Die Modellstruktur

Das Modell MONERIS (MOdelling Nutrient Emissions in RIver Systems) ist ein semi-empirisch, konzeptionelles Modell zur Quantifizierung von Nährstoffeinträgen aus Punktquellen und diffusen Quellen innerhalb von Flusseinzugsgebieten (Behrendt et al., 2000; 2002a; 2002b). Zunächst wurde MONERIS in EXCEL realisiert. Seit 2008 besitzt MONERIS eine anerkannte in VBA programmierte Oberfläche. Zusätzlich wurde ein Szenariomanager zur Berechnung der Auswirkungen von Maßnahmen auf den Nährstoffeintrag für unterschiedliche Eintragspfade und räumliche Einheiten entwickelt. Seit 2012 ist MONERIS für eine anwenderfreundlichere Nutzung mit C# programmiert.

Grundlage für das Modell sind Daten zum Abfluss und zur Wasserqualität des Untersuchungsgebiets und ein Geographisches Informationssystem (GIS), welches zahlreiche digitale Karten sowie statistische Informationen zu verschiedenen administrativen Ebenen integriert. Die Anwendung von MONERIS erlaubt die differenzierte Erhebung der Nährstoffeinträge in ein Flusssystem auf Analysegebietsebene. Die Ergebnisse können anschließend im GIS kartographisch visualisiert werden.

Die maßgebenden Eintragspfade und -prozesse für die Modellberechnung mit MONERIS sind in Abbildung 1 im Überblick dargestellt. MONERIS berücksichtigt sieben Pfade für Nährstoffeinträge in die Oberflächengewässer:
  • Punktquellen (Nährstoffeinträge kommunaler Kläranlagen und industrieller Direkteinleiter)
  • Direkteinträge durch atmosphärische Deposition
  • Nährstoffeinträge durch Grundwasser
  • Nährstoffeinträge durch Dränagen
  • Nährstoffeinträge von versiegelten urbanen Flächen
  • Nährstoffeinträge durch Erosion
  • Einträge gelöster Nährstoffe durch Oberflächenabfluss

Während punktuelle Nährstoffeinträge kommunaler Kläranlagen und industrieller Direkteinleiter unmittelbar in die Oberflächengewässer gelangen, sind diffuse Nährstoffeinträge an verschiedene Eintragspfade gebunden, die auf separaten Abflusskomponenten basieren. Notwendig ist deren Unterscheidung, da die zugrunde liegenden Prozesse und die Stoffkonzentrationen sich deutlich voneinander unterscheiden. Das Modell ermöglicht ebenfalls die Berechnung der Retention in Oberflächengewässern und erlaubt damit den Vergleich der berechneten mit den beobachteten Frachten.
Abb.1: Eintragspfade und Prozesse bei der Betrachtung des Nährstoffeintrags in Gewässer (Venohr et al., 2011)

MONERIS 3.0

 

Das Modell MONERIS basiert auf einer in C# programmierten Anwendung, welche aus den folgenden Bereichen besteht.

 

        • MONERIS Import-Werkzeug
Bevor Sie eine Nährstoffeintragsmodellierung in einem neuen Einzugsgebiet vornehmen können, müssen sie Ihre Eingangsdaten mit Hilfe des Import-Werkzeugs auf die gewünschten Analytischen Einheiten vorbereiten und zuordnen. Es vereinfacht die Vorbereitung der Modellierung durch die unterstütze Eingangsdatenverarbeitung mittels ArcGIS 9.3 und der direkten Verbindung zu den für die Berechnung notwendigen Datenbanken.

        • MONERIS 3.0
Diese Datei enthält den Quellcode, die Benutzeroberfläche, sowie die Verknüpfung zu den für die Berechnung notwendigen Datenbanken.

Die MONERIS IN.mdb stellt die Datenbank mit den Eingangsdaten dar, hier sind alle stetigen und veränderlichen Daten bezüglich jeder Analytischen Einheit abgelegt und gespeichert. Es umfasst klimatische, hydrologische, administrative wie auch Project-Meta- und Input-Meta-Daten. In der MONERIS OUT.mdb werden die Berechnungsergebnisse abgespeichert und die Berechnungskonstanten abgelegt.