Kapitel den Modellierungsansätzen widmen, die sehr präzise dargestellt und in ihrer Charakteristik beschrieben werden, zeigen die folgenden Kapitel 3 bis 6 die Ergebnisse der Untersuchungen eines kleinen Einzugsgebiets, dem des Weiherbachs im Kraichgau, dezidiert auf. Die in den 1980er und 1990er Jahren durchgeführten Untersuchungen, an denen eine Vielzahl von Wissenschaftlern beteiligt waren, ermöglichten auf der Grundlage einer einmaligen Erkenntnisfülle den Test verschiedenster Modellierungssysteme und -werkzeuge. Die Stärken und Schwächen der Modellierungsansätze werden bei diesen Untersuchungen bis ins Detail deutlich und von den jeweiligen Autoren der Kapitel dezidiert dargestellt. Selbstverständlich liegt dabei ein Schwerpunkt auf den im Rahmen der Projekte neu entwickelten Modellierungssysteme und -werkzeuge. Die Einbeziehung anderer Modellierungssysteme und -werkzeuge beschränkt sich jedoch nicht nur auf die umfangreichen Literaturhinweise, sondern wurde auch, wie an den Ergebnissen und vergleichenden Darstellungen absehbar, in die Untersuchungen einbezogen.

Das relativ kleine Untersuchungsgebiet ermöglicht insbesondere eindimensionale und klein- bis mesoskalige Experimente, Beobachtungen und Modellierungen und die Betrachtungen einer Vielzahl von Prozessen, wobei jedoch eindeutig der Schwerpunkt auf den Wasserhaushalts- und Transportprozessen der ungesättigten Zone und den Oberflächenabflussprozessen liegt. Daneben werden aber auch z.B. Sedimentations- und Erosionsprozesse betrachtet.

Die Expertise der Herausgeber und der Autoren gewährleistet die in allen Kapiteln vorhandene sehr hohe Qualität der wissenschaftlichen Darstellungen. Das Buch avanciert damit zu einem „Muss“ für jeden Hydrologen und auch die Wissenschaftler der Nachbardisziplinen gewinnen ganz sicher neue Erkenntnisse aus der allerdings nicht ganz leichten Lektüre.

Wolfgang GOSSEL

der Aufschluss (1) Januar/Februar 2009

Bespr.: Journal of Plant Nutrition and Soil Science 6/2008 S. 945 top ↑

Hintergrund für dieses Buch bildet das vom BMBF geförderte Vorhaben „Prognose der Gewässerbelastung durch Stofftransport in einem kleinen ländlichen Einzugsgebiet“, häufig auch als „Weiherbachprojekt“ bezeichnet. Für die Wasserbewirtschaftung solcher Einzugsgebiete ist die Kenntnis und Prognose punktueller und diffuser Stoffeinträge aus landwirtschaftlich genutzten Flächen notwendig. Im vorliegenden Buch werden anschaulich und umfassend die Erfassung und Modellierung von Wasser- und Stoffflüssen auf verschiedenen Skalen am Beispiel des Einzugsgebietes Weiherbach behandelt. Basierend auf langjährigen und detaillierten Felduntersuchungen im Weiherbachgebiet (die Arbeiten begannen Ende der 1980er Jahre) wurde das numerische Modell CATFLOW zur Simulation des Stofftransportes in kleinen Einzugsgebieten entwickelt. Mit diesem Buch finden diese Arbeiten ihren vorläufigen Abschluss.

Das Buch gliedert sich inhaltlich in sechs Kapitel. Einführend werden kurz die Skalenabhängigkeit hydrologischer Prozesse, die Wasser- und Stoffdynamik auf der Punktskala sowie konzeptionelle hydrologische Modelle und offene Fragen und der Forschungsbedarf abgehandelt. Im Kapitel 2 werden Prozessmodelle zur Beschreibung des Wasser- und Stofftransportes auf verschiedenen Skalen – von der Punktskala über die Hangskala bis zur Einzugsgebietsskala – vorgestellt. Kapitel 2 enthält auch eine ausführliche Darstellung des Modellsystems CATFLOW. Die Charakterisierung des Untersuchungsgebietes erfolgt in Kapitel 3. Das vierte Kapitel befasst sich mit den im Rahmen des Weiherbachprojektes durchgeführten experimentellen Untersuchungen. Dabei wird in Unterkapiteln zwischen der Gebietscharakterisierung, der Parameterbestimmung, der Messung von Zustandsgrößen und Stoffflüssen und der Prozessaufklärung unterschieden. Ergebnisse zur Modellanwendung auf verschiedenen Skalen werden in Kapitel 5 präsentiert, wobei auch ausführlich Fragen der Modellsensitivität und der Modellunsicherheit diskutiert werden. Abschließend werden in Kapitel 6 Schlussfolgerungen zur Hydrologie und des Stofftransportes in kleinen Einzugsgebieten sowie ein Ausblick auf weitere Forschungsfragen gegeben.

Dieses Buch zeichnet sich durch eine gute Mischung von Theorie, Messung und numerischer Modellierung aus. Der Stand der hydrologischen Forschung wird ansprechend und lesenswert dargelegt. Damit kann dieses Buch sowohl für Studenten als auch für Wissenschaftler und Praktiker uneingeschränkt empfohlen werden.

