Bericht 8 - Nationalpark Bayerischer Wald

Nationalpark 

Bayerischer Wald 

Wasserhaushalt und Stoffbilanzen 

im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

Auswirkungen des Borkenkäferbefalls auf 

den Wasser- und Stoffhaushalt zweier 

Gewässereinzugsgebiete im Nationalpark 


Beate Klöcking 

Robert Schwarze 

Burkhard Beudert 

Felicitas Suckow 

Petra Lasch 

Franz Badeck 

Bernd Pfützner 

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen der High-Tech-Offensive Bayern 

an der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft

Dr. Beate Klöcking 

Büro für Angewandte Hydrologie – München 

(Kapitel 1 – 4, 8 – 12, Anhang A-1, A-2, A-4) 

Dr. Robert Schwarze 

Technische Universität Dresden, Institut für Hydrologie und 

Meteorologie 

(Kapitel 6, 7, 12, Anhang A-3) 

Burkhard Beudert 

Nationalparkverwaltung Bayerischer Wald 

(Kapitel 5) 

Dr. Felicitas Suckow, Petra Lasch, Dr. Franz Badeck 

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung 

(Kapitel 8, 9, 11, Anhang A-4) 

Bernd Pfützner 

Büro für Angewandte Hydrologie – Berlin 

(Kapitel 4.2) 

ISSN 0937-0056 

Herausgeber: 

Nationalparkverwaltung 


Bayerische Landesanstalt 

für Wald und Forstwirtschaft 

Bayerisches Landesamt 

für Wasserwirtschaft 

Lehrstuhl für Bioklimatologie 

und Immissionsforschung 

© 2005


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe I 

Inhaltsverzeichnis 

Vorwort ....................................................................................................................III 

Verzeichnis der Abbildungen ................................................................................ V 

Verzeichnis der Tabellen....................................................................................... XI 

1 Zielstellung..........................................................................................................1 

2 Methodik..............................................................................................................1 

3 Untersuchungsgebiete.......................................................................................2 

3.1 Gewässereinzugsgebiete im Bayerischen Wald ..........................................2 

3.2 Datenbasis (Raumdaten)..............................................................................3 

3.3 Das Einzugsgebiet der Großen Ohe.............................................................5 

3.4 Einzugsgebiet der TWT Frauenau..............................................................10 

4 Witterung im Untersuchungsgebiet ...............................................................15 

4.1 Messstandorte und -attribute ......................................................................15 

4.2 Verfahren zur Regionalisierung der Witterungsdaten.................................20 

4.3 Regionalisierung und Korrektur der Niederschlagsmesswerte...................23 

4.4 Gebietsniederschläge .................................................................................26 

4.5 Regionalisierung von Lufttemperatur und Luftfeuchte................................29 

4.6 Regionalisierung der Globalstrahlung.........................................................31 

4.7 Regionalisierung der Windgeschwindigkeit ................................................33 

5 Messprogramm „Deposition“ im EZG der Talsperre Frauenau...................34 

5.1 Standorte, Bestandescharakteristika und Methoden..................................34 

5.2 Ergebnisse und Diskussion ........................................................................36 

6 Ganglinienanalyse zur Quantifizierung des Einflusses der Waldschäden 

auf den Gebietswasserhaushalt......................................................................40 

6.1 Methodische Grundlagen............................................................................40 

6.2 Abflusskomponentenanalyse......................................................................44 

6.3 Trendanalyse ..............................................................................................52 

7 Isotopenhydrologische Analysen...................................................................59 

7.1 Verweilzeitdatierung....................................................................................59 

7.2 Analyse von Direktabflussanteilen..............................................................75 

8 Dynamische Modellierung des Wasser- und Stoffhaushaltes.....................82 

8.1 Das ökohydrologische Modell ArcEGMO-PSCN ........................................82 

8.2 Erstellung des GIS-Datenmodells für die Modellierung..............................85 

9 Modellvalidierung am Standort.......................................................................89 

9.1 Datengrundlage ..........................................................................................89 

9.2 Schneemodellierung ...................................................................................89 

9.3 Vegetationsentwicklung ..............................................................................91 

9.4 Bodenwasserdynamik.................................................................................93 

9.5 Bodenstickstoffdynamik ..............................................................................98 

10 Modellvalidierung anhand der Gebietsabflüsse............................................99 

10.1 Wasserhaushaltssimulation für das EZG der Großen Ohe ........................99 

10.2 Wasserhaushaltssimulation für das EZG der TWT Frauenau..................109 

10.2.1 EZG Hirschbach ......................................................................109 

10.2.2 EZG Kleiner Regen .................................................................111


II im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

11 Szenariosimulationen zur Quantifizierung des Einflusses der 

Waldschäden auf den Gebietswasserhaushalt...........................................115 

11.1 Referenz- und Modellszenario..................................................................115 

11.2 Veränderungen des Wasserhaushalts und des Gebietsabflusses...........115 

11.3 N-Austrag in das Grundwasser ................................................................121 

12 Resümee..........................................................................................................123 

13 Danksagung....................................................................................................126 

14 Literatur ...........................................................................................................127 

Anhang 

A-1 Böden im NP Bayerischer Wald .......................................................... 135 

A-2 Initialisierung der Waldbestände ......................................................... 139 

A-3 Ergebnisse der DIFGA-Analyse ........................................................... 145 

A-4 Das ökohydrologische PSCN-Modul innerhalb des Flussgebietsmodells 

ArcEGMO......................................................................... 149


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe III 

Vorwort 

Zehn Jahre nach der Konferenz von Rio hat der Freistaat Bayern anlässlich des 

Weltgipfels für nachhaltige Entwicklung ein „10-Punkte-Programm Rio + 10“ aufgelegt. 

Grundgedanke für eine nachhaltige Entwicklung ist der schonende Umgang mit natürlichen 

Ressourcen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn wir natürliche Prozesse 

und Kreisläufe erkennen und verstehen. 

Unter dem Motto „Mit High-Tech der Natur auf der Spur“ förderte die Regierung 

von Niederbayern im Rahmen der High-Tech-Offensive der Bayerischen Staatsregierung 

das Verbundprojekt „Forschung über Waldökosysteme“. Im Auftrag des 

Bayerischen Staatsministeriums für Landwirtschaft und Forsten wurden die einzelnen 

Forschungsprojekte im Verbund von der Nationalparkverwaltung Bayerischer 

Wald koordiniert. Mit dem hier vorliegenden Band „Wasser- und Stoffhaushalt einer 

sich verändernden Naturlandschaft im Nationalpark Bayerischer Wald“ werden die 

Ergebnisse der hydrologischen Forschung vorgestellt. 

Die starke Prägung der Ökosysteme des Nationalparks Bayerischer Wald durch 

die rezente Borkenkäfermassenvermehrung stellte die Frage nach den Auswirkungen 

auf den Wasser- und Stickstoffhaushalt unterschiedlich belasteter Gewässereinzugsgebiete 

im Kerngebiet des Nationalparks in den Vordergrund. Durch die 

Kombination der Anwendung beobachtungsorientierter Methoden und einem dynamischen 

ökohydrologischen Einzugsgebietsmodell konnten z.B. neue Erkenntnisse 

im Zusammenhang mit den Entstehungsräumen der einzelnen Wasserhaushaltskomponenten 

gewonnen werden. Unabdingbare Voraussetzung für die Anwendung 

moderner Methoden der hydrologischen Forschung sind dabei Monitoringdaten 

von hoher Qualität aus dem Einzugsgebiet der Großen Ohe, die seit 

mehr als 25 Jahren in einem verwaltungsübergreifenden Projekt erhoben werden. 

Dies muss und wird mit hohem Engagement fortgesetzt werden, damit auf künftige 

Fragestellungen immer aufs Neue die richtigen Antworten gefunden werden. 

