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Kontakt: BKontakt: Büüro fro füür Angewandte Hydrologie, Kr Angewandte Hydrologie, Kööberlesteig 6, 13156 Berlin, Tel. +49 30 49 913 702, Email: berlesteig 6, 13156 Berlin, Tel. +49 30 49 913 702, Email: bah@[email protected] Web:Web: www.bahwww.bah--berlin.deberlin.de
2. Methodik2. MethodikDas hydrologische Modellierungssystem ArcEGMO
Bewirtschaftungs- und VeränderungsregelnDie zeitlich variablen Steuerungselemente werden als Bewirtschaftungsregeln in das Modellsystem integriert:
• Vegetationsänderungen (Waldumbau, Wiederbewaldung, Extensivierung landwirtschaftlicher Flächen) wirken über veränderte Entzugsintensitäten und werden über Zeitfunktionen oder ein deterministisches Vegetationsmodell nachgebildet.
• Die Abflussdynamik der Fließgewässer kann durch vorgegebene Aufstauregeln, wasserstandsabhängige Abflussaufteilungen an Verzweigungen oder durch zeitlich gesteuerte Einleitungsmengen im Modell über die Zeit verändert werden.
• Zeitliche veränderliche Stauhöhen können über Zeitfunktionen vorgegeben werden. Der Rückstau hinter den Staueinrichtungen wirkt sich im Fließgewässermodell so weit in den Oberlauf aus, bis der Wasserstand eines Gewässerabschnittes die Stauhöhe überschreitet.
1. Einleitung1. EinleitungKlimawandel, Landnutzungsänderungen und diverse Eingriffe in die Gewässersysteme können den Wasserhaushalt und die Abflussentwicklung ganzer Einzugsgebiete beeinflussen. Insbesondere in Brandenburg erzeugen sinkende Grundwasserstände (Klima, Flächenmelioration) Wassermangelsituationen, die die Existenz von Feucht-gebieten und kleineren Fließgewässern bedrohen.Um auf den lokalen Wassermangel möglichst flexibel reagieren zu können, werden technische Maßnahmen wie Stauregulierungen und Ein- oder Überleitungen eingesetzt. Die Simulation von Vegetationsänderungen und Bewirtschaftungsszenarien wird an Beispielen vorgestellt.
Modellierung vonModellierung von VerVeräänderungen im Wasserhaushalt nderungen im Wasserhaushalt verschiedener Einzugsgebieteverschiedener Einzugsgebiete mit einer variablen Kopplung mit einer variablen Kopplung
zwischen Oberflzwischen Oberfläächen chen -- und Grundwassermodellenund Grundwassermodellen
„Hydrologische Systeme im Wandel“ Tag der Hydrologie - Kiel, 26.-27. März 2009
Silke Mey1, Bernd Pfützner1, Gunnar Nützmann2
1 Büro für Angewandte Hydrologie; 2 IGB – Leibniz Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei
3. Untersuchungsgebiete3. UntersuchungsgebieteDie gekoppelten dynamischen Modellierungen zur Abbildung von im Wandel befindlichen hydrologischen Systemen werden an Beispielen aus verschiedenen Regionen Nordostdeutschlands vorgestellt (Abb. 2).
4. Ergebnisse4. ErgebnisseWaldumbau in BrandenburgAls Entscheidungshilfe für die Umsetzung von Waldumbaumaßnahmen in Branden-burg wurde ihre Wirkung auf den Wasserhaushalt (Grundwasseranhebung und Reichweite) untersucht. Dabei wurden die Einflussgrößen Grundwassergefälle (infolge verschieden durchlässiger Grund-wasserleiter) und Größe der Waldum-bauflächen, sowie die Intensität des Wald-umbaugrades variiert und die Grundwas-serstände in ihrer räumlichen Verteilung simuliert.
