Entwicklung und Anwendung des Modells J2000-S zur Unterstützung des

Einzugsgebietsmanagements in Thüringen im Rahmen der EU-WRRL

M. Fink , P. Krause, U. Bende-Michl, S. Kralisch & W.-A. FlügelInstitut für Geographie Lehrstuhl für Geoinformatik, Geohydrologie und Modellierung

Friedrich-Schiller Universität Jena,Löbdergraben 32, D-07743 Jena

E-mail: manfred.fink@uni-jena.de

09.11.2006

Einführung Die Forderung der EU-WRRL nach einem guten Zustand der

Gewässer wird häufig durch überschreiten der Wasserqualitätskriterien nicht erfüllt.

Stickstoff aus diffusen Quellen stellt oft ein Problem dar. Stofftransportmodelle können zur Analyse und Prognose der

Stofftransportprozesse in der Landschaft herangezogen werden.

Diese Modelle müssen in der Lage sein anhand von vorhanden Daten auch größeren Gebiete zu simulieren.

Maßnahmen zur Reduktion der Stickstoffeinträge in Gewässer finden auf einzelnen Flächen statt.

Zur bearbeitung dieses Themas werden Projekte in Zusammenarbeit mit der Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie und der Thüringer Fernwasserversorgung durchgeführt.

Ziel ist die Entwicklung eines geeigneten Modells das Thüringenweit anwendbar sein soll.

Verortete HRUsJ2000/JAMS

UnverorteteHRUs als Anteile vonTeileinzugsgebieten

Implementation von flächendistributiv simulierenden Stickstoffprozess-Komponenten

Einführung

SWAT

Thüringer Wald

Ilm-Saale OhrdrufterMuschelkalkplatte

Innerthüringer Ackerland

Ae: 850 km²

Thüringer Wald H: 600 – 983 m N: 1300 mm V: 400 mm Q: 900 mm Qq: 0.69

Muschelkalkplatte H: 300 – 600 m N: 800 mm V: 460 mm Q: 340 mm Qq: 0.34

Innterth. Ackerland H: 200 – 300 m N: 635 mm V: 540 mm Q: 90 mm Qq: 0.15

Testgebiete: Obere Gera

SWAT Anwendung Gera

020406080

100120140160180200

Gemessen in m³/s Modelliert in m³/s

Reff = 0.59; lnReff = 0.13

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Jan.95

Jul.95

Jan.96

Jul.96

Jan.97

Jul.97

Jan.98

Jul.98

Jan.99

Jul.99

Jan.00

Jul.00

Modelliert mg NO3/l Gemessen mg NO3/l

SWAT Anwendung Gera

R2= 0.29

Stoffhaushaltsmodellierung mehrjähriger Durchschnitt des Nitratgehaltes:Gemessen 22,1 mg/lModelliert 23,1 mg/l50000 kgN/a aus Punktquellen

SWAT Anwendung Gera

Fertilization [kgN/ha] Nitrate concentration [mg/l]

Hydrologisches Modell – J2000Eingangsdaten: P, T, …

ET

Interzeption Schnee

Bodenwasser

GrundwasserObere Zone

Untere Zone

Zusatzdaten: Strahlung …

AbflussOberflächen-

abfluss

Interflow 1

Interflow 2

Basisabfluss

Infiltration DPSMPS LPSMPS LPS

MPS LPSHRU 1

HRU 4

HRU 2 HRU 3

HRU 5

HRU 6

Reach 1 Reach 3

Reach 2

J2000 Anwendung Gera

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

01.1

1.19

93

01.0

5.19

94

01.1

1.19

94

01.0

5.19

95

01.1

1.19

95

01.0

5.19

96

01.1

1.19

96

01.0

5.19

97

01.1

1.19

97

01.0

5.19

98

01.1

1.19

98

01.0

5.19

99

01.1

1.19

99

01.0

5.20

00

obs. runoffsim. Runoff

Reff = 0.74; lnReff = 0.75

Stofftransportmodell J2000-S

Prozessalgorithmen aus:

FlächenspezifischerStickstoffaustrag

Wasserhaushalt

AusJ2000

TemperaturhaushaltAus

SWAT

StickstoffhaushaltAus

SWATPflanzenwachstum &Management Aus

SWAT

Testgebiete: Weida

Talsperre Zeulenroda

Talsperre Weida

• Einzuggebiet 163,3 km²Einzuggebiet 163,3 km²• 690 mm Niederschlag, 7 690 mm Niederschlag, 7

°C mittlere °C mittlere Jahrestemperatur Jahrestemperatur

• Schiefer und Schiefer und EruptivgesteineEruptivgesteine

• Ranker, Braunerden, Ranker, Braunerden, Parabraunerden undParabraunerden und Auenböden (Vegen)Auenböden (Vegen)

• Interflow dominiertInterflow dominiert• 66 % 66 %

landwirtschaftliche landwirtschaftliche NutzungNutzung

Für 8000 Einwohner 37900 kg/a

Abweichung von 3.8 % für 1999

Abweichung von 14.5 % für 2000

Modellierungsergebnise J2000-S

0100020003000400050006000700080009000

N-Fracht gemessen in kg N-Fracht J2000-N in kg

010002000300040005000600070008000

N-Fracht gemessen in kg N-Fracht J2000-N in kg

R2= 0.62

R2= 0.49

Modellierungsergebnise J2000-S

Datengrundlage für ThüringenPorenKluft & Karst

Kluft & Poren > geringKluft > geringKluft & Poren = gering

Kluft & Poren < gering

Kluft & Karst

Kluft & Poren > geringKluft > geringKluft & Poren = geringKluft & Poren < gering

mit Lockergesteinsbedeckung

Landnutzung Hydrogeologie

Böden Relief

Zusammenfassung und Ausblick Mit dem hier vorgestellten Modell ist es

möglich, die Arbeiten im Rahmen der WRRL in folgenden Punkten zu unterstützen:

Flächenspezifische Aussagen zu treffen „Hot Spots“ zu identifizieren Managementalternativen darzustellen

Weitere Entwicklungen werden durchgeführt: Gewässergütemodell Erosions- und Phosphatmodell