Karl Friedrich Sinner 

Leiter der Nationalparkverwaltung Bayerischer Wald


IV im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe V 

Verzeichnis der Abbildungen 

Abb. 3-1: Gewässereinzugsgebiete, die Teile des Nationalparkgebietes 

umfassen, mit den Einzugsgebieten der TWT Frauenau und der 

Großen Ohe (Pegel Taferlruck) im Zentrum des Nationalparks ...........2 

Abb. 3-2: Das Einzugsgebiet der Großen Ohe mit den Untersuchungsgebieten 

„EZG Markungsgraben“ und „EZG Forellenbach“.................................5 

Abb. 3-3: Jährliche Vergrößerung der Totholzflächen in den Einzugsgebieten 

der Großen Ohe, des Forellenbachs und des Markungsgrabens; 

Linien: Totholzanteil an der Einzugsgebietsfläche [%]; Säulen: 

Ausweitung der vom Borkenkäfer betroffenen Flächen in den 

Einzugsgebieten von Forellenbach und Markungsgraben [ha].............9 

Abb. 3-4: Vegetation, Landnutzung sowie geräumte und ungeräumte 

Totholzflächen (Stand 2003) im Einzugsgebiet der TWT Frauenau mit 

den Teileinzugsgebieten Hirschbach und Kleiner Regen ...................10 

Abb. 3-5: Jährliche Vergrößerung der Totholzflächen (TH) im Einzugsgebiet der 

TWT Frauenau und ihrer Pegel am Hirschbach und am Kleinen 

Regen; Linien: Anteil der TH an der Einzugsgebietsfläche [%]; Säulen: 

Ausweitung der vom Borkenkäfer betroffenen Flächen im EZG des 

Kleinen Regen (Pegel 1521460) mit Unterscheidung in geräumte und 

ungeräumte Flächen [ha] ....................................................................13 

Abb. 3-6: Beobachtete Gebietsabflüsse R als 30-tägige gleitende Mittel der 

beiden Teileinzugsgebiete der TWT Frauenau...................................14 

Abb. 4-1: Räumliche Verteilung der in die Wasserhaushaltssimulation 

einbezogenen Klima- und Niederschlagsstationen mit täglicher 

Auflösung im Bereich des NP Bayerischer Wald sowie der CHMI- 

Messstationen .....................................................................................15 

Abb. 4-2: Vergleich der aus der Sonnenscheindauer berechneten 

Globalstrahlung mit gemessenen Werten an der Hauptklimastation 

des DWD in Passau-Oberhaus...........................................................18 

Abb. 4-3: Lage aller Totalisatoren in den Einzugsgebieten des Kleinen Regens 

und der Großen Ohe bzw. in deren Umkreis ......................................19 

Abb. 4-4: Räumliche Verteilung des mittleren Jahresniederschlages im 

Untersuchungsgebiet (Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004) ......................26 

Abb. 4-5: Räumliche Verteilung des mittleren Jahrestemperatur im 


Abb. 4-6: Verlauf der für die Buchenfläche B1 berechneten 

Globalstrahlungswerte mit bzw. ohne Berücksichtigung des 

Messturms (MT) Schachtenau............................................................31 

Abb. 4-7: Räumliche Verteilung der mittleren Globalstrahlung im 


Abb. 4-8: Räumliche Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit in 10 m 

Höhe im Untersuchungsgebiet (Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004)........33 

Abb. 5-1: Depositions-Messstandorte im Einzugsgebiet des Kleinen Regen 

(TWT Frauenau)..................................................................................34 

Abb. 5-2: Mittlere Niederschlagssummen und Depositionsraten (hydrologische 

Jahre 2003 und 2004) im EZG TWT Frauenau (HTO Schachtenhaus) 

und im EZG Große Ohe; NH4-N, Ntot: Ausgefüllte Datenpunkte 

kennzeichnen durch Vogelkot beeinflusste Ergebnisse .....................37


VI im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

Abb. 5-3: Mittlere Depositionsraten mit der Kronentraufe (hydrologische (Halb- 

)Jahre 2003 und 2004) unter Fichte und Buche in den EZG TWT 

Frauenau und Große Ohe...................................................................38 

Abb. 5-4: Mittlere N-Einträge mit der Kronentraufe (hydrologische (Halb-)Jahre 

2003 und 2004) unter Fichte und Buche in den EZG TWT Frauenau 

und Große Ohe (s. Tab. 5-2). .............................................................38 

Abb. 6-1: Schema des Differenzganglinienanalyseverfahrens DIFGA ..............40 

Abb. 6-2: Trockenwetterrückgang für den Mae Taeng River am Pegel Keang 

Kut mit Separation der Abflusskomponente QG2 (siehe auch 

SCHWARZE et al. 1999) ....................................................................42 

Abb. 6-3: Ganglinie für das Gebiet Forellenbach Schwarz: Grundwasserabfluss 

QG2, dunkelgrau: Schneller Grundwasserabfluss QG1, hell: 

Direktabfluss QD.................................................................................45 

Abb. 6-4: Ganglinie für das Gebiet Markungsgraben schwarz: 

Grundwasserabfluss QG2, dunkelgrau: Schneller Grundwasserabfluss 

QG1, hell: Direktabfluss QD................................................................46 

Abb. 6-5: Ergebnisse der Abflusskomponentenanalyse für das hydrologische 

Jahr 1992 ............................................................................................49 

Abb. 6-6: Ergebnisse der Abflusskomponentenanalyse für das hydrologische 

Jahr 1998 ............................................................................................50 

Abb. 6-7: Wasserhaushaltskomponenten im Markungsgraben..........................52 

Abb. 6-8: Wasserhaushaltskomponenten im Forellenbach................................52 

Abb. 6-9: Analyse des Niederschlagstrends im Einzugsgebiet des 

Markungsgrabens ...............................................................................53 

Ab. 6-10: Bereinigung des Niederschlagstrends in den Datenreihen des 

Markungsgrabens – Niederschlag, Abfluss, Verdunstung..................54 

Abb. 6-11: Bereinigung des Niederschlagstrends in den Datenreihen des 

Markungsgrabens – Abflusskomponenten ........................................55 

Abb. 6-12: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣQ und ΣP zu ΣETR für den 

Markungsgraben 1.11.1988 bis 31.10.2003 .......................................55 

Abb. 6-13: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣRD, ΣP zu ΣRG1, ΣP zu ΣRG2 und ΣP 

zu ΣETR für den Markungsgraben 1.11.1988 bis 31.10.2003............56 

Abb. 6-14: Trendanalyse für den Gebietsniederschlag im Forellenbach .............57 

Abb. 6-15: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣQ und ΣP zu ΣETR Forellenbach 

1.11.1990 bis 31.10.2003 ...................................................................57 

Abb. 6-16: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣRD, ΣP zu ΣRG1, ΣP zu ΣRG2 und ΣP 

zu ΣETR Forellenbach 1.11.1990 bis 31.10.2003 ..............................58 

Abb. 7-1: Prinzip der inversen Methode zur Bestimmung der mittleren 

Verweilzeit...........................................................................................59 

Abb. 7-2: Bestimmung der mittleren Verweilzeit der langsamen Komponente 

RG2.....................................................................................................60 

Abb. 7-3: Tritium im Niederschlag und in der GWN Markungsgraben 

„Bombenpeak“.....................................................................................61 

Abb. 7-4: Tritium im Niederschlag und in der GWN Markungsgraben 

Gesamtzeitraum..................................................................................61 

Abb. 7-5: Tritium im Niederschlag und in der GWN im Gebiet Große Ohe 

„Bombenpeak“.....................................................................................62


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe VII 

Abb. 7-6: Schematisierte, durch Lumped-Parameter-Modelle abgebildete 

Fließzustände in Grundwasserleitern; bei Beprobung im Vorfluter (a) 

und Fließverhalten nach Fall 1: Verweilzeitbestimmung mit 

Exponentialmodell oder im Fall 2: mit Linearmodell [nach 

MALOSZEWSKI & ZUBER (1982); überarbeitet] ......................................62 

Abb. 7-7: Beispiele für Verweilzeitverteilungsfunktionen (links) des 

Exponentialmodells und deren Summenkurven (rechts) ....................63 

Abb. 7-8: Berechnete Tritiumkonzentrationen im langsamen 

Grundwasserabfluss RG2 im Markungsgraben im Vergleich mit 

Messwerten.........................................................................................64 

Abb. 7-9: Berechnete Tritiumkonzentrationen (EM) im langsamen 

Grundwasserabfluss RG2 im Herbstriegel / Kleiner Regen im 

Vergleich mit Messwerten ...................................................................66 

Abb. 7-10: Berechnete Tritiumkonzentrationen (ELMp) im langsamen 

Grundwasserabfluss RG2 im Herbstriegel / Kleiner Regen im 



Grundwasserabfluss RG2 im Gebiet Rachelhütte / Kleinen Regen im 

Vergleich mit Messwerten im Grundwasserabfluss und der 

berechneten Tritiumkonzentration im GW-Input .................................68 


Grundwasserabfluss RG2 im Gebiet Rachelhütte / Kleinen Regen im 

Vergleich mit Messwerten im Grundwasserabfluss und der 

berechneten Tritiumkonzentration im GW-Input .................................69 


Grundwasserabfluss RG2 in der Großen Ohe Pegel Taferlruck im 



Grundwasserabfluss RG2 in der Großen Ohe Pegel Taferlruck im 



Grundwasserabfluss RG2 im Forellenbach im Vergleich mit 

Messwerten.........................................................................................72 


Grundwasserabfluss RG2 im Forellenbach im Vergleich mit 

Messwerten.........................................................................................73 

Abb. 7-17: Vergleich der mittleren Verweilzeit des Grundwasserabflusses RG2 

von Einzugsgebieten im Bayerischen Wald und im Erzgebirge .........74 

Abb. 7-18: Prinzip der isotopenhydrologischen Direktabflussseparation .............75 

Abb. 7-19: Zusammenhang zwischen 18 O - Messwerten in der Ohe und im 

Markungsgraben bzw. Forellenbach...................................................76 

Abb. 7-20: Direktabflussseparation Markungsgraben HW 23.-25. September 

2004 ....................................................................................................77 

Abb. 7-21: Direktabflussseparation Forellenbach HW 23.-25. September 2004..77 

Abb. 7-22: Direktabflussseparation Große Ohe HW 23.-25. September 2004 ....78 

Abb. 7-23: Vergleich der Direktabflussseparation für die 3 untersuchten Gebiete 

für das HW vom 22.-28.9.04 ...............................................................79 