K. SCHWÄRZEL, Tharandt

Journal of Plant Nutrition and Soil Science 6/2008 S. 945

Bespr.: Beiträge zur Hydrogeologie Jg. 2007/2008 S. 241-242 top ↑

Das vorliegende Buch stellt den Abschluss eines mehrjährigen, geförderten Forschungsprojekts dar, dessen Beginn im Jahre 1988 lag und als Gemeinschaftsarbeit von Instituten der Universität Karlsruhe, der Universität Heidelberg, der Landwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalt des Landes Baden-Württemberg und Arbeitsgruppen aus Dresden und Bayreuth durchgeführt und im Jahre 1997 offiziell abgeschlossen wurde. Die 22 Autoren des Buches legen nun eine umfangreiche Zusammenfassung der verschiedenen Forschungsarbeiten in sechs Kapiteln vor.

Ausgehend von Anforderungen an die Qualitätsstandards bei Grundwasserkörpern, wie sie in der EU-Wasserrahmenrichtlinie vorgegeben sind, war es inhaltliches Ziel, Modellierungsgrundlagen zum Stofftransport aus kleinen landwirtschaftlich betonten Einzugsgebieten zu schaffen. Die Problematik der numerischen Modellierung von Wasser- und Stofftransportprozessen sowohl im Kurzzeit- als auch im Langzeitverlauf führte zur Einrichtung eines Testgebietes (Weiherbacheinzugsgebiet) im Lössgebiet des Kraichgaus zwischen Heidelberg und Karlsruhe. Die Datenerhebung erfolgte auf kleinräumiger Skale. Entsprechend der Zielformulierung sollte das Testgebiet exemplarisch für Lössgebiete in Mittelgebirgslandschaften stehen und im Verein mit den zu entwickelnden Modellen als „ ... ‚virtuelle Landschaft“ verwendet werden können, um die zu erwartende Variabilität der Prozesse des Wasser- und Stofftransports zu untersuchen und allgemeingültige Erkenntnisse abzuleiten“.

Im Kapitel 1 (Einführung) erfolgt eine grundlegende Begriffsklärung zur Stofftransportmodellierung, zu den Skalenabhängigkeiten hydrologischer Prozesse, zur Bodenwasser- und Stoffdynamik auf verschiedener Skale und zu verschiedenen Modellkonzepten. Für die tiefergehende Beschäftigung werden auch offene Fragen und der Forschungsbedarf angeführt. Den Abschluss des Kapitels bildet die Begründung für die Auswahl des Untersuchungsgebietes und die Wahl des Modell- und Untersuchungskonzepts.

Im Kapitel 2 (Prozessmodelle zur Beschreibung des Wasser- und Stofftransports) werden im Detail die physikalischen und hydrologischen Grundlagen der verschiedenen Modellkonzeptebenen (Eingangs-, Prozess-, Ausgangs- und Entscheidungsebene) beschrieben, und zwar wiederum auf verschiedenen Skalenebenen. Schließlich wird die Struktur des verwendeten Modellsystems CATFLOW vorgestellt und Bezüge zum ebenfalls physikalisch basierten System MIKESHE hergestellt.

Das Kapitel 3 (Charakterisierung des Untersuchungsgebietes) liefert eine detaillierte Beschreibung der naturräumlichen Grundlagen nach Topographie, Geologie und Morphologie, nach Bodentypen und Bodenarten, nach Wasserhaushalt und nach Landnutzung.

Im Kapitel 4 (Experimentelle Untersuchungen im Rahmen des Weiherbachprojekts) wird gezeigt, dass für ein umfassendes Prozess- und Systemverständnis verschiedenste Teilstudien notwendig sind. So wurden neben der Gewinnung von Zeitreihen zur Be schreibung des Langzeitverhaltens der wichtigen hydrologischen Parameter, wie z. B. Niederschlag, Wind, Strahlung, Prozessstudien zum Transportverhalten gelöster Substanzen, verschiedener Herbizidtypen, durchgeführt, was auch Tracerexperimente mit einschloss. Auf einer Hanglage wurde zur Regionalisierung der Sickerwasserbewegung mit Bromid ein großflächiger (ca. 1 ha) Versuch durchgeführt und der Bromidtransport im Sickerwasser über zwei Jahre an über 600 Profilen von 1 bis 4 m Tiefe untersucht. Weitere Versuche umfassten Untersuchungen zur Stickstoffdynamik und Laboruntersuchungen zum Abbau- und Adsorptionsverhalten von Herbiziden.

Im Kapitel 5 (Simulation von Wasser- und Stoffdynamik auf verschiedenen Skalen: Modellvalidierung, Modellsensitivität und -unsicherheit) wird speziell auf das System CATFLOW eingegangen und mit den vorhandenen Eingangsdaten das Weiherbachsystem auf verschiedenen Skalenebenen modelliert.

Im abschließenden Kapitel 6 (Hydrologie und Stofftransport in kleinen Lössgebieten) werden die Untersuchungsergebnisse zusammengefasst und Schlussfolgerungen zur räumlichen Übertragbarkeit der Ergebnisse sowie generell zur Anwendbarkeit physikalisch basierter hydrologischer Modelle gezogen. Eine der Schlussfolgerungen war die Bedeutung von Prozessuntersuchungen zum Verständnis struktureller hydrologischer Zusammenhänge sowie die Begrenzung der Übertragbarkeit der Ergebnisse, die die Autoren auf die Verhältnisse des Kraichgaus beschränken.

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass mit dem vorliegenden Buch ein tiefergehender Einblick in eine sehr detailreiche Forschungsarbeit geboten wird, die vor allem dem Prozessverständnis zu Wasser- und Stofftransport in einem kleinen Einzugsgebiet gewidmet ist. Interessenten für diese Bereiche der Einzugsgebietshydrologie kann das Buch hinsichtlich Forschungsansatz und Systematik des Vorgehens nur empfohlen werden.

