Was kennzeichnet ein System ?Gliederung

Das System als Objekt1

Dynamische Systeme 2

Systemgrenzen und Systemumwelt3

Skalenproblematik4

Multiskalige Flusseinzugsgebietsanalyse5

HRU-Ableitung6

Was kennzeichnet ein System ?Merkmale von Systemen: Das System als Objekt

Ein Umweltsystem ist ein Objekt, dessen Merkmale folgende Kriterien erfüllen:

1

Es läßt sich ein Systemzweck definieren, d.h. das Objekt erfüllt eine bestimmte Funktion.

Bsp.: Gletschersystem, Talsystem, Flussnetz

1

Die Systemstruktur des Objekts besteht aus einer bestimmten Konstellation von Systemelementen und interaktiven Wirkungsverknüpfungen (Relationen), die seine Funktion bestimmen und kontrollieren.

Gletschersystem: Gletscher, Moränen, Sander, etc.Talsystem: Hang, Talboden, Gerinne, etc.Flussnetz: Ober-, Mittel-, Unterlauf, Mündung

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Was kennzeichnet ein System ?Das System als Objekt: Systemfunktion

Was kennzeichnet ein System ?Das System als Objekt: Systemfunktion

Was kennzeichnet ein System ?Das System als Objekt

Ein System existiert erst dann, wenn ein Systemzweck (Funktion) UND eine Wirkungsstruktur (relationale Verknüpfung von Systemelementen) vorhanden ist. Anderfalls ist es kein System.

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Bsp.: Schutthalde = kein System (Systemelement)Systemzweck = Lagerung von SchuttSystemidentität = Durch Wegnahme von Schutt

nicht gestörtWirkungsstruktur = nicht vorhanden

1

Systemzweck (Funktion) und Systemstruktur (Wirkungsver-knüpfungen) definieren zusammen die Systemintegrität, d.h. die Eigenständigkeit des Systems.

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Was kennzeichnet ein System ?Das System als Objekt

Bsp.: Bach = System (viele Systemelemente)Systemzweck = Entwässerung und ÖkotopSystemidentität = Durch Wasserentnahme oder Abflussänderung gestörtWirkungsstruktur = Ober-, Mittel-, Unterlauf, Ufer

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Bsp.: Dorf = System (viele Systemelemente)Systemzweck = Wohnung und LandwirtschaftSystemidentität = Durch Änderung der Landwirt-

schaft gestörtWirkungsstruktur = Bewirtschaftung - Vermarktung

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Bsp.: Sander = kein System (Systemelement)Systemzweck = Ablagerung von SedimentSystemidentität = Durch Wegnahme von Sediment

nicht gestörtWirkungsstruktur = nicht vorhanden

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Was kennzeichnet ein System ?Das System als Objekt

Ein System ist nicht teilbar, d.h. werden einzelne Elemente herausgelöst, geht die Systemidentität, d.h. Funktion und der Zweck gehen verloren.

Gletschersystem: Abschmelzen der GletscherTalsystem: Talungen (Schwäbische Alb)Flussnetz: Bifurkation, Flussanzapfung

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Was kennzeichnet ein System ?Dynamische Systeme

Prinzipiell gibt es keine statischen d.h. ruhenden geowissenschaftliche Systeme, betrachtet man geologische Zeiträume. In der Geographie gibt es keine Entropie!

1

Dynamische Systeme verändern ihren Systemzustand im betrachteten Zeitraum, d.h. ihr Zustand ist zeitabhängig.

2

Diese Veränderungen sind das Resultat aus dem3beobachtbaren, d.h. messbaren Verhalten und dem1

ableitbaren, d.h. deduktiv hergeleiteten Verhalten. 2

Beide zusammen bestimmen die Systemdynamik, die sich aus 4punktuell aufgenommenen Messreihen ergibt und1

durch räumliche Analysen, mit Hilfe der Geoinformatik, z.B. Fernerkundung, GIS und Modellierung erschließt.

2

Was kennzeichnet ein System ?Dynamische Systeme

Systemveränderung werden durch variable Zustandsgrößen des Systems, die messbar oder ableitbar hervorgerufen.

Bsp.: Entstehung von HochwasserEintrag von Nährstoffen

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Hochwasser:messbar: Niederschlag, Abfluss, Grundwasser, etc.ableitbar:Gebietsniederschlag, Oberflächen-, Hangwasser-

und Grundwasserabfluss

1

Nährstoffeintrag:messbar: atmosph. Eintrag, Einleitungen, Düngungableitbar:ober- und unterirdischer Flächeneintrag

2

Das dynamische Systemverhalten ergibt sich als Reaktion auf Eintragsveränderungen, wodurch sich die Zustandsgrößen verändern und ein korrespondierender Systemaustrag erzeugt wird.