Abb. 7-24: Vergleich der Direktabflussspende in l/(s . km²) von Markungsgraben, 

Forellenbach und Großer Ohe für HW vom 22.-28.9.04.....................80


VIII im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

Abb. 7-25: Vergleich der der Spenden des indirekten Abflusses in l/(s . km²) von 

Markungsgraben, Forellenbach und Großer Ohe für HW vom 22.- 

28.9.04 ................................................................................................80 

Abb. 8-1: Modellschema ArcEGMO-PSCN ........................................................82 

Abb. 8-2: Räumliches Aggregierungsschema von ArcEGMO............................83 

Abb. 8-3: Gliederung der Untersuchungsgebiete in Teileinzugsgebiete ............87 

Abb. 8-4: Ausschnitt des GIS-Datenmodells im Bereich der Intensivmessflächen 

im TG Forellenbach der Großen Ohe .................................................88 

Abb. 9-1: Vergleich der gemessen mit den nach zwei unterschiedlichen 

Verfahren simulierten Schneemengen auf einer Freifläche an der 

Klimastation Waldhäuser ....................................................................90 

Abb. 9-2: Vergleich der nach zwei unterschiedlichen Verfahren simulierten 

Schmelzwassermengen auf einer Freifläche an der Klimastation 

Waldhäuser.........................................................................................90 

Abb. 9-3: Vergleich der 4C-Simulation der Bestandesentwicklung mit den 

Messwerten auf der Buchenmessfläche B1 für die Baumart Buche ..92 


Messwerten auf der Buchenmessfläche B1 für die Baumart Fichte...92 


Messwerten auf der Fichtenmessfläche F1 für die Baumart Buche...93 


Messwerten auf der Fichtenmessfläche F1 für die Baumart Fichte ...93 

Abb. 9-7: Vergleich der simulierten mit der gemessenen Bodenfeuchte auf der 

Buchenmessfläche B1 im EZG Forellenbach .....................................94 

Abb. 9-8: Vergleich der simulierten mit der gemessenen Bodenfeuchte auf der 

Buchenmessfläche B1 im EZG Forellenbach in 115 cm Tiefe ...........95 

Abb. 9-9: Gegenüberstellung des simulierten Bodenfeuchteverlaufs in 30 cm 

Tiefe bei Verwendung zweier unterschiedlicher Vegetationsmodelle, 

Messwerte: Kanal 2 und 12a ..............................................................96 

Abb. 9-10: Simulierte tägliche Sickerwasserbildung in 150 cm Tiefe bei 

Verwendung zweier unterschiedlicher Vegetationsmodelle ...............97 

Abb. 9-11: Simulierte anorganisch gebundene Bodenstickstoffgehalte im 

Oberboden (ohne Auflage) und im Gesamtprofil (NO3-N+NH4-N) 

sowie aus 1,5 m Tiefe ausgewaschenen Menge (NO3-N+NH4-N) 

unter dem Buchenbestand B1 ............................................................98 

Abb. 10-1: Gegenüberstellung von beobachteten und simulierten Durchflüssen 

am Pegel Racheldiensthütte (Markungsgraben) für die Periode 1997 

bis 2003...............................................................................................99 

Abb. 10-2: Gegenüberstellung von beobachteten und simulierten Durchflüssen 

am Pegel Schachtenau (Forellenbach) für die Periode 1997 bis 2003100 

Abb. 10-3: Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen 

Durchflusswerten für den Markungsgraben 1.1.1991-31.10.2004, 

Darstellung als x-y-Diagramm und als Dauerlinie.............................100 

Abb. 10-4: Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen 

Durchflusswerten für den Forellenbach 1.1.1991-31.10.2004, 

Darstellung als x-y-Diagramm und als Dauerlinie.............................101 

Abb. 10-5: Gegenüberstellung der simulierten Durchflusswerte für den 

Forellenbach bei Nutzung der beiden Vegetationsmodelle ..............101


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe IX 

Abb. 10-6: Simulation des Blattflächenindexes (LAI) mit den beiden 

Vegetationsmodellen in ArcEGMO-PSCN für das EZG 

Markungsgraben ...............................................................................102 

Abb. 10-7: Hydrotopklassifizierung entsprechend ihrer Abflussdominanz (RD - 

Direktabfluss, RG1 - schneller Grundwasserabfluss, RG2 - langsamer 

Grundwasserabfluss) ........................................................................103 

Abb. 10-8: Simulierte Abflusskomponenten des Markungsgrabens für die Periode 

1998-2003 .........................................................................................105 

Abb. 10-9: Simulierte Abflusskomponenten des Forellenbaches für die Periode 

1998-2003 .........................................................................................105 

Abb. 10-10: Veränderung der Verhältnisse zwischen den 

Wasserhaushaltskomponenten Niederschlag P, Verdunstung 

(potentiell: PET, real: AET) und Abflussspende R im EZG 


Abb. 10-11: Veränderung der Verhältnisse zwischen den 

Wasserhaushaltskomponenten Niederschlag P, Verdunstung 

(potentiell: PET, real: AET) und Abflussspende R im EZG 

Forellenbach......................................................................................108 

Abb. 10-12: Gemessene und simulierte Durchflüsse Q am RHB Hirschbach......109 

Abb. 10-13: Abflussbeiwerte (Abflussfluss R/ Niederschlag P) der hydrologischen 

Jahre 1986 bis 2004 für das EZG Hirschbach auf der Basis simulierter 

Gebietsniederschläge und gemessener bzw. simulierter Durchflüsse 

am Pegel RHB Hirschbach ...............................................................109 

Abb. 10-14: Gemessene und simulierte Durchflüsse Q an der Vorsperre des 

Kleiner Regen....................................................................................111 


Jahre 1986 bis 2004 für das EZG Kleiner Regen auf der Basis 

simulierter Gebietsniederschläge und gemessener bzw. simulierter 

Durchflüsse am Pegel RHB Kleiner Regen ......................................111 


Jahre 1986 bis 2004 für die EZG des Verlorenen Schachtenbachs 

sowie des Quellgebietes des Kleinen Regens auf der Basis simulierter 

Gebietsniederschläge und gemessener bzw. simulierter Durchflüsse112 

Abb. 10-17: Beobachtete Gebietsabflüsse R [mm/d] im EZG Kleiner Regen als 30tägiges 

gleitendes Mittel....................................................................112 

Abb. 10-18: EZG Kleiner Regen mit den ausgewiesenen Teilregionen ...............113 

Abb. 11-1: Monatliche Veränderung der Wasserhaushaltskomponenten 

Sickerwasserrate (GWN), Interflow (Rint) und Verdunstung (AET) auf 

den Versuchsflächen B1 und F1 des ECE-IM, schwarzer Pfeil: 

entscheidende Bestandesveränderungen auf F1 (Fichten auf 40% 

bzw. 85% der Fläche abgestorben), Grauer Pfeil : Fichten auf 40% 

von B1 abgestorben ..........................................................................116 

Abb. 11-2: Vergleich der Veränderungen der wichtigsten Wasserhaushaltsgrößen 

durch die Borkenkäferkalamität (Differenz der Jahressummen 

berechnet mit Referenzsimulation und KB-Szenario).......................117 

Abb. 11-3: Vergleich der Veränderungen der wichtigsten Wasserhaushaltsgrößen 

durch die Borkenkäferkalamität (Differenz der Jahressummen 

berechnet mit Referenzsimulation und KB-Szenario); EZG 

Forellenbach......................................................................................117 

Abb. 11-4: Entstehungsorte und Mengen des simulierten 

Wasserhaushaltskomponenten PET (nach Penman), AET (links)


X im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

sowie hypodermischer Abfluss und Perkolation aus der Bodenzone 

(rechts)..............................................................................................118 

Abb. 11-5: Zunahme der Sickerwassermengen und des Interflows im Vergleich 

zum KB-Szenario als Gebietsmittel ..................................................119 

Abb. 11-6: Zeitliche Verschiebung der Hochwasserspitzen durch den 

Borkenkäferbefall (kumulative Veränderung des Gebietsabflusses in 

täglicher Auflösung im Vergleich zum KB-Szenario); EZG 


Abb. 11-7: Zeitliche Verschiebung der Hochwasserspitzen durch den 

Borkenkäferbefall (kumulative Veränderung des Gebietsabflusses in 

täglicher Auflösung); EZG Forellenbach...........................................120 

Abb. 11-8: Zunahme der Stickstoffausträge (NO3-N und NH4-N) aus der 

Bodenzone im Vergleich zum KB-Szenario als Gebietsmittel ..........121 

Abb. 11-9: Gemessene Nitrat-Konzentrationen im Grundwasser (LfW et al., 

2004) .................................................................................................121 

Abb. 11-10: Jährliche Stickstoffauswaschung aus der Bodenzone (NO3-N und 

NH4-N) laut Referenzszenario mit den Entstehungsflächen ............122


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe XI 

Verzeichnis der Tabellen 

Tab. 3-1: Durchflusspegel an den Fließgewässern der Untersuchungsgebiete 

und deren Einzugsgebiete (EZG)..........................................................3 

