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Einleitung und ZielsetzungDer Wasserhaushalt der Landschaft stellt einen wichtigen Sektor im Naturhaushalt dar. Um ihn bilanzieren zu können, müssen für definierte Landschaftsräume die wesentlichen Wasserhaushaltskomponenten Niederschlag, Verdunstung, Gesamtabfluß und Grundwasserneubildung quantifiziert werden. Die Analyse des Landschaftswasserhaushaltes ist eine Voraussetzung für die Ermittlung des Nährstoffhaushaltes im Elbe-Einzugsgebiet und für die Abschätzung des Transports von Nährstoffen, die diffus in Oberflächengewässer eingetragen werden. Für die diffusen Nitrateinträge ist insbesondere der unterirdische Abfluß von Bedeutung, der sich in Grundwasser-, Zwischen- und Dränageabfluß aufteilt. Diese unterirdischen Abflußkomponenten weisen in unterschiedlichen Landschaftsräumen ein spezifisches Weg-/Zeitverhalten auf; hierdurch werden aus den durchwurzelten Bodenhorizonten ausgewaschene Nährstoffe, z.B. aus der Landwirtschaft, erst nach unterschiedlich langen Zeiträumen in die Oberflächengewässer eingetragen. Zudem finden in Abhängigkeit von den hydrochemischen Verhältnissen im oberen Grundwasserleiter Um- und Abbauprozesse während der Grundwasserpassage statt, die Auswirkungen auf Zeitpunkt und Höhe der Nährstoffeinträge haben.Wesentliches Ziel des Projektes ist es, über geeignete Parameter in großräumiger Betrachtungsweise das Zusammenspiel von Wasserhaushalt, Weg-/Zeitverhalten der einzelnen Abflußkomponenten und hydrochemischem Milieu zu analysieren. Mit Hilfe einer naturräumlichen Klassifizierung sollen typische Verhältnisse für verschiedene Landschaftseinheiten des gesamten deutschen Elbe-Einzugsgebietes ermittelt und kartographisch dargestellt werden. Hinsichtlich des Wasserhaushalts werden die Größen Verdunstung, Gesamtabfluß, Grundwasserneubildung und Direktabfluß betrachtet. Bezüglich des Weg-/Zeitverhaltens des in den Boden infiltrierten Niederschlagswassers werden die Verweilzeiten des schnellen lateralen Abflusses und die Gesamtverweilzeiten des über den Grundwasserpfad entwässernden Abflußanteils ermittelt. Um das natürliche Nitratabbauvermögen im oberen Aquifer bei der Ausweisung von austragsgefährdeten Teilregionen zu berücksichtigen, werden die Untersuchungen durch eine gebietsumfassen-de Übersicht zum hydrochemischen Milieu vervollständigt. Vorgehen und MethodikIn diesem Projekt werden keine eigenen Daten erhoben, sondern ausschließlich auf bereits vorliegende Daten zurückgegriffen. Um eine größtmögliche Akzeptanz der Ergebnisse zu erreichen, ist es notwendig, daß neben einer anerkannten Methodik ausschließlich offiziell bestätigte Eingangsdaten verwendet werden. Die benötigten Datengrundlagen stammen daher vom Deutschen Wetterdienst (Klimadaten), von der Bundesanstalt für Gewässerkunde (Einzugsgebietsgrenzen, Gewässernetz, Topographie, Abflußdaten), von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (Bodendaten), vom Statistischen Bundesamt (Daten zur Landnutzung), aus einschlägigen Kartenwerken (Daten zur Hydrogeologie) und aus weiteren Datenbeständen von zuständigen Behörden (Grundwasseranalysen aus Landesmeßprogrammen). Die Daten liegen vollständig digital vor und werden in einem Geographischen Informationssystem (GIS) verarbeitet. Verschiedene Datengrundlagen, wie z.B. Bodendaten