Ralf Benischke

Beiträge zur Hydrogeologie Jg. 2007/2008 S. 241-242

Bespr.: gwf Wasser Abwasser 2-3/2009 Jg. 150 top ↑

Welcher Anteil des Niederschlagswassers gelangt von landwirtschaftlich genutzten Flächen in Bäche und Flüsse? Wie stark und mit welchen Stoffen ist dieses abfließende Wasser belastet? Wie sehen die langfristigen Folgen aus?

Dies sind wichtige Fragestellungen für Landwirtschaft und Umweltschutz, die nur durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette des Wasser- und Stofftransports, also vom Stoffeintrag von Herbiziden, Mineralstoffen und chemischen Substanzen über die Niederschlagsereignisse bis hin zum Abfluss ins Oberflächengewässer, beantwortet werden können.

Die Autoren entwickelten ein numerisches Modell, CATFLOW, mit dem der Stofftransport in kleinen Einzugsgebieten sowohl für kurze als auch für lange Zeiträume simuliert werden kann. CATFLOW wurde auf Basis detaillierter Felduntersuchungen konzipiert und arbeitet als virtuelle Landschaft, die es ermöglicht, hydrologische Bedingungen zu simulieren, die in der Natur nur mit großem Aufwand zu erforschen wären.

Exemplarisch gezeigt wird die hydrologische Modellierung am Beispiel einer Lösslandschaft im Kraichgau (Südwestdeutschland), dem Weiherbachgebiet, das von Experten aus 15 Fachgebieten in Feld-, Labor- und numerischen Studien aufwändig untersucht wurde.

Das Buch ist eine allgemeine und umfassende Darstellung von kleinräumigen hydrologischen Prozessen im punktuellen cm-Bereich bis hin zum kleinen Einzugsgebiet. Diese abgestimmte Kombination von Theorie, Feldmessung und numerischer Modellierung ist zukunftsweisend für die moderne Hydrologie.

gwf Wasser Abwasser 2-3/2009 Jg. 150 S. 199

Bespr.: Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Heft 2 (April) 53. Jg. top ↑

Die Europäische Wasserrahmenrichtlinie fordert eine gesamthafte Betrachtung aller die Was­sergüte beeinflussenden Faktoren. Nicht nur punktförmige Einleitungen aus Kläranlagen etc. sollten bei einer Bewirtschaftung des Gewässers berücksichtigt werden, sondern auch flächenhaft aus einem – vornehmlich landwirtschaftlich genutzten – Einzugsgebiet einge­schwemmte Verschmutzungen. Aus dieser Fragestellung erwächst die Notwendigkeit, opera­tive Werkzeuge für die Simulation von Wasser- und Stoffflüssen als Basis einer Beurteilung von Bewirtschaftungsvarianten zur Verfügung zu haben. Hierbei muss nicht nur der Ober­flächenabfluss sondern auch der oft mit Düngestoffen und/oder Pflanzenschutzmitteln be­lastete unterirdische Abfluss simuliert werden. Die relevanten Prozesse laufen bei Hochwas­ser sehr rasch ab, bei Mittel- oder Niederwasser hingegen langsam. Somit sollte ein Simulati­onsmodell Zeitskalen von wenigen Minuten bis zu Monaten abdecken können und die physi­kalischen und chemischen Vorgänge prozessnah beschreiben. Ein derartiges Prozessmodell hat zu Ende der Achtziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts nicht existiert. Das Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft (IHW) der Universität Karlsruhe stellte sich der Aufgabe, ein solches Modell zu entwickeln und wählte als Modellgebiet das Einzugsgebiet des 6,3 km² großen Weiherbaches in der Lösslandschaft des Kraichgaues (zwischen Heidelberg und Karlsruhe). Schon zum Zeitpunkt der Entstehung des Projektes war es eines der Ziele, nicht nur eine für den Weiherbach maßgeschneiderte Lösung zu finden, sondern das Modell als „virtuelle Landschaft“ für andere, ähnliche Gebiete tauglich zu machen. Der Gesamtbericht über das Weiherbachprojekt liegt in Form des oben genannten Buches vor.

Viele Teilprozesse des zu modellierenden Naturvorganges waren zu Projektbeginn noch nicht ausreichend bekannt. Daher mussten Spezialisten für viele der Aufgaben gefunden und ins Projekt eingebunden werden. Wie viele Menschen an den Arbeiten beteiligt waren, lässt sich nur an Hand der Zahl der Koautoren des Gesamtberichtes, nämlich zweiundzwanzig, erahnen. Es dürften gut hundert Personen gewesen sein, die hier bei Prozessstudien im Feld und Modellierungsarbeiten am Computer tätig waren.

Diese Symbiose aus Feldforschung und Modellierungsarbeiten ist ein hervorstechendes Kennzeichen des Weiherbachprojektes. Ein weiteres ist das Skalenproblem. Einzelne Prozess­studien müssen auf quasi punktförmigen Testflächen in der Größenordnung von Quadrat­dezimetern durchgeführt werden, für andere dominante Prozesse ist der Schlag, für weitere der Hang und schließlich das Einzugsgebiet charakteristisch. Wie die Skalenübergänge zu vollziehen sind, war eine Kernaufgabe des Projektes. Auf das Skalenproblem war daher auch das hierarchisch gegliederte Messnetz ausgerichtet, um die Identifizierbarkeit der Prozesse auf allen Skalen testen zu können.