Tab. 3-2: Verfügbare digitale Karten für das Untersuchungsgebiet und daraus 

abgeleitete Karten .................................................................................4 

Tab. 3-3: Charakterisierung des EZG der Große Ohe mit den 

Teileinzugsgebieten Markungsgraben und Forellenbach, 

Datenintervall Meteorologie: 1.1.1980-31.12.2004...............................6 

Tab. 3-4: Flächenanteile A [%] der acht Expositionsklassen und deren mittlere 

Neigung N [%] im EZG der Großen Ohe .............................................6 

Tab. 3-5: Bodentypen und ihre Flächenanteile im EZG der Großen Ohe............7 

Tab. 3-6: Vegetation und Landnutzung im EZG der Großen Ohe .......................8 

Tab. 3-7: Jährlicher Zugang der Totholzflächen im Einzugsgebiet der Großen 

Ohe (Pegel Taferlruck) und den zwei Teileinzugsgebiete Forellenbach 

und Markungsgraben ............................................................................8 

Tab. 3-8: Charakterisierung der Einzugsgebiete von Hirschbach und Kleinem 

Regen, Datenintervall Meteorologie: 1.1.1980-31.12.2004, Pegel laut 

Tab. 3-1 und Abb. 3-4) ........................................................................11 

Tab. 3-9: Flächenanteile A [%] der acht Expositionsklassen und deren mittlere 

Neigung N [%] im EZG der TWT Frauenau .......................................11 

Tab. 3-10: Vorkommende Bodentypen im EZG der TWT Frauenau....................12 

Tab. 3-11: Vegetation und Landnutzung im EZG der TWT Frauenau .................12 

Tab. 3-12: Jährlicher Zugang der Totholzflächen im Einzugsgebiet der TWT 

Frauenau und ihrer Zuflüsse Kleiner Regen und Hirschbach.............13 

Tab. 4-1: Alle berücksichtigten Messstationen (RR Niederschlag 

(Tagessumme), LT Lufttemperatur, RF Relative Luftfeuchte, W 

Windgeschwindigkeit, S Sonnenscheindauer, G Globalstrahlung, P 

Luftdruck) ............................................................................................16 

Tab. 4-2: Sämtliche Totalisatorstandorte im NP Bayerischer Wald ...................20 

Tab. 4-3: Vergleich der an Totalisatoren gemessenen Monatssummen mit 

gemessenen (MW) bzw. simulierten (Regio) Tagessummen des 

Niederschlags vor und nach der Korrektur (korW)..............................25 

Tab. 4-4: Regressionsparameter zum Schließen der Datenlücken der 

Totalisatoren: Monatsniederschlagssumme des Totalisators = b* 

Monatsniederschlagssumme des Referenzgerätes + a......................28 

Tab. 4-5: Gegenüberstellung der mit ArcEGMO ermittelten 

Gebietsniederschlägen auf Tagesbasis und den Werten auf 

Monatsbasis (GN) sowie deren prozentuale Abweichung D ..............29 

Tab. 5-1: Messstandorte für die Stoffdeposition im EZG TWT Frauenau ..........34 

Tab. 5-2: Charakteristika der Baumbestände auf den neu eingerichteten 

Depositionsmessflächen (2003) und den ECE-IM 

Untersuchungsflächen (2001), berechnet mit SILVA 2.2....................35 

Tab. 5-3: Messstationen für die Deposition auf Freiflächen im EZG TWT 

Frauenau und im EZG Große Ohe .....................................................36 

Tab. 6-1: Untersuchte Einzugsgebiete ...............................................................44 

Tab. 6-2: Wasserhaushaltsbilanz des Forellenbaches.......................................47


XII im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

Tab. 6-3: Wasserhaushaltsbilanz des Markungsgrabens ..................................48 

Tab. 6-4: Vergleich der mittleren Anteile von Verdunstung und den 

Abflusskomponenten am Gebietsniederschlag im Zeitraum 1.11.1990 

- 31.10.1996 (Referenzperiode)..........................................................58 

Tab. 7-1: Ergebnisübersicht mittlere Verweilzeiten der langsamen GW- 

Komponente RG2 der EG Große Ohe und TS Frauenau ..................65 

Tab. 7-2: Anteile und mittlere Verweilzeiten der Komponente RG2 in der 

Untersuchungsregion..........................................................................74 

Tab. 7-3: Sauerstoff-18 Gehalte im Niederschlag im Zeitraum 22. bis 30. 

September 2004..................................................................................76 

Tab. 10-1: Anteil der einzelnen Abflusskomponenten am simulierten 

Gebietsabfluss von Markungsgraben und Forellenbach 

(Simulationszeitraum: 1.1.1991-31.12.2004)....................................102 

Tab. 10-2: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten und gemessene Abflüsse 

RM im Einzugsgebiet des Markungsgrabens (1.11.1991–31.10.2004) 

in mm/a .............................................................................................104 

Tab. 10-3: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten und gemessene Abflüsse 

RM im Einzugsgebiet des Forellenbachs (1.11.1991 – 31.10.2004).106 

Tab. 10-4: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten für das EZG Hirschbach, 

Vergleich mit den gemessenen Gebietsabflüssen RM an der Vorsperre 

der TWT Frauenau............................................................................110 

Tab. 10-5: Simulierte Niederschläge P, Verdunstungsmengen AET und 

Verhältnisse AP zwischen realer und potentieller Verdunstung in den 

Teilregionen des EZG Kleiner Regen, Gegenüberstellung von 

simulierten und beobachteten Abflüssen an den Pegeln .................114


im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 1 

1 Zielstellung 

Das Forschungsprojekt untersucht die Auswirkungen von Veränderungen in Waldökosystemen 

auf Menge und Qualität des Wasserdargebots hydrologischer Einzugsgebiete 

des Bayerischen Waldes. Aufbauend auf bestehende hydrologische 

Untersuchungsprogramme im Nationalparkgebiet und den daraus abgeleiteten 

Ergebnissen zum Wasser- und Stoffhaushalt (z.B. NPV et al. 1999, Preuhsler et al. 

2001) wurden neue experimentelle und modelltechnische Methoden genutzt, um 

eine Regionalisierung hydrologischer und hydrochemischer Prozesse auf Landschaftsebene 

und damit Aussagen und Prognosen zu Wasserhaushalt und Wasserqualität 

für das gesamte Nationalparkgebiet zu ermöglichen. 

Die flächen- und zeitbezogenen Ergebnisse des Projektes sollten in ihrer Struktur 

mit denen anderer HTO-Projekte, insbesondere dem waldökologischen Geoinformationssystem 

(Geo-Datenserver) harmonisiert und dort eingebracht werden. 

2 Methodik 

Die Projektbearbeitung erfolgte mit drei unterschiedlichen Methoden der hydrologischen 

Forschung. Diese umfassen 

• die Messung von Eingangsgrößen des Gebietswasser- und Stoffhaushaltes 

(Deposition und Niederschlag) in bisher unbeobachteten Gebieten im Einzugsgebiet 

der Trinkwassertalsperre (TWT) Frauenau (Kapitel 5), 

• tracerhydrologische isotopenchemische Analysen der Verweildauer der Boden- 

und Grundwässer (Kapitel 7), 

• gekoppelt mit einer bilanzgestützten differenziellen Ganglinienseparationsanalyse 

(Kapitel 6) und 

• die Anwendung eines ökohydrologischen Einzugsgebietsmodells (Kapitel 8 - 

11) auf der Basis des bereits vorhandenen Datenfundus. 

Durch Verknüpfung von Beobachtung, Analyse und Simulation war eine Kontrolle 

und Interpretation der mit den einzelnen Methoden erzielten Aussagen anhand der 

Ergebnisse der anderen Verfahren möglich. Außerdem konnten durch die sich 

ergänzenden Untersuchungsverfahren Lücken in den Einzelmethoden geschlossen 

werden. 

Die Bearbeitung fand in enger institutioneller Kooperation statt. Die Beobachtungen 

und messtechnischen Analysen erfolgten durch die Nationalparkverwaltung 

Bayerischer Wald sowie das Bayerische Landesamt für Wasserwirtschaft (LfW), 

Messnetz Stoffeintrag-Grundwasser. Die isotopenchemischen Analysen und Ganglinienanalysen 

wurden an der TU Dresden durchgeführt. Durch die Zusammenarbeit 

der Modellentwickler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und 

des Büros für Angewandte Hydrologie (BAH) mit den forstlichen Fachwissenschaftlern 

an der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) und der 

Nationalparkverwaltung konnte das eingesetzte Einzugsgebietsmodell ArcEGMO- 

PSCN und das Waldwachstumsmodell 4C entsprechend der Aufgabenstellung 

weiter entwickelt werden.


2 im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe 

3 Untersuchungsgebiete 

3.1 Gewässereinzugsgebiete im Bayerischen Wald 

Abb. 3-1 zeigt alle Gewässereinzugsgebiete, die Teile des Nationalparkgebietes 

umfassen. Der Nationalpark entwässert in den Großen und Kleinen Regen, die 

Große und Kleine Ohe und das Reschwasser. Das Sausswasser kann hinsichtlich 

seines sehr kleinen Gebietsanteils am Nationalpark vernachlässigt werden. 

Abb. 3-1: Gewässereinzugsgebiete, die Teile des Nationalparkgebietes umfassen, mit 

den Einzugsgebieten der TWT Frauenau und der Großen Ohe (Pegel Taferlruck) 

im Zentrum des Nationalparks 

Die beiden benachbarten Quelleinzugsgebiete des Kleinen Regens (Einzugsgebiet 

der Trinkwassertalsperre (TWT) Frauenau, 30.4 km²) und der Großen Ohe (19 km² 

am Pegel Taferlruck) im Inneren Bayerischen Wald sind voll bewaldet und repräsentieren 

alle Höhenlagen des Nationalparks in der Grobgliederung Talaue- 

Fichtenwald, Bergmischwald und Hochlagen-Fichtenwald. Das Einzugsgebiet der 

TWT Frauenau im Erweiterungsbereich des NP Bayerischer Wald versorgt seit 

1983 eine halbe Million Menschen in acht Landkreisen und in der Stadt Deggendorf 

mit Trinkwasser. Hier wird bis 2017 die weitere Ausbreitung des Borkenkäfers 

durch forstliche Maßnahmen bekämpft. Das in der Kernzone des Nationalparks 

gelegene Einzugsgebiet der Großen Ohe wird seit 1979 in einem Forschungsverbund 

der Nationalparkverwaltung, der Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft, 

des Landesamtes für Wasserwirtschaft und der TU München intensiv untersucht. 

Hier erfolgt keine Bekämpfung des Borkenkäfers, so dass die Fichten in den Hochlagen 

vollständig abgestorben sind.



In beiden Gebieten, die vollständig im Gebiet des Nationalparks liegen, stehen 

Durchfluss-Messreihen auch an kleineren Gewässern zur Verfügung (Tab. 3-1). 

Tab. 3-1: Durchflusspegel an den Fließgewässern der Untersuchungsgebiete und deren 

Einzugsgebiete (EZG) 

ME-Nr. Gewässer Name 

1521620 

Verlorener 

Schachtenbach 

Verlorener 

Schachten 

Übergeordnetes 

Gewässer 

EZG 

[km²] 

Messbeginn 

Quelle 

TWT Frauenau 0,8 Nov 78 LfW 

1521440 Kleiner Regen Rachelhütte TWT Frauenau 2,1 Nov 78 LfW 

1521460 Kleiner Regen Herbstriegel TWT Frauenau 11,3 Nov 77 LfW 

- 

WWA Deg- 

Kleiner Regen VS* Kleiner Regen TWT Frauenau 14,4 Okt 85 

gendorf 

1521700 Hirschbach Brendeschlag TWT Frauenau 8,7 Nov 77 LfW 

- Hirschbach VS* Hirschbach 

WWA Deg- 

TWT Frauenau 10,5 Okt 85 

gendorf 

1741300 Große Ohe Taferlruck Große Ohe 19,0 Dez 77 LfW 

1741800 Markungsgraben 

Racheldiensthütte Große Ohe 1,1 Nov 88 LfW 

1741900 Forellenbach Schachtenau Große Ohe 0,7 Nov 90 ICP-IM 

* Vorsperre 

Durchflussmessreihen sind in der Regel die maßgebliche Validierungsmöglichkeit 

hydrologischer Gebietsmodelle. Damit bieten sich diese beiden Gebiete sowohl 

hinsichtlich der naturräumlichen Gegebenheiten als auch der Überprüfungsmöglichkeiten 

der zu erzielenden Aussagen als Untersuchungsgebiete an. 

3.2 Datenbasis (Raumdaten) 

Als Eingangsdaten konnte das Referenz-GIS „Nationalpark Bayerischer Wald“ 

(Huber, 2002) genutzt werden. Es enthält allgemeine raumbezogene Informationen 

zum Nationalpark Bayerischer Wald aus mehreren Datenquellen in Form von Vektor-, 

Raster- und Sachdaten. Eine Analyse der enthaltenen Rauminformationen 

zeigte jedoch, dass diese z.Z. noch nicht für eine flächenscharfe Simulation der 

hydrologischen Prozesse in den ausgewählten Einzugsgebieten ausreichen. Insbesondere 

im Erweiterungsgebiet des Nationalparks mit dem Einzugsgebiet der 

TWT Frauenau war zu Beginn des Projektes die Verfügbarkeit digitaler Daten unzureichend. 

Hiervon sind vor allem die Bereiche des ehemaligen Nicht- 

Staatswaldes und die Gebietsteile in Tschechien betroffen. Demzufolge mussten 

weitere Karten recherchiert und Kompromisslösungen gefunden werden. Eine detaillierte 

Beschreibung dazu ist im Anhang enthalten (A-1: Böden im NP Bayerischer 

Wald und A-2: Bestandescharakterisierung und Erfassung der Totholzflächen). 

Tab. 3-2 gibt einen Überblick über alle genutzten Karten und die daraus 

abgeleiteten Rauminformationen. In Hinblick auf zukünftige hydrologische Modellierungsarbeiten 

im NP Bayerischer Wald wurden alle Basiskarten in der Ausdehnung 

des Nationalparks erstellt. 

Die Forstlichen Standortkartierungen (FSK) unterscheidet 20 Bodenformen der drei 

Klassen „Fels- und Blockböden“, „Sand- und Lehmböden“ und „Nassböden“ sowie 

der Moränenbereiche. Bei Berücksichtigung der Höhenlage der einzelnen Standorte 

wurden den Bodenformen Bodentypen auf der Grundlage der Höhenzonierung 

nach Elling et al. (1987) zugewiesen (s. Anlage A-1). Für das Untersuchungsgebiet



konnten insgesamt 17 Bodentypen ausgewiesen werden. Dazu kommen noch 

Aufschüttungs- und Wasserflächen. 

Tab. 3-2: Verfügbare digitale Karten für das Untersuchungsgebiet und daraus abgeleitete 

Karten 

Datenart 

Topographie 

Einzugsgebiete 

Gewässernetz 

Quelle 

(Original) 

DHM Bayern 

(50 x 50m) 

BLVA (1997) 

Verfügbarkeit 

Punkt-Shape 

(LWF) 

LfW (2002) Polygon- 

Shape 

ATKIS DLM 

25/1 

BLVA (1998) 

Polygone und 

Linien 

Abgeleitete 

Basiskarten 

Bemerkung 

Höhenkarte 50 x 50m – Raster 

Hangneigung 50 x 50m – Raster 

Exposition 50 x 50m – Raster 

Hangneigungsklassen 

(50 x 50m – Raster) 

Expositionsklassen 

(50 x 50m – Raster) 

Teileinzugsgebietskarte 

TWT Frauenau und 

Große Ohe 

Fließgewässerkarte 

0-1%, 1–4% 

4-10%, 10-20% 

> 20% 

Nord, Nord-Ost, Ost, 

Süd-Ost, Süd, Süd- 

West, West, Nord- 

West 

Polygone 

Details in Kap.8.2 

Linien und Punkte 


Höhenstu- NPV BW Polygonfen 

Shape 

Boden FSK FA Zwiesel 

(1982) 

FSK NP BW 

(1971) 

FSK Prosinger 

(2003) 

Polygon- 

Shapes 

(1:10.000) 

LWF 

Bodentypenkartierung 

Polygone und 

20 x 20 m – Raster 

Details in A-1 

Vegetation, Inventurpunkte NPV BW Inventurpunktraster 200 x 200 m 

LandnutzungBestandesteilflächen 

(1998) 

ATKIS DLM 

25/1 

NPV BW 

Landnutzung und 

Vegetation 

Polygone und 

20 x 20 m - Raster 


Totholz- 

Kartierung 

NPV (1988- 

1993) 

LWF (1994- 

2000) 

NPV (2000- 

2003) 

NPV BW 

Vereinheitlichte 

Totholzkarte 

Zuordnung der 

Flächenanteile zum 

Inventurpunktraster 

Details in A-2 

Die Totholzerfassung im Altgebiet des Nationalparks (Rachel-Lusen-Gebiet) erfolgt 

seit 1988 jährlich durch die Auswertung von Luftbildern. Da diese Luftbildauswertungen 

in der Vergangenheit in verschiedenen Einrichtungen und mit unterschiedlichen 

Auswerteverfahren durchgeführt wurden, unterscheiden sich die Karten z.T. 

beträchtlich. Gleiche Areale wurden bei der Auswertung späterer Befliegungen als 

Neubefallsflächen ausgewiesen. Die Erfassung der geräumten Flächen im Erweiterungsgebiet 

erfolgte erstmals 1998 und danach nur räumlich begrenzt. Im Rahmen 

der Projektbearbeitung wurde aus diesem heterogenen Kartenmaterial eine vereinheitlichte 

Totholzkarte als Basis für die dynamischen Modellierungen erstellt (s. 

Anlage A-2). Hierzu mussten für die einzelnen Kartierungsjahre Flächenkorrekturen 

vorgenommen werden. Dadurch weichen die folgenden Angaben zum Totholzanteil 

der Untersuchungsgebiete teilweise von bisher veröffentlichten Zahlen ab, 

da dort diese Inkonsistenz des Kartenmaterials nicht berücksichtigt wurde.



3.3 Das Einzugsgebiet der Großen Ohe 

Das 19,1 km² große Quellgebiet der Große Ohe im Flussgebiet Ilz-Donau liegt im 

Zentralbereich des Nationalparks Bayerischer Wald südöstlich des 1453 m hohen 

Großen Rachel. Hauptgewässer sind der Seebach, der die Westhälfte des Gebietes 

mit der Südostflanke des Großen Rachel entwässert, sowie der Vordere 

Schachtenbach mit dem Forellenbach als Nebengewässer und der Hintere 

Schachtenbach mit dem Markungsgraben als Nebengewässer (Abb. 3-2). Als Untersuchungsgebiet 

des Forschungsverbundes „Große Ohe“ mit den beiden Teileinzugsgebieten 

Markungsgraben und Forellenbach ist es schon mehrfach beschrieben 

worden, so dass an dieser Stelle auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet 

wird. Stattdessen sollen hier die Gebietscharakteristika, wie sie sich aus dem 

erarbeiteten GIS-Modell (Kapitel 8.2, und Anlagen A-1, A-2) und den verwendeten 

meteorologischen Eingangszeitreihen (Kapitel 4) ergaben und so in die weiteren 

Untersuchungen eingingen, in tabellarischer Form dargestellt werden. Detaillierte 

Beschreibungen des Gesamtgebietes finden sich u.a. bei Gietl (1983) und Thums 

(1993). Eine Gebietsbeschreibung des EZG Markungsgraben wird im Rahmen des 

„Messnetzes Stoffeintrag-Grundwasser“ (LfW, 2004) gegeben. Das EZG Forellenbach, 

das seit 1990 im Rahmen des „UN/ECE-Integrated Monitoring Programm 

(ICP-IM)“ im Auftrag des Umweltbundesamtes hydrologisch, hydrochemisch und 

biometrisch untersucht wird, wird in Beudert et al. (1994) sowie in Beudert & Breit 

(2004) charakterisiert. 

Abb. 3-2: Das Einzugsgebiet der Großen Ohe mit den Untersuchungsgebieten „EZG 

Markungsgraben“ und „EZG Forellenbach“ 

Das EZG des Markungsgraben repräsentiert die Hochlagen sowie die oberen 

Hanglagen des Gebietes, während das EZG des Forellenbachs sich primär in den 

Höhenstufen „Untere und Obere Hanglage“ befindet. Das spiegelt sich in den unterschiedlichen 

meteorologischen Bedingungen wider, die neben den morphologi-



schen Eigenschaften zu sehr unterschiedlichen Abflusskennzahlen dieser benachbarten 

Gebiete führen. 

Tab. 3-3: Charakterisierung des EZG der Große Ohe mit den Teileinzugsgebieten Markungsgraben 

und Forellenbach, Datenintervall Meteorologie: 1.1.1980- 

31.12.2004 

EZG Große Ohe Markungsgraben Forellenbach 

Pegelname Taferlruck Racheldiensthütte Schachtenau 

Größe [km²] 19,1 1,1 0,7 

Mittlerer Abfluss [m 3 /s] 0,605 0,046 0,017 

Abflussbeiwert (1989-2004) 0,61 0,73 0,63 (ab 1991) 

Jahresmittel der 

Lufttemperatur [°C] 5,5 5,3 6,2 

Jahresniederschlag [mm] 1670 1800 1630 

Lithologie 

Biotitgranit; Corderit-Sillimanit-Gneis 

(CSG) 

Biotitgranit; CSG; 

Cordierit-Biotit- 

Paragneis 

Biotitgranit 

mittlere Hangneigung [°] 11,1 16,05 8,4 

EZG-Länge [km] 4,8 1,7 2,8 

Fließgewässerlänge [km] 47,5 1,7 2,2 

min. Geländehöhe 

[m ü. NN] 770 890 787 

mittl. Geländehöhe [m ü. NN] 982 1128 894 

max. Geländehöhe [m ü. NN] 1435 1355 1293 

Die in Tab. 3-3 angegebenen Werte der mittleren Hangneigung, die aus dem verwendeten 

Höhenmodell (Tab. 3-2) abgeleitetet wurden, entsprechen für das Gesamtgebiet 

der Großen Ohe den durch Teichmann (1984) angegebenen Werten. 

Sowohl für den Markungsgraben als auch für den Forellenbach liegen die abgeleiteten 

Hangneigungswerte mit 28,7% bzw. 14,7% etwas über den in den obigen 

Quellen angegebenen Werten (27% für den Markungsgraben laut LfW, 2004 und 

12% für den Forellenbach laut Beudert & Breit, 2004). 

Tab. 3-4: Flächenanteile A [%] der acht Expositionsklassen und deren mittlere Neigung N 

[%] im EZG der Großen Ohe 

Exposition Große Ohe Markungsgraben Forellenbach 

A [%] N [%] A [%] N [%] A [%] N [%] 

Nord 4,7 5,1 - - - - 

Nord-Ost 4,0 7,3 - - 0,8 2,1 

Ost 9,0 10,0 2,3 12,9 2,0 2,6 

Süd-Ost 17,7 9,9 14,1 17,1 3,5 3,0 

Süd 19,5 8,1 15,8 12,1 30,4 5,8 

Süd-West 30,4 10,5 51,7 14,4 61,4 7,6 

West 9,9 7,2 14,7 11,9 1,7 2,9 

Nord-West 4,6 5,0 1,4 7,9 0,1 2 

Der geologische Untergrund des Einzugsgebiets der Grossen Ohe besteht aus 

Granit und aus Gneis, der reich an Biotit ist. Während des Tertiärs waren die kristallinen 

Gesteine einer tiefgründigen Verwitterung ausgesetzt, so dass eine mäch-



tige Vergrusungszone entstand, die als Wasserspeicher eine große Bedeutung 

hat. Die Granite sind meist tiefgründiger vergrust als die Gneise. Es finden sich 

Spuren pleistozäner Vergletscherung. So ist der Rachelsee ein typischer Karsee. 

Als charakteristisches pleistozänes Sediment prägt verfestigter Schutt („Firneisgrundschutt“) 

weite Flächen des Einzugsgebietes. Dieser Schutt kann im Sinne der 

für viele Mittelgebirge geltenden Hangschichtungen als Basisfolge angesprochen 

werden und ist Ergebnis von Solifluktionsvorgängen unter periglazialen Bedingungen. 

Die Mächtigkeit dieser Basisfolge nimmt mit zunehmender Gebietshöhe ab. In 

der Hochlage steht der verfestigte Schutt in 30 – 60 cm Tiefe an, in der Hanglage 

trifft man ihn in tieferen Schichten bis 100 cm an. Er wirkt durchwurzelungshemmend 

und wirkt bei hohen Sickerwasserraten stauend, was zu lateralem Flüssen in 

der Bodenzone führt. 

Bezüglich der Bodenformen sind Lehmböden bestimmend. Besonders an den steileren 

Hängen der Rachelflanke und im Markungsgrabengebiet erstrecken sich 

jedoch Fels- und Blockböden. Moore finden sich nur auf kleineren Arealen. In der 

Anhang A-1 ist die räumliche Verteilung der den Bodenformen zugeordneten Bodentypen 

dargestellt. Ihre Flächenanteile in den untersuchten Teileinzugsgebieten 

der Großen Ohe wird durch Tab. 3-5 wiedergegeben. Große Flächenanteile nehmen 

die Ranker und Braunerde-Ranker der Fels- und Blockböden sowie die 

Braunerden und Lockerbraunerden ein. Besonders im Einzugsgebiet des Forellenbachs 

sind auch Gleye anzutreffen. 

Tab. 3-5: Bodentypen und ihre Flächenanteile im EZG der Großen Ohe 

Bodentyp 

Große Ohe 

Flächenanteil [%] 

Markungsgraben Forellenbach 

Rohboden (Syrosem) 0,09 0,74 0,00 

Ranker, Braunerde-Ranker 13,24 37,57 12,44 

Lockerbraunerde, 

vereinzelt Podsol-Braunerde 

20,48 17,58 22,10 

(Locker)braunerde, 


2,34 2,70 - 

Hanggley-Braunerde 1,30 - 0,82 

(Hang)gley-Braunerde 0,44 - 0,50 

Braunerde, 


14,53 0,08 11,80 

Braunerde, Podsol-Braunerde 9,15 - 22,56 

Hochlagen-Braunerde, 

Podsol-Braunerde 

11,69 29,77 0,22 

Podsol 0,08 - - 

Gley und Anmoorgley, Moorgley 17,91 9,65 28,83 

flaches Niedermoor 2,37 1,43 0,73 

mittleres und tiefes Niedermoor 2,32 - - 

Übergangsmoor 0,47 - - 

Hochmoor 0,34 0,47 - 

Moränenbereich, Moränenwälle 2,61 - - 

Wasser 0,29 - - 

Abbau, Aufschüttung 0,34 - - 

Das Gebiet ist nahezu vollständig bewaldet. Reine Fichtenbestände finden sich 

überwiegend in den kalten Hochlagen sowie den Tälern mit Kaltluftstau. In den



Hanglagen dominiert Bergmischwald (Fi-Ta-Bu). Der Waldzustand war in den 80er 

und 90er Jahren gekennzeichnet von hohen Schädigungsgraden. 

Tab. 3-6: Vegetation und Landnutzung im EZG der Großen Ohe 

Vegetation Flächenanteil [%] 

Landnutzung Große Ohe Markungsgraben Forellenbach 

Standgewässer 0,3 - - 

Fels, Geröll 0,1 0,7 - 

Grünland 0,6 0,1 - 

Fichten-Laub-Mischwald 73,6 51,8 81,5 

Fichtenreinbestände 22,8 46,7 16,4 

Moor 0,8 0,5 - 

Wege, Parkplätze, Gebäude 1,6 0,3 1,8 

Straßen 0,1 - 0,3 

Im Kerngebiet des Nationalparks können die natürlichen Prozesse ungehindert 

ablaufen, so dass Mitte der 90er Jahre mehrere Tausend Hektar Wald einer Borkenkäfergradation 

zum Opfer fielen. Die seit 1988 durchgeführten Befliegungen zur 

Befallssituation ergaben die in Tab. 3-7 und Abb. 3-3 dargestellte Ausweitung der 

Totholzflächen in den Einzugsgebieten der Großen Ohe. Ihre räumliche Ausdehnung 

zeigt Abb. 3-2. 

Tab. 3-7: Jährlicher Zugang der Totholzflächen im Einzugsgebiet der Großen Ohe (Pegel 

Taferlruck) und den zwei Teileinzugsgebiete Forellenbach und Markungsgraben 

Große Ohe (Taferlruck) Forellenbach Markungsgraben 

Jahr Neuzugang 

[ha] 

Flächenanteil 

im EZG [%] 

Neuzugang 

[ha] 


im EZG [%] 

Neuzugang 

[ha] 

1988 6,8 0,4 0,33 0,5 0,0 

1989 4,6 0,6 0,15 0,7 0,0 

1990 1,0 0,7 0,16 0,9 0,0 

1991 0,9 0,7 0,01 0,9 0,0 

1992 0,6 0,7 0,06 1,0 0,0 


im EZG [%] 

1993 30,7 2,3 0,99 2,4 5,3 4,8 

1994 10,5 2,9 0,46 3,0 1,3 6,0 

1995 13,3 3,6 0,05 3,1 2,8 8,5 

1996 33,4 5,3 0,51 3,8 12,9 20,2 

1997 121,9 11,8 3,63 8,8 45,7 61,5 

1998 109,6 17,5 4,40 15,0 16,0 76,0 

1999 246,7 30,5 9,01 27,6 5,5 81,0 

2000 112,2 36,4 5,91 35,8 3,0 83,7 

2001 6,9 36,7 0,10 36,0 0,0 83,7 

2002 17,3 37,7 0,96 37,3 0,0 83,7 

Im Markungsgrabengebiet ist mit keiner Ausweitung der betroffenen Flächen zu 

rechnen, da die verbleibenden Bestände überwiegend aus Laubhölzern (Buche 

und Ahorn) bestehen. Borkenkäferschäden waren in den letzten Jahren vielmehr in 

den unteren Hang- und Tallagen zu beobachten. Derzeit wächst anstelle der zerstörten 

Bestände ein naturnaher Bergmischwald auf. Während in den relativ war-



men Hanglagen die Verjüngung rasch vonstatten geht, verlangsamen ungünstige 

Standortsverhältnisse (niedrige Temperaturen, Reitgrasflur, hoher Skelettanteil) 

diese Entwicklung in der Hochlage. 

Flächenzuwachs [ha] 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

0.2 

jährlicher Totholzflächenzuwachs Forellenbach 

jährlicher Totholzflächenzuwachs Markungsgraben 

Flächenanteil Forellenbach 

Flächenanteil Markungsgraben 

Flächenanteil Große Ohe 

12.9 

45.7 

5.3 

2.8 

3.6 

4.4 

5.5 5.9 

3.0 

1.0 0.5 

1.3 

0.5 

0.1 

1.0 

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 

Abb. 3-3: Jährliche Vergrößerung der Totholzflächen in den Einzugsgebieten der Großen 

Ohe, des Forellenbachs und des Markungsgrabens; Linien: Totholzanteil an der 

Einzugsgebietsfläche [%]; Säulen: Ausweitung der vom Borkenkäfer betroffenen 

Flächen in den Einzugsgebieten von Forellenbach und Markungsgraben 

[ha] 

16.0 

9.0 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Gebietsanteil [%]



3.4 Einzugsgebiet der TWT Frauenau 

Das Einzugsgebiet der TWT Frauenau unterteilt sich in das Hirschbachgebiet (9,5 

km², Nordbereich) und das Einzugsgebiet des Kleinen Regens (15,25 km², Südbereich). 

Abb. 3-4: Vegetation, Landnutzung sowie geräumte und ungeräumte Totholzflächen 

(Stand 2003) im Einzugsgebiet der TWT Frauenau mit den Teileinzugsgebieten 

Hirschbach und Kleiner Regen 

Im Vergleich zum EZG der Großen Ohe und ihrer exemplarisch untersuchten Teileinzugsgebiete 

unterscheiden sich beide Gebiete wesentlich stärker sowohl hinsichtlich 

der Gebietsmorphologie als auch der Vegetation und der geologischen 

Situation. Wie Abb. 3-4 verdeutlicht, ist der Borkenkäferbefall beide Gebiete unterschiedlich. 

Durch die sofortige Bekämpfung entstanden im Hirschbachgebiet in der 

Mehrzahl nur kleinere ausgeräumte Flächen. Die Rachel-Nordflanke im Einzugsgebiet 

des Kleinen Regen, die zum Altgebiet des Nationalparks gehört, ist demgegenüber 

großflächig betroffen. Die Veränderung der Befallssituation ist in Tab. 

3-12 und Abb. 3-5 dargestellt. 

In den beiden folgenden Tabellen sind die wesentlichen gebietsmorphologischen, 

hydrologischen und meteorologischen Eigenschaften dargestellt. Das EZG der 

TWT Frauenau umfasst auch Bereiche des Hochplateaus des Böhmerwaldes (vor 

allem die tschechischen Gebietsanteile). Da die Flächeninformationen dieser 

tschechischen Gebietsanteile anhand der topographischen Karte bzw. aus Nachbarschaftsbeziehungen 

abgeleitet wurden, sind in diesen Bereichen die räumlichen 

Informationen nicht mehr so kleinflächig wie im übrigen Gebiet. Im Vergleich zur 

Großen Ohe nehmen Moore einen wesentlich größeren Flächenanteil ein, wie Tab. 

3-11 und Tab. 3-10 verdeutlichen. Besonders in den Quellbereichen des Kleinen 

Regens (Verlorener Schachtenbach und EZG bis zum Pegel Rachelhütte) sind



diese hydrologisch bedeutenden Vegetations- und Bodenformen zu finden. Durch 

den größeren Anteil an Hochplateauflächen kommt es auch zu einer anteiligen 

Verschiebung des Flächenanteils der Böden der Hochlagen (Hochlagen-Braunerde 

und Podsol-Braunerde) gegenüber den Lockerbraunerden der Hanglagen (Tab. 

3-10). 

Tab. 3-8: Charakterisierung der Einzugsgebiete von Hirschbach und Kleinem Regen, 

Datenintervall Meteorologie: 1.1.1980-31.12.2004, Pegel laut Tab. 3-1 und Abb. 

3-4) 

Kleiner 

Regen 

Kleiner Regen 

Herbstriegel 

Verl. Schachtenbach 

Kleiner Regen 

Rachelhütte 

Hirschbach 

Pegel VS Kl. Regen 1521460 1521620 1521440 

VS Hirschbach 

Größe [km²] 14,4 11,3 0,8 2,06 10,5 

Mittlerer Abfluss 

[m 3 /s] 

0,54 0,48 0,058 0,098 0,34 

Abflusskoeffizient 

Jahresmittel der 

0,64 0,65 1,23 (0,65)* 0,79 0,6 

Lufttemperatur 5,23 5,23 5,23 5,21 5,03 

[°C] 

Mittlerer Jahresniederschlag 

[mm] 

Lithologie 

1830 1858 1879 1958 1667 

Corderit- 

Sillimanit- 

Gneis (CSG) 

CSG, 

Biotitgranit 

CSG, Muscovitgranit,Cordierit-Biotit- 

Anatexit 

CSG, 

Muscovitgranit 

Biotitgranit, 

CSG; 

Glimmergneis 

mittl. Hangneigung 

[°] 

11,2 10,4 5,1 7,5 11,7 

EZG-Länge [km] 5 4,3 1,1 2,1 5,6 

Fließgewässerlänge 

[km] 

min. Geländehö- 

41,7 27,9 2,01 2,15 25,6 

he 

[m ü. NN] 

mittl. Gelände- 

769 812 1002 992 772 

höhe 

[m ü. NN] 

max. Gelände- 

1024 1045 1110 1125 1043 

höhe 

[m ü. NN] 

1441 1441 1153 1242 1302 

* Simulationswert 

Tab. 3-9: Flächenanteile A [%] der acht Expositionsklassen und deren mittlere Neigung N 

[%] im EZG der TWT Frauenau 

Exposition 

Kleiner Regen Kleiner Regen 

Herbstriegel 

Verlorener Kleiner Regen 

Schachtenbach Rachelhütte 

Hirschbach 

A [%] N [%] A [%] N [%] A [%] N [%] A [%] N [%] A [%] N [%] 

Nord 24,0 11,4 23,3 10,6 10,0 3,7 18,4 7,0 2,6 6,4 

Nord-Ost 12,9 13,9 8,9 12,9 1,4 3,2 1,3 5,2 1,7 7,1 

Ost 2,8 13,3 3,2 13,1 0,2 2,7 - - 7,5 14,0 

Süd-Ost 1,6 8,9 2,0 8,6 3,9 3,6 0,1 2,7 22,1 13,0 

Süd 6,1 9,6 8,0 9,4 20,9 9,3 2,4 3,3 20,3 10,2 

Süd-West 15,8 10,2 20,3 10,2 21,3 9,2 17,2 9,2 13,0 8,8 

West 16,9 9,6 20,6 9,6 21,4 8,0 30,4 7,3 23,2 11,4 

Nord-West 20,0 11,3 13,9 10,0 21,0 6,3 30,3 6,6 9,6 9,2



Tab. 3-10: Vorkommende Bodentypen im EZG der TWT Frauenau 


Bodentyp Kleiner Kl. Regen Verl. Schach- Kl. Regen Hirschbach 

Regen Herbstriegel tenbach Rachelhütte 

Ranker, Braunerde- 

Ranker 

Lockerbraunerde, 

9,6 7,8 0,0 1,9 5,1 

vereinzelt Podsol- 

Braunerde 

(Locker)braunerde, 

17,3 17,0 8,3 0,1 26,0 


Braunerde 

13,7 13,8 18,4 2,8 10,6 

Hanggley-Braunerde 

Braunerde, 

3,7 2,2 0,3 - 4,2 


Braunerde 

8,4 4,7 - - 8,4 

Hochlagen-Braunerde, 

Podsol-Braunerde 

31,2 37,0 49,2 76,0 33,0 

Podsol 0,1 0,1 - - - 

Gley und Anmoorgley, 

Moorgley 

7,6 6,6 5,9 1,5 7,5 

flaches Niedermoor 2,0 2,4 5,8 - 2,8 

mittleres und tiefes 

Niedermoor 

0,8 1,0 - - 0,3 

Übergangsmoor 3,4 4,4 11,3 17,8 0,6 

Hochmoor 0,1 0,1 0,7 - 0,3 

Moränenbereich, 

Moränenwälle 

2,1 2,8 - - 1,2 

Wasser 0,1 0,0 - - 0,1 

Abbau, Aufschüttung - - - - 0,0 

Tab. 3-11: Vegetation und Landnutzung im EZG der TWT Frauenau 

Vegetation 

Landnutzung 

Kleiner 

Regen 

Kl. Regen 

Herbstriegel 


Verl. Schachtenbach 

Kl. Regen 

Rachelhütte 

Hirschbach 

Standgewässer 0,1 0,0 - - 0,1 

Fels, Geröll 0,1 0,1 - - 0,2 

Grünland 1,1 1,5 5,6 0,1 1,9 

Fichten-Laub- 

Mischwald 

43,8 48,3 58,1 28,8 56,2 

Fichtenreinbestände 49,8 44,3 23,7 53,2 39,1 

Moor 3,4 4,5 12,1 17,8 1,0 

Weg, Parkplatz 1,6 1,2 0,5 0,1 1,6 

Obwohl der Anteil der besonders stark vom Borkenkäfer bedrohten Fichtenreinbestände 

höher als im EZG der Großen Ohe ist, ist der Flächenanteil der vom Borkenkäfer 

zerstörten Bestände mit 14,6% wesentlich geringer als im benachbarten 

Gebiet. Der Grund hierfür ist die anhaltende Borkenkäferbekämpfung im Erweiterungsgebiet 

durch Entfernen der befallenen Bäume. Bei der Bewertung der in Tab. 

3-12 angegebenen Zahlen zur Ausweitung der geräumten und nicht geräumten 

Totholzflächen im EZG der TWT Frauenau muss beachtet werden, dass jährliche 

Auswertungen nur für die Gebietsteile am Nordhang des Rachels vorliegen. Insbesondere 

die Zunahme der geräumten Totholzflächen der Kartierungen 1998, 2000



und 2003 sind deshalb als kumulative Werte der vorangegangenen Jahre anzusehen. 

Da zum genauen Befallszeitraum keine Angaben vorlagen, wurde der Flächenzuwachs 

dem Auswertungsjahr zugeordnet. 

Tab. 3-12: Jährlicher Zugang der Totholzflächen im Einzugsgebiet der TWT Frauenau und 

ihrer Zuflüsse Kleiner Regen und Hirschbach 

Jahr 

TWT Frauenau (gesamt) Kleiner Regen (1521460) Hirschbach (1521700) 

Flächenzuwachs 

Totholz [ha] 

ungeräumt 

geräumt 

1989 0,1 0,0 


Totholz [ha] 


[%] ungeräumt 

geräumt 

1990 0,0 0,0 0,0 0,0 

1992 0,1 0,0 0,1 0,0 

1993 6,7 0,2 6,5 0,6 

1994 6,8 0,5 5,6 1,1 

1995 2,5 0,5 1,8 1,2 

1996 15,7 1,1 14,3 2,5 

1997 38,6 2,3 34,4 5,5 


Totholz [ha] 


[%] ungeräumt 

geräumt 


[%] 

1998 21,8 85,8 5,9 20,3 31,0 10,1 12,5 1,4 

1999 77,9 8,5 66,4 15,9 1,4 

2000 55,8 3,3 10,4 45,3 19,9 1,4 

2001 8,5 37,5 12,0 4,8 18,9 22,0 2,4 1,7 

2002 8,4 12,2 7,1 22,7 1,7 

2003 16,6 55,7 14,6 16,2 15,6 25,5 30,5 5,3 

Flächenzuwachs [ha] 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

jährlicher Zuwachs ausgeräumter Flächen Kleiner Regen 

jährlicher Totholzflächenzuwachs Kleiner Regen 

Flächenanteil TH Kleiner Regen 

Flächenanteil TH Hirschbach 

Flächenanteil TH EZG TWT 

1990 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 

Abb. 3-5: Jährliche Vergrößerung der Totholzflächen (TH) im Einzugsgebiet der TWT 

Frauenau und ihrer Pegel am Hirschbach und am Kleinen Regen; Linien: Anteil 

der TH an der Einzugsgebietsfläche [%]; Säulen: Ausweitung der vom Borkenkäfer 

betroffenen Flächen im EZG des Kleinen Regen (Pegel 1521460) mit Unterscheidung 

in geräumte und ungeräumte Flächen [ha] 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

Gebietsanteil [%]



14 

R 

[mm/d] 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

VS Kleiner Regen 

VS Hirschbach 

0 

01.11.1985 28.07.1988 24.04.1991 18.01.1994 14.10.1996 11.07.1999 06.04.2002 31.12.2004 

Abb. 3-6: Beobachtete Gebietsabflüsse R als 30-tägige gleitende Mittel der beiden Teileinzugsgebiete 

der TWT Frauenau 

Trotz der unterschiedlichen Gebietseigenschaften verhalten sich die beobachteten 

Durchflüsse an den beiden Zuflüssen der TWT Frauenau sehr ähnlich, wie Abb. 

3-6 verdeutlicht. Auffällig sind die deutlich höheren Abflussspitzen des Hirschbachs. 

Dieses Verhalten ist jedoch nur bis 1996 zu beobachten. Danach gleichen 

sich auch bei großen Hochwasser die Abflussspenden an. Als Ursache wird die zu 

diesem Zeitpunkt einsetzende Borkenkäferkalamität vermutet, die zu einem fast 

vollständigen Zusammenbruch der Bestände an der Nordflanke des Rachels führte 

(s. Abb. 3-4, Abb. 3-5 und Tab. 3-12).



4 Witterung im Untersuchungsgebiet 

4.1 Messstandorte und -attribute 

Die möglichst genaue Widerspiegelung der meteorologischen Situation ist von 

entscheidender Bedeutung für die Simulation des Wasser- und Stoffhaushaltes. 

Um die Fehler, die durch die ungenaue Wiedergabe der meteorologischen Bedingungen 

verursacht werden, möglichst gering zu halten, wurden alle vorliegenden 

Messreihen an den Stationen des Deutschen Wetterdienstes (DWD), der NPV 

Bayerischer Wald, des LfW, dem WWA Deggendorf und der LWF im weiteren Umfeld 

des Untersuchungsgebietes in