oder Daten zur Hydrogeologie werden von Unterauftragnehmern aufbereitet.In einem ersten Arbeitsschritt wurde eine Grundkarte des gesamten deutschen Elbe-Einzugsgebietes im Maßstab 1:500.000 erstellt, die die Einzugsgebietsgrenzen, ein grobes Gewässernetz sowie die politischen Grenzen beinhaltet. In diesem Maßstab sind, z.T. erst nach Zuarbeit durch die Unterauftragnehmer, alle benötigten Eingangsdaten flächendeckend verfügbar. Die Grundkarte stellt den Rahmen für sämtliche im Projekt zu erarbeitenden thematischen Karten dar. Beispiel: Gebietsumfassende Analyse des WasserhaushaltsDie Analyse des Wasserhaushalts erfolgt auf der Basis langjähriger hydrologischer Mittelwerte aus dem Referenzzeitraum 1961-1990, d.h. es wird eine statische Betrachtung durchgeführt, in der Einzelereignisse nicht speziell betrachtet werden. Das gesamte Untersuchungsgebiet wird in Raster mit 1 km Seitenlänge aufgeteilt, jedem Raster werden entsprechende Mittelwerte des Bodens, des Klimas, der Nutzung etc. zugeordnet. Die Bilanzierung des Wasserhaushaltes erfolgt mit einem empirischen Simulationsmodell, wleches geeignet ist, für die betrachtete überregionale Maßstabsebene flächendifferenziert die einzelnen Wasserhaushaltskomponenten zu berechnen. Die dargestellte Karte zeigt als Beispiel die modellierte, die langjährige mittlere Gesamtabflußhöhe. Diese liefert Hintergrundinformationen über die Gebietsentwässerung und damit über die Austragsgefährdung von Pflanzennährstoffen, die an den Wasserstrom gebunden sind.
Gesamtabflußhöhen von oberhalb 300
m/a treten vor allem in weiten Teilen des nordwestlichen Elbeeinzugsgebietes
sowie in den höheren Lagen der Mittelgebirge im Süden des Elbeeinzugsgebietes
auf. Besonders geringe Gesamtabflüsse wurden für die zentralen
und die östlichen Gebiete des Elbeeinzugsgebietes berechnet. Gesamtabflußhöhen
von unterhalb 100 m/a sind dort keine Seltenheit. Allgemein wirkt sich
dort das geringe Niederschlagsdargebot von häufig weniger als 500
mm/a limitierend auf die Gesamtabflußhöhe und damit auf die
regional verfügbare Wassermenge aus.
Ergebnisverwertung und PraxisbezugDie im Projekt erarbeiteten Gesamtübersichten über die langjährige Wasserhaushaltssituation, die Verweilzeiten und das hydrochemische Milieu sowie die hierfür maßgeblichen Einflußgrößen stellen eine Ergänzung zu den Arbeiten in den mesoskaligen Modellregionen dar, die in anderen Forschungsprojekten der Elbe-Ökologie detailliert untersucht werden. So werden von den Autoren einerseits flächenbezogene Datengrundlagen aufbereitet, die zum Teil für die Forschungsprojekte in den mesoskaligen Untersuchungsgebieten nachgenutzt werden. Andererseits sollen die auf das gesamte Einzugsgebiet bezogenen Untersuchungen den Hintergrund liefern, vor dem Ergebnisse aus Teilregionen auf ihre Übertragbarkeit und Repräsentanz für das gesamte Elbeeinzugsgebiet überprüft werden können. Von Interesse sind die Ergebnisse insbesondere für Bundesbehörden oder länderübergreifende Einrichtungen, die ebenfalls in dieser großräumigen Maßstabsebene arbeiten.Wesentliche zu erwartende Ergebnisse aus dem Projekt sind:
Forschungszentrum Jülich GmbH, Programmgruppe Systemforschung und Technologische Entwicklung (STE) 52425 Jülich Projektleiter:
Stellvertr. Projektleiter:
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