Waldumbau in BrandenburgUntersuchungen der generellen (Flächen-) Wirkung von Waldumbaumaßnahmen in Brandenburg.LietzengrabenAuf einem ehemaligen Rieselfeldgebiet soll der Abfluss zu den Unterliegern durch die Einleitung von weitgehend gereinigtem Abwasser und unter Verwendung saisonal variierender Fließwege erhöht werden.HammerfließUm das Abflussverhalten des oberen Hammerfließes zu vergleichmäßigen, sind Sohlschwellen im gesamten Oberlauf geplant, die das Grundwasser erhöhen.Moorgebiet LuchseeDas den Luchsee umgebende Moor soll vor weiterer Degradierung durch Wald-umbaumaßnahmen geschützt werden
gesamter Waldumbau141 ha
Abb. 4: Auswirkung der Zusatzwassereinleitung auf die Grundwasserstände bei zwei verschiedenen Abflusswegen
Abb. 3: Grundwasserstandsänderungen aufgrund verschieden großer / intensiver Waldumbauflächen
Abb. 1: Modellbibliotheken
Abb. 7: Auswirkung von Sohlgleiten auf die Grundwasserstände
Abb. 8: Grundwasserstandserhöhung durch Waldumbau und Auflichtung
In abflussstärkeren Zeiten wird das Zusatzwasser über einen längeren Weg geleitet, hier kann Wasser im ufernahen Grundwas-ser zwischengespeichert werden (Abb. 4). In sommerlichen Trockenperioden kann dieses Wasser wieder zum Abfluss kommen, während das Zusatz-wasser auf kürzestem Weg zum Vorfluter gelangt (Abb. 5).
LietzengrabenWeitgehend gereinigtes Abwasser wird in Reinigungsbiotope gleitet und über unter-schiedliche Abflussstrecken dem Fließgewässersystem zugeführt.
Moorgebiet LuchseeUm der Degradierung des den Luchsee umgebenden Moorgebietes entgegenzuwirken, sind bereits einige reine Kiefernbestände zu Mischwald mit einer geringeren Bestockungsdichte (lichter) umstrukturiert worden.Die Untersuchung zeigte, dass Waldumbau (auf allen potenziell dafür geeigneten Flächen) die Grund-wasserstände um bis zu 30 cm erhöht (Abb. 8). Im Bereich des Moores können erhöhte Wasserstände um 20 cm schon Wirkung zeigen.
HammerfließDer Einbau von Sohlschwellen an Oberlieger- Fließgewässerabschnitten führt zur Grundwasserstandsanhebung. Durch den Rückstau an den Sohlschwellen wird der Abfluss verlangsamt und reduziert (Abb. 7).Fließgewässerabschnitte der Niederung reagieren auf Grundwasseranhebung mit höherem Basisabfluss (Abb. 6).
ArcEGMO bietet die Möglich-keit, die Wasserhaushalts- und Abflussprozesse durch den Einsatz von Vegetations- und Bewirtschaftungsmodulen und über Kopplungen mit verschiedenen Grundwasser-modellen in Abhängigkeit der veränderlichen Größen in ihrer Dynamik abzubilden. Dazu wird das detaillierte Boden-wasserhaushalts- Vegetations-modell (PSCN) eingesetzt.
Abfluss am Schmelzewehr
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iffe
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s]
Abflussdifferenz (So-Wi)WinterwegSommerweg
Rieselfeld Auslass (Lietzengraben+Graben2)
Abb. 6: Abflussveränderung durch SohlgleitenAbb. 5: Abflussdifferenzen der zwei Abflusswege
Abb. 2: Untersuchungsgebiete
5. Schlussfolgerung5. SchlussfolgerungFür die gleichzeitige Betrachtung der verschiedenen Prozesse und ihren Wechsel-wirkungen untereinander ist ein Modellierungssystem entwickelt worden, welches in der Lage ist, diese parallel zu simulieren und die Auswirkungen der Handlungsfelder zu quantifizieren. Die Erkenntnisse aus den Szenariosimulationen fließen als Entscheidungs-hilfe in die Planung und praktische Umsetzung ein.Die erfolgreiche Modellierung der unterschiedlichen Fragestellungen für die hier vorgestellten Gebiete zeigt, dass diese Methodik auf verschiedene Gebiete des nord-deutschen Tieflandes übertragen werden kann.