Der Aufbau des Buches ist hierarchisch und nach den Skalen gegliedert. Im ersten Kapitel wird ein Überblick über den Stand der Forschung bei der hydrologischen Modellierung für die Punkt-, Hang- und Einzugsgebietsskale gegeben. Kapitel 2 fasst die Modellansätze zur physi­kalisch orientierten Beschreibung des Wasser- und Stofftransportes unter Berücksichtung der Skalen zusammen. Besonderes Augenmerk wird hier auf die Zusammenhänge zwischen den dominanten Prozessen des Wasser- und Stofftransportes und der räumlichen Variabilität der Schlüsselparameter im Boden und an der Erdoberfläche gerichtet. Im 3. Kapitel wird das Testgebiet Weiherbach ausführlich charakterisiert. Das 4. Kapitel widmet sich ausführlich den Prozessuntersuchungen im Detail und ihren Ergebnissen: Bodenkarte, bodenhydraulische Pa­rameter, Makroporen und praeferenzielle Fließwege, Energie-, Feuchte-, Wasser- und Stoff­bilanzen werden skalenübergreifend analysiert. Landwirtschaftlich relevante Stoffe (Boden­teilchen, Stickstoff, Herbizide, …) und ihre Flüsse und Bilanzen werden erforscht und die Bodenerosion mit Hilfe von Beregnungsversuchen untersucht. In diesem Zusammenhang sei auf das Schlusskapitel 4.5 dieses Abschnittes 4 verwiesen, in dem eine globale Zusammen­fassung gegeben und auf die der Konzeption eines hydrologischen Messnetzes immanenten Probleme hingewiesen wird. Im 5. Kapitel werden Wasser- und Stoffflüsse auf allen Skalen simuliert, die Ergebnisse validiert und Modellsensitivitäten und –unsicherheiten quantifiziert. Das 6. Kapitel bringt eine Zusammenschau und einen Ausblick.

In Summa kann man dieses Buch ruhig als ein beachtliches Werk bezeichnen. Ein hervor­stechendes Kennzeichen ist die Verbindung von Tiefe und Breite der Forschungsarbeiten, die sich in dieser Publikation niederschlagen. Als Leser hat man Möglichkeiten, die dem EDV-Nutzer aus digitalen Landkarten, Geographischen Informationssystemen und Bildbearbei­tungsprogrammen geläufig sind: Zooming in und zooming out. Wer z.B. wissen will, wie man Regenwurmlöcher ausmessen kann, um ihren Einfluss auf die Infiltration und die Entstehung von schnellem Zwischenabfluss abzuschätzen, wird Hinweise hierzu ebenso finden wie einen klaren Überblick über Modellansätze zur Beschreibung des Abflusses in bevorzugten Fließ­wegen des Untergrundes. Dasselbe gilt für alle Probleme des Wasser- und Stoffhaushaltes, die im Bericht behandelt werden. Insofern kann diese Publikation geradezu als Handbuch gese­hen werden. Es schafft Überblick und Einblick. Dazu trägt auch die sorgfältig bearbeitete und aus allen Kapiteln des Buches zusammengeführte Literaturübersicht ganz wesentlich bei.

Es ist unvermeidlich, dass die Untersuchungsmethoden, die Resultate der Detailuntersuchun­gen und wohl auch das hieraus abgeleitete Gesamtmodell stark mit dem Naturraum verbunden ist, in dem die Arbeiten durchgeführt worden sind, also mit landwirtschaftlich genutzten Flä­chen auf Löss und unter den klimatischen Bedingungen des Kraichgaues. Ungeachtet dessen sind viele wertvolle Hinweise zur Methodik der Feldforschungen zu gewinnen, und auch Detailergebnisse, mit Vorsicht und Verstand verwendet, sind übertragbar auf andere Natur­räume. Faustformeln, wie sie sehr oft im Ingenieurwesen angewendet werden, wird man Gott sei Dank vergeblich suchen. Wollte man unbedingt ein wenig kleinliche Beckmesserei walten lassen, könnte man bekritteln, dass in einzelnen Teilberichten relativ oft der Begriff „ver­gleichbar“ auftaucht, ohne dass genauer definiert würde, was unter dieser Vergleichbarkeit zu verstehen ist. Der Leid gewohnte Naturwissenschaftler wird sich daran eher nicht sehr stoßen.

Die Arbeit der Herausgeber kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Trotz der großen Zahl von zweiundzwanzig Koautoren und ihrer unterschiedlichen Methoden und Arbeitswei­sen ist ein Buch „aus einem Guss“ entstanden. Dies wird erreicht durch die jeden größeren Abschnitt begleitende Einleitung und Zusammenfassung. Es ist leicht vorstellbar, dass die Arbeit der Editoren nicht leicht war, bis das Werk in seiner abgerundeten Form abgeschlossen war. Hinweise auf Schwierigkeiten und ungelöste Probleme sind ein wichtiger Bestandteil der Abrundung der Arbeit!

Der Publikation „Hydrologie und Stoffdynamik kleiner Einzugsgebiete – Prozesse und Mo­delle“ ist eine weite Verbreitung in Fachkreisen zu wünschen, und das aus den umfangreichen Arbeiten im Weiherbachgebiet entwickelte Modell CATFLOW verdient es, auch in anderen Einzugsgebieten angewendet und weiter entwickelt zu werden. Richtung weisende Arbeiten laufen Gefahr, lange Zeit nicht angenommen zu werden. Möge diese Erfahrung hier nicht gelten! Der auf der letzten Umschlagseite stehenden Bemerkung „Diese abgestimmte Kombi­nation von Theorie, Feldmessung und numerischer Modellierung ist zukunftsweisend für die moderne Hydrologie“ ist nichts hinzu zu fügen.

Dr. Robert Kirnbauer, TU Wien

Hydrologie und Wasserbewirtschaftung Heft 2 (April) 53. Jg. 2009 S. 122/123

Bespr.: ERDKUNDE Bd. 63 Heft 1 2009 top ↑

In den letzten Jahren sind viele Abhandlungen zum hydrologischen Prozessgeschehen in genutzten Landschaften und deren Abbildung durch Modelle in englischer Sprache erschienen. Mit diesem Lehrbuch liegt nun der aktuelle Wissenstand in der modellgestützten hydrologischen Prozessforschung in deutscher Sprache zusammengefasst vor.

Das Buch fasst Ergebnisse des vom BMBF geförderten Verbundprojektes „Prognose und Gewässerbelastung durch Stofftransport in einem ländlichen Einzugsgebiet“ zusammen. Ziel war es, neben der Analyse der Prozesse und der Entwicklung eines Prozessverständnisses ein dynamisches Modelsystem zu konzipieren und zu realisieren, welches neben den Wasserflüssen auch Stofftransport und Stoffumsätze sowohl für gelöste als auch partikulär gebundene Stoffe berechnen kann.

Der räumliche Fokus liegt auf dem landwirtschaftlich intensiv und mehrfach genutzten Einzugsgebiet des Weiherbachs (6,3 km², Baden-Württemberg) in dem viele Untersuchungen durchgeführt wurden und welches daher eine fundierte Grundlage zur Entwicklung und Anwendung von Modellen bietet. Da es sich um ein Lössgebiet handelt, verspricht man sich von den Ergebnissen und den Modellen eine Übertragbarkeit auf Gebiete mit ähnlicher Ausstattung. Lössgebiete sind in Deutschland häufig und werden meist intensiv bewirtschaftet, weshalb für ein erfolgreiches Management Aussagen zur Stoffdynamik benötigt werden.

Für das Untersuchungsgebiet wurde das prozessbasierte, mit räumlich verteilten Parametern arbeitende hydrologische Modell CATFLOW zur Simulation der Wasser- und wassergebundenen Stoffdynamik entwickelt. Das Untersuchungsgebiet wird in dem hier gewählten Diskretisierungskonzept durch idealisierte Hänge entlang der Hangfalllinien abgebildet, die auf eine Fläche bezogene werden und über ein Entwässerungsnetz miteinander verbunden sind. Mit dem Modell können zeitlich sowohl ereignisbasierte, als auch kontinuierliche Analysen durchgeführt werden. Die Teilmodelle orientieren sich am Stand der Forschung und sind weitgehend physikalisch begründet. Auch wenn das Modell detailliert beschrieben wird, ist die vorliegende Publikation mehr als ein technisches Handbuch. Vielmehr werden neben Modellkonzepten und deren Realisierung wesentliche Fragen der Regionalisierung, der Skalierung, der Modellanwendung und der Modellbewertung behandelt.

Zu Beginn geben Plate et al. einen sehr schönen Einstieg in das Thema Stofftransportmodellierung. Anschließend stellen Zehe et al. moderne Konzepte zur Modellierung des Wasser- und Strofftransportes vor und erläutern die theoretischen Grundlagen des Modells CATFLOW. Großer Wert wird auf den Einfluss von Makroporen bei der Bodenwasserdynamik gelegt, der bei anderen Autoren häufig vernachlässigt wird. Die Beschreibung der numerischen Lösungsverfahren von CATFLOW verlangt vom Leser thematisch bedingt differenzierte mathematische Kenntnisse ab.

Nach der Vermittlung essentieller theoretischer Grundlagen zum hydrologischen Prozessgeschehen und der Modellstruktur folgt die ausführliche Vorstellung des Untersuchungsgebietes. Damit wird der Weg für die folgenden zwei Schwerpunktkapitel des Buches bereitet.

Den ersten Schwerpunkt bilden empirische Untersuchungen, die als Grundlage für die Modellentwicklung im Weiherbacheinzugsgebiet stattgefunden haben. Etwa 20 Autoren stellen darin die Ergebnisse ihrer Messungen und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse zum Prozessgeschehen vor.

Im Anschluss folgt der zweite Schwerpunkt mit Beiträgen verschiedener Autoren zur Simulation der Wasser- und wassergebundenen Stoffdynamik. Die empirischen Untersuchungen des vorangegangen Kapitels ermöglichen die Parametrisierung und Ergebniskontrolle der Modellierungen. Szenarienrechungen werden durchgeführt, um Ergebnisunsicherheiten der Modellierungen zu analysieren.

Am Ende schließen die Herausgeber mit einer Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnisse und geben einen Ausblick auf zukünftige Bearbeitungsfelder prozessbasierter hydrologischer Modelle.

Das Buch richtet sich an Studenten und Wissenschaftler der Umweltwissenschaften, die einen Einstieg in die hydrologische Modellierung suchen oder ihre Kenntnisse auf dem Gebiet vertiefen möchten. Da neben der Vermittlung theoretischer Grundlagen auch Forschungsergebnisse zu speziellen Sachverhalten vorgestellt werden, ist das Buch auch für Fachleute geeignet, die spezielle Fragen zur Stoffdynamik beantwortet wissen wollen.

Leider lässt die Darstellung mancher Themenbereiche zuweilen eine klare Systematik vermissen, die es dem Leser erlaubt, Kernaussagen gezielt wahrzunehmen und in einen zusammenhängenden Kontext zu stellen. Bedingt durch die Vielzahl der Autoren, die ihre Ergebnisse in diesem Buch vorstellen, wechselt der Stil der Darstellung zwischen den Beiträgen und verhindert zuweilen, dass sich eine konsistente Argumentationslinie auszeichnet. Dies können auch die Einleitungen der Herausgeber, die den Inhalten jedes Kapitels vorstehen, nicht gänzlich verhindern. In manchen Beiträgen werden spezielle Sachverhalte beispielsweise zu Messverfahren sehr detailliert beschrieben. Durch die Vielzahl der Autoren ergeben sich zwangsläufig auch unnötige Redundanzen, die den Leser dazu verleiten könnten, wichtige Informationen im Text zu überlesen. Verweise, Hervorhebungen und Randbemerkungen, in denen Kernaussagen wiederholt werden, wären hier sicherlich hilfreich. Weiterhin sind manche Abbildungen im Text nicht für das Layout des Buches und den Graustufendruck optimiert, was zuweilen die Lesbarkeit mindert.

Zusammenfassend ist das Buch für die Beschäftigung mit der Wasser- und Stoffdynamik gut geeignet und empfehlenswert, da es den aktuellen Wissenstand zu dem Thema umfassend in kompakter Form verständlich erklärt. Es sollte in keiner umweltwissenschaftlich bezogenen Bibliothek fehlen und mit einem Preis von 59,- € ist die Paperausgabe für den interessierten Studenten und Wissenschaftler eine lohnenswerte Anschaffung.

Herwig Hölzel

ERDKUNDE Bd. 63 Heft 1 2009 S. 97-98

Bespr.: Naturschutz und Landschaftsplanung 7/2009 Juli 41. Jg. top ↑

Diffuse Stoffeinträge werden bei der Erfüllung des von der EU-Wasserrahmenrichtlinie geforderten mindestens guten ökologischen Zustands von Grund- und Oberflächengewässern ein zentrales Problem darstellen. Dieses beginnt bereits mit der Erfass- und Bewertbarkeit von Belastungen durch Sedimenteinträge, Pflanzschutz- und Düngemittel. Diese Prozesse spielen sich überwiegend in Zeitskalen von Minuten bis Stunden ab, angetrieben durch starke Niederschlagsereignisse. In einem über zehnjährigen Forschungsprojekt an der Universität Karlsruhe, an dem Vertreter aus 15 Instituten beteiligt waren, wurde ein numerisches Modell unter dem Namen CATFLOW entwickelt, um den Stofftransport in kleinen Wassereinzugsgebieten – dem quantitativ wichtigsten und zugleich am schwierigsten in den Griff zu bekommenden Eintragspfad – sowohl kurzzeitig als auch langfristig zu simulieren. Am Beispiel des Weiherbachgebiets im Kraichgau, stellvertretend für Lösslandschaften der Mittelgebirge, wurde diese hydrologische Modellierung durch Feld-, Labor- und numerische Studien validiert. Der nun vorgelegte Abschlussbericht liefert über das Fallbeispiel hinaus eine umfassende Darstellung kleinräumiger hydrologischer Prozesse und damit ganz entscheidendes Handwerkszeug, um die Aufgabenstellungen der Hydrologie in Zusammenarbeit mit der Landnutzung bei der Erfüllung der WRRL-Ziele zu meistern.

Naturschutz und Landschaftsplanung 7/2009 Juli 41. Jg.

Bespr.: Wasser und Umwelt 1/2010 top ↑

Im interdisziplinär konzipierten Forschunsprojekt Weiherbach (Kraichgau, zwischen Karlsruhe und Heilbronn) wurde der Wasser- und Stoffhaushalt in Feld- und Laborstudien sowie numerischer Modellierung (Modell CATFLOW) beispielhaft untersucht. 22 Autoren erläutern in der Schrift die kleinräumigen hydrologischen Prozesse punktuell (cm-Bereich) bis zum kleinen Einzugsgebiet. Zur räumlichen Übertragbarkeit, zu sinnvollen Anwendungsfeldern physikalisch basierter, hydrologischer Modelle schreiben die Autoren u.a.: „ . . Eine routinemäßige Anwendung eines detaillierten Modells wie CATFLOW im operationellen landwirtschaftlichen Bereich scheitert an dem Datenbedarf. Nicht in jedem Einzugsgebiet können alle erforderlichen Parameter in der notwendigen räumlichen Auflösung mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand ermittelt werden, noch können die Anfangs- und Randbedingungen detailliert genug gemessen werden. Sollte aber die Anwendung eines solchen Modells erforderlich sein, etwa um die Folgen eines Störfalles mit der Möglichkeit der Boden- und Wasserverseuchung abzuschätzen, dann muss die Anpassung immer in einem abgestimmten Programm anhand einer Kombination von Felduntersuchungen und Prozessmodellen erfolgen.“

K. Lecher, Hannover

Wasser und Umwelt 1/2010

Bespr.: Zentralblatt Geo. Pal. T. II, Jg. 2009/5-6 top ↑

Das vorliegende Buch ist das Ergebnis des „ Prognosemodells für die Gewässerbelastung durch Stofftransport aus einem kleinen, ländlichen Einzugsgebiet“, durchgeführt am Institut für Hydrologie und Wasserwirtschaft der Universität Karlsruhe. Das sogenannte „Weiherbachprojekt“ beschreibt die den Stofftransport bestimmenden Prozesse im Grundwasser in einem dynamischen Gesamtmodell.

Das Projekt, das dieses Buch zum Ergebnis hatte, war am ehemaligen Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMFT) und dort unter der Trägerschaft für das Gebiet der „Trinkwasserversorgung“ angesiedelt. Die beiden Verf. als Herausgeber vertreten eine Arbeitsgruppe aus 13 Instituten der Universität Karlsruhe und sieben weiteren Instituten in Deutschland: dem Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg, der Landwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalt des Landes Baden-Württemberg (LUFA) und Arbeitsgruppen der Universität Dresden und Bayreuth. Als Versuchsgebiet diente der Weiherbach im Kraichgau. Nach einer Einführung werden die „Prozessmodelle zur Beschreibung des Wasserund Stofftransportes“, die „Charakterisierung des Untersuchungsgebietes“, die „Experimentelle Untersuchungen im Rahmen des Weiherbachprojektes“, die „Simulation von Wasser- und Stoffdynamik auf verschiedenen Skalen: Modellvalidierung, Modellsensibilität und -unsicherheit“ und abschließend die „Hydrologie und Stofftransport in kleinen Lössgebieten“ bearbeitet.

Die verschiedenen Untersuchungen dauerten fast 10 Jahre an: Danach konnte man das Modell erproben und als „virtuelle Landschaft“ einsetzen. Es zeigt eine umfassende Darstellung der hydrologischen Prozesse vom punktuellen Befund bis hin zu einem kleinräumlichen Untersuchungsgebiet. Das Zusammenwirken der Arbeitsschritte von den theoretischen Überlegungen (Planung des Meßnetzes, darauf abgestimmte Prozessmodellentwicklung und interdisziplinäre Zusammenarbeit) über die Geländebefunde und -untersuchungen bis hin zum numerischen Modell gelten als zukunftsweisend für die Hydrologie.

Dieses bemerkenswerte Werk dürfte im Besonderen in Forschung und Lehre im Bereich der Hydrologie und Hydrogeologie und in der Wasserwirtschaft Verbreitung finden.

S. J. MARKS

Zentralblatt Geol. Pal. T. II, Jg. 2009/5-6

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Vorwort V
1 Einführung 1
1.1 Wozu braucht man die Stofftransportmodellierung? 1
1.2 Skalen in der Hydrologie 3
1.2.1 Raumskalen 3
1.2.2 Zeitskalen 4
1.2.3 Skalenabhängigkeit hydrologischer Prozesse 5
1.2.4 Hydrologische Modelle für verschiedene Skalen 6
1.3 Wasser- und Stoffdynamik auf der Punktskale 7
1.3.1 Bodenwasser im stationären Zustand 7
1.3.2 Bodenwasserdynamik auf der Punktskale 8
1.3.3 Stoffdynamik auf der Punktskale 11
1.4 Wasser- und Stoffdynamik auf der Mikro- und Mesoskale: Modelltypen
und Prozesse 14
1.4.1 Konzeptionelle hydrologische Modelle 14
1.4.2 Prozessnahe Modelle für den Wassertransport und Stofftransport
auf der Mesoskale 18
1.5 Entwicklung eines prozessnahen Gebietsmodells für Wasser- und
Stofftransport in Lösslandschaften am Beispiel des Weiherbachs 24
1.5.1 Anforderungen an das Prozessmodell und die Untersuchung 25
1.5.2 Auswahl der Region und des Einzugsgebiets 26
1.5.3 Modell- und Untersuchungskonzept 26
2 Prozessmodelle zur Beschreibung des Wasser- und Stofftransports 29
2.1 Einführung 29
2.1.1 Modellebenen hydrologischer Modellsysteme 29
2.2 Prozessansätze für die Punktskale 32
2.2.1 Grundlagen der Wasserdynamik im Boden 32
2.2.2 Prozesse an der Grenzfläche: Infiltration und Evapotranspiration 38
2.2.3 Grundlagen der vertikalen Stoffdynamik im Boden 42
2.3 Die Eingangsebene punktskaliger Modelle 49
2.3.1 Materialfunktionen und Modellparameter 49
2.3.2 Saisonale variierende und ereignisabhängige Eingangsgrößen 51
2.4 Skalenübergang von der Punkt- zur Hangskale 51
2.5 Der Hang als Modellelement der Mikroskale 52
2.5.1 Hänge als Schlüsselelemente der Landschaft 52
2.5.2 Prozesse des Wasser- und Stofftransports auf der Hangskale 52
2.5.3 Grundkonzeption des Hangmodells 53
2.5.4 Die zweidimensionale Richards- und Transportgleichung in
natürlichen Koordinaten 54
2.5.5 Prozesse an der Grenzfläche: Infiltration und Verdunstung 56
2.5.6 Abfluss der Erdoberfläche 58
2.5.7 Stofftransport auf der Hangskale 58
2.5.8 Die Eingangsebene für die Hangskale 64
2.6 Skalenübergang von der Hangskale zur Mesoskale 64
2.7 Das Modellsystem CATFLOW 65
2.7.1 Modell- und Datenstruktur 65
2.7.2 Abflusskonzentration in Einzugsgebiet 67
2.8 Die Eingangsebene von CATFLOW 68
2.8.1 Gebietszerlegung in Hänge und Entwässerungsnetz 70
2.9 Numerische Lösung der Modellgleichungen in CATFLOW 73
2.9.1 Lösung der Richards-Gleichung 73
2.9.2 Lösung der Transportgleichung 75
2.9.3 Lösung der Saint-Venant-Gleichung 78
3 Charakterisierung des Untersuchungsgebietes 81
3.1 Lage des Gebietes 81
3.2 Geologie und Morphologie 84
3.2.1 Geologische Entwicklungsgeschichte des Kraichgaus 84
3.2.2 Schichtenfolge im Weiherbachgebiet 85
3.2.3 Lagerungsverhältnisse und Tektonik 86
3.2.4 Entstehung der Tal-Asymmetrie 87
3.3 Bodentypen und Bodenarten 88
3.3.1 Bodenarten 88
3.3.2 Bodentypen 88
3.4 Wasserhaushalt und Gewässer 89
3.4.1 Abflussverhältnisse im Weiherbach: Oberflächenabfluss 90
3.4.2 Abflussverhältnisse im Weiherbach: Grundwasser 91
3.5 Boden- und Flächennutzung 93
3.5.1 Befestigte Flächen 96
3.5.2 Verbindungs- und Wirtschaftswege 97
3.5.3 Hofplätze 98
3.6 Zusammenfassung 98
4 Experimentelle Untersuchungen im Rahmen des Weiherbachprojekts 101
4.1 Einführung 101
4.1.1 Zielsetzung und Problemstellung 101
4.1.2 Struktur des Messnetzes und Abstimmung von Prozessstudien 102
4.2 Ermittlung von Parametern und Materialfunktionen 106
4.2.1 Ableitung einer Bodenartenkarte aus der Bodenschätzung 106
4.2.2 Ermittlung bodenhydraulischer Parameter für Böden des
Weiherbachgebiets 111
4.2.3 Untersuchung zu Makroporen und präferentiellen Fließwegen im Weiherbachgebiet 131
4.3 Messung von Zustandsgrößen und Bilanzierung von Wasser- und
Stoffflüssen 137
4.3.1 Messung der Energie- und Feuchtebilanz der Bodenoberfläche 137
4.3.2 Niederschlags-, Abfluss- und Bodenfeuchtemessnetz 158
4.3.3 Bilanzierung des Stoffaustrags aus dem Einzugsgebiet unter
besonderer Berücksichtigung des Abtrags von befestigten Flächen 160
4.3.4 Bodennutzungserhebung sowie pflanzen- und ackerbauliche
Untersuchungen zur Bilanzierung landwirtschaftlich relevanter Stoffe 181
4.4 Prozessaufklärung 192
4.4.1 Untersuchungen zu präferentiellem Stofftransport auf der
Punkt- und Hangskale 192
4.4.2 Tracer-Untersuchungen auf der Hangskale zur Regionalisierung
der Sickerwasserbewegung 199
4.4.3 Bilanzierung ausgewählter Herbizide landwirtschaftlich genutzter
Böden im Untersuchungsgebiet 212
4.4.3.1 Einleitung 212
4.4.3.2 Material und Methoden 213
4.4.3.3 Ergebnisse und Diskussion 219
4.4.3.4 Zusammenfassung 228
4.4.4 Untersuchungen zur Stickstoffdynamik 229
4.4.4.1 Einleitung 229
4.4.4.2 Datenerhebung 230
4.4.4.3 Regionalisierung der Nmin-Werte im Boden 233
4.4.5 Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der
Erosionsneigung von Böden als Grundlage eines Erosionsmodells 235
4.4.5.1 Einleitung 235
4.4.5.2 Geländeuntersuchungen 236
4.4.5.3 Ergebnisse der Beregnungsversuche 240
4.4.5.4 Diskussion und Ausblick 249
4.5 Schlussfolgerungen für die Konzeption eines hydrologischen
Messnetzes: eine heuristische Betrachtung 250
5 Simulation von Wasser- und Stoffdynamik auf verschiedenen Skalen:
Modellvalidierung, Modellsensitivität und -unsicherheit 253
5.1 Modellierungsziele und Strukturwissen für die Modellanpassung 253
5.1.1 Modellierungsziele 253
5.1.2 Strukturwissen für die Modellanpassung 254
5.2 Modellanwendung und Validierung auf der Punktskale 255
5.2.1 Simulation des Wasser- und Tracertransports auf der Ereignisskale 255
5.2.2 Saisonale Energie- und Feuchtebilanz an der ZMM 259
5.3 Modellanwendung und Validierung auf der Feld- und Hangskale 264
5.3.1 Langzeitsimulation des Wasser- und Tracertransports 264
5.3.2 Simulation von Erosion und Sedimentation auf der Ereignisskale 271
5.4 Modellanwendung und Validierung auf der Gebietsskale 280
5.4.1 Kontinuierliche Simulation des Niederschlag-Abflussprozesses
und des Gebietswasserhaushalts 280
5.4.2 Simulation des Nitrathaushaltes auf der Gebietsskale 293
5.5 Einfluss der raum-zeitlichen Variabilität der Anfangs-Randbedingungen
auf die Wasser- und Stoffdynamik 301
5.5.1 Vorhersagbarkeit von Transport und Abflussbildung auf der
Punkt- und Gebietsskale: Der Einfluss unsicherer Anfangsbedingungen 301
5.5.2 Transport und Abbau des Herbizids IPU auf der Feldskale:
Vergleich für einen heterogenen und einen homogenen Boden 310
5.5.3 Vorhersagbarkeit von Abflussbildung auf der Gebietsskale:
der Einfluss der räumlichen Niederschlagsvariabilität 313
5.5.4 Skalierung der spezifischen Abflussbildung mit der Größe der
Aggregationsfläche 317
6 Hydrologie und Stofftransport in kleinen Lössgebieten 321
6.1 Zusammenschau und Schlussfolgerungen 321
6.2 Ausblick 324
Literatur 327
Symbolverzeichnis 353
Sachwortverzeichnis 359