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Was kennzeichnet ein System ?Dynamische Systeme

Zum Verständnis der Systemdynamik ist es demnach wichtig, den inneren Zustand des Systems zu analysieren, d.h. das System in einer ‚ganzheitlichen‘ Analyse als ‚Ganzes‘ zu verstehen.

7

Hierzu sind alle den Systemzustand bestimmenden, systemspezifischen Zustandsgrößen in ihrer Bedeutung und ihrer Wirkungsverknüpfung zu beschreiben.

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Dies geht vielfach nur über Modelle, in denen der Systemzustand und seine Zustandsgrößen simuliert werden.

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Was kennzeichnet ein System ?Systemgrenzen und Systemumwelt

Systeme sind abgrenzbar. Sie haben eine Systemumwelt von der sie durch eine Systemgrenze getrennt sind.

1

System und Systemumwelt sind interaktiv miteinander verknüpft, d.h. die Systemgrenzen sind vielfach “permeabel”.

2

Aus der Systemumwelt heraus erfolgen Einträge in das SystemBsp.: Atmosphärischer Eintrag, Gebietsniederschlag

3

Die Systemausträge werden in die Systemumwelt abgegeben.Bsp.: CO2-Emission, Gebietsabfluss, Verdunstung

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Beeinflußt der Systemaustrag in die Systemumwelt den Systemeintrag, so spricht man von Rückkoppelungseffekten.Bsp.: CO2-Emission (Politik der ‘hohen Schornsteine’)Bsp.: Gebietsniederschlag - Gebietsverdunstung im

äquatorialen tropischen Regenwald

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Diese Definition gilt sowohl für die Abgrenzung von Systemen gegeneinander als auch für die Abgrenzung von Subsytemen innerhalb komplexer Hauptsysteme.

7

Was kennzeichnet ein System ?Systemgrenzen und Systemumwelt

Es gilt bei der Systemanalyse eine Systemoberfläche zu finden, die folgender Definition genügt:

“Eine Systemoberfläche ist diejenige ‚Grenzfläche‘ innerhalb derer eine Systemautonomie besteht.”

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Die folgenden Kriterien, nach denen ein System oder ein Subsystem abgegrenzt werden, gelten einzeln oder miteinander kombiniert:

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Die Koppelungen zur Systemumwelt sind schwächer als die Wirkungsverknüpfungen innerhalb des SystemsBsp.: Einzugsgebietsgrenze, Stadtgrenze,

Blattoberfläche

1

Was kennzeichnet ein System ?Systemgrenzen und Systemumwelt

Vorhandene Koppelungen zur Systemumwelt sind nicht relevant für die Funktion des Subsystems.Bsp.: Flusslaufabschnitte, Response Units (RU) oder HRU,

Stadtbezirke, Blattstruktur

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Rückkoppelungen zwischen Systemeintrag und Systemaustrag existieren nicht, oder sind vernachlässigbar.Bsp.: Gebietsniederschlag – Gebietsverdunstung

Atmosphärische Imission - Emission

3

Generell gilt für die Festlegung der Systemabgrenzung:‚Jede Systemabgrenzung ist problem- und prozessorientiert, d.h. sie wird vom jeweiligen Untersuchungsziel und der Skale, auf der die Systemanalyse durchgeführt wird bestimmt‘. Bsp.: Mikro-, meso- und makroskalige Einzugsgebiete

Hydrological Response Units (HRU)

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Was kennzeichnet ein System ?Systemgrenzen und Systemumwelt

Systemumwelt Systemeintrag

Systemgrenze

Systemrelation

Systemaustrag

Systemelement

Thür. Schiefergebirge:Weida = 102 km²

Leipziger Loess-Gebiet:Parthe = 311 km²

Harz: Bere = 62 km²

Thüringer Schiefergebirge:Orla = 255 km²

Thüringer Wald: Ilm bis Pegel Gräfinau-Angstedt = 155 km²

Elbe

Was kennzeichnet ein System ?Multiskalige Flusseinzugsgebiete in der Saale

Landnutzung

Geologie

RU-ModelparameterGIS-Datenflächen

Böden

Digitales Geländemodel

Form, Gradient, Exposition, Länge, Fläche, TopologieDGM

Versiegelte Fläche, Vegetation,Blattflächenindex, VerdunstungLandnutzung

Porenvolumen, Feldkapazität,Textur, Durchlässigkeit Böden

Speicherkapazität, Pororität,TransmissivitätGeologie

Hydrologische RU als homogene, prozess- basierte Modeleinheiten

Overlay-Analyse (GIS)