Entwicklung und Anwendung des Modells J2000-S zur Unterstützung des Einzugsgebietsmanagements in Thüringen im Rahmen der EU-WRRL 09.11.2006 M. Fink , P. Krause, U. Bende-Michl, S. Kralisch & W.-A. Flügel Institut für Geographie Lehrstuhl für Geoinformatik, Geohydrologie und Modellierung Friedrich-Schiller Universität Jena, Löbdergraben 32, D-07743 Jena E-mail: manfred.fink@uni-jena.de

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. Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows

Einführung SWAT Unverortete HRUs als Anteile von Teileinzugsgebieten J2000/JAMS Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows Implementation von flächendistributiv simulierenden Stickstoffprozess-Komponenten

Testgebiete: Obere Gera 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 Innerthüringer Ackerland Ilm-Saale Ohrdrufter Muschelkalkplatte Thüringer Wald

SWAT Anwendung Gera Reff = 0.59; lnReff = 0.13

SWAT Anwendung Gera 5 10 15 20 25 30 35 40 Jan. 95 Jul. 96 97 98 99 00 Modelliert mg NO3/l Gemessen mg NO3/l R2= 0.29 Stoffhaushaltsmodellierung mehrjähriger Durchschnitt des Nitratgehaltes: Gemessen 22,1 mg/l Modelliert 23,1 mg/l 50000 kgN/a aus Punktquellen

SWAT Anwendung Gera

Hydrologisches Modell – J2000 Eingangsdaten: P, T, … ET Interzeption Schnee Bodenwasser Grundwasser Obere Zone Untere Zone Zusatzdaten: Strahlung … Abfluss Oberflächen- abfluss Interflow 1 Interflow 2 Basisabfluss Infiltration DPS MPS LPS HRU 1 HRU 4 HRU 2 HRU 3 HRU 5 HRU 6 Reach 1 Reach 3 Reach 2 Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows

J2000 Anwendung Gera Reff = 0.74; lnReff = 0.75 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 140 160 180 01.11.1993 01.05.1994 01.11.1994 01.05.1995 01.11.1995 01.05.1996 01.11.1996 01.05.1997 01.11.1997 01.05.1998 01.11.1998 01.05.1999 01.11.1999 01.05.2000 obs. runoff sim. Runoff Reff = 0.74; lnReff = 0.75

Stofftransportmodell J2000-S Prozessalgorithmen aus: Aus J2000 Temperaturhaushalt Aus SWAT Wasserhaushalt Stickstoffhaushalt Aus SWAT Pflanzenwachstum & Management Aus SWAT Flächenspezifischer Stickstoffaustrag

Testgebiete: Weida Einzuggebiet 163,3 km² Talsperre Zeulenroda Talsperre Weida Einzuggebiet 163,3 km² 690 mm Niederschlag, 7 °C mittlere Jahrestemperatur Schiefer und Eruptivgesteine Ranker, Braunerden, Parabraunerden und Auenböden (Vegen) Interflow dominiert 66 % landwirtschaftliche Nutzung Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows

Modellierungsergebnise J2000-S Für 8000 Einwohner 37900 kg/a Abweichung von 3.8 % für 1999 Abweichung von 14.5 % für 2000 R2= 0.49

Modellierungsergebnise J2000-S

Datengrundlage für Thüringen Landnutzung Hydrogeologie Böden Relief Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows

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 Main problem:… The problem is much easier to solve when ignoring lateral flows