Quantifizierung und Bewertung von Fließ- und Transportmustern in der ungesättigten Zone von Forst- und Agrarökosystemen

BMBF PT BEO 51-0339476 C BITÖK-C4

Von 04/2001 bis 03/2004

Projektleiter: Bernd Huwe
Mitarbeiter: Martin Schlather
Bewilligung: 0339476 D Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Ökosystemen bei veränderter Umwelt

Die Heterogenität von Fließ- und Transportmustern in der ungesättigten Zone ist eine wesentliche Determinante des Auswaschungs- und Belastungsrisikos des Grundwassers in Forst- und Agrarökosystemen. Entscheidend geprägt werden diese Muster, wie sie zum Beispiel mittels Tracer-Experimenten gewonnen werden können, durch zeitlich persistente Faktoren wie die Struktur der oberirdischen Vegetation, die Gliederung des Wurzelsystems, sowie die Mikro- und die Makrostruktur des porösen Mediums. Der traditionellen Modellierung durch deterministische oder stochastische Ansätze auf der Basis partieller Differentialgleichungen wie der Richards-Gleichung oder der Advektions-Dispersionsgleichung sind aus ökonomischen, aber auch aus prinzipiellen Gründen (Gültigkeit der Transportgleichungen, Problem der Parameteridentifikation, stochastische Struktur von Parameterfeldern) enge Grenzen gesetzt. Die mittelfristige Prognoseleistung dieser Ansätze, z.B. zur Bewertung des Auswaschungsrisikos für Maßnahmen des Gewässerschutzes, ist daher oft unbefriedigend.
Dennoch wird der Quantifizierung und Visualisierung der Transportpfade potentieller Schadstoffe in Forst - und Agrarökosystemen bei der Bewertung des Belastungsrisikos vor allem auf Schlagniveau große Bedeutung beigemessen. In dem Projektvorhaben erfolgt daher die Quantifizierung des Fließverhaltens mit mustergenerierenden Verfahren unter Berücksichtigung einfacher ökologischer Faktoren, wie Bestandesbewuchs, Niederschlag und Bodenstruktur. Datengrundlage sind vorhandene Daten (BITÖK, Literaturdaten), ergänzende Tracer-Studien . Ziele des Projekts sind die Ableitung ökologisch aussagekräftiger Indizes, die Parametrisierung des Auswaschungsrisikos als Funktion einfacher Heterogenitätskennzahlen sowie die Erstellung eines Visualisierungstools zur interaktiven Bewertung der Fließ- und Transportmuster. Obwohl hierbei die Transportprozesse selbst nicht explizit modelliert werden, gehen wir davon aus, dass mit dieser Methodik im Vergleich zu traditionellen Verfahren aus Anwendersicht besser interpretierbare Aussagen über potentielle Risiken mit geringerem Aufwand möglich sind.

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