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Vergleich von Modellen für den Stickstoffeintrag über das Grundwasser im Elbegebiet
Innerhalb der Untersuchungen zum Wasser- und Stoffhaushalt im Elbegebiet wurden verschiedene Modelle entwickelt und angewendet, die den Stickstoffumsatz im Boden und den Stoffaustrag aus der durchwurzelten Bodenzone berechnen. Unter ihnen sind die Modelle MONERIS und WEKU in der Lage, den Stickstoffeintrag in das Flusssystem der Elbe über den Grundwasserpfad flächendeckend zu berechnen. Die Modelle selbst und deren Ergebnisse für das Elbegebiet werden in den Kapiteln 4.3.1, 5.2 und 5.3 vorgestellt und sind in Modellsteckbriefen im Anhang kurz dokumentiert. Der Unter- schied in den beiden Modellansätzen liegt auf der einen Seite in der räumlichen Auflösung: WEKU berechnet den N-Eintrag über das Grundwasser für Rasterzellen mit einer Auflösung von 1 km². wäh- rend MONERIS den N-Eintrag über das Grundwasser nur für gesamte Flussgebiete (als Block) be- rechnet, wobei die Gebietsgröße ca. 50 km² oder mehr betragen sollte (VENOHR und BEHRENDT, 2003). Darüber hinaus unterscheiden sich aber auch die Modellansätze selbst. In MONERIS wird der Prozess der Denitrifikation in der Bodenzone, der ungesättigten Zone und im Grundwasser als konzeptionelles Block- bzw. Boxmodell in seiner Abhängigkeit von den wesentlichen Modellvariablen (geologische Bedingungen, Sickerwasserrate und N-Konzentration im Oberboden) beschrieben (siehe BEHRENDT et al. 1999). Die Modellkoeffizienten wurden über den empirischen Ver- gleich der N-Konzentrationen im Oberboden und der regionalisierten N-Konzentration im Grundwasser für mehr als 200 Flussgebiete in Deutschland, die nur zum Teil im Elbegebiet liegen, ermittelt. Damit ist die Anwendung des Modells zunächst zwar auf diesen Raum beschränkt. Die Anwendung auf Flussgebiete im Einzugsgebiet der Oder zeigte jedoch, dass die Ergebnisse sich in ihrer Güte nicht von denen des speziell für das Lockergesteinsgebiet der Oder entwickelte N-Eintragsmodell MODEST unterscheiden (BEHRENDT et al. 2002b). Im Gegensatz dazu ist WEKU ein flächendifferenziertes Modell, das die Hauptprozesse des N- Transportes und der N-Retention unter Nutzung von detaillierten Prozessbeschreibungen abbildet (WENDLAND und KUNKEL 1999). Diese Vorgehensweise ist mit deutlich höheren Anforderungen an die Güte und räumliche Auflösung der Eingangsdaten verbunden, liefert dafür aber Modellergebnisse in wesentlich höherer räumlicher Auflösung. Die Modellparameter von WEKU wurden unter Nutzung von beobachteten Stickstoffkonzentrationen im Grundwasser und weiteren Beobachtungsdaten im Elbe- gebiet bestimmt. Beide Modelle benutzen die von BACH et al. (1998) berechneten und bis auf die regionale Skala von Kreisen differenzierbaren Nährstoffüberschüsse auf der landwirtschaftlich genutzten Fläche als Ein- gangsdaten (siehe Kapitel 4.3.3). Um die Ergebnisse der Modelle vergleichen zu können, ist es not- wendig, in einem ersten Schritt mögliche unabhängige Indikatoren oder beobachtete Parameter zu identifizieren, die für den Stickstoffeintrag über das Grundwasser in einem Flussgebiet repräsentativ sind. Ein solcher Parameter kann aus Messungen der gelösten anorganischen Stickstoffkonzentratio- nen und insbesondere aus der Nitratkonzentration im Grundwasser abgeleitet werden. Dabei muss man beachten, dass die Messungen an Einzelpunkten nicht für das Flussgebiet repräsentativ sind. Deshalb wurden sie anhand aller räumlich verteilten Messungen mit Hilfe von GIS-Werkzeugen regi- onalisiert (siehe BEHRENDT et al. 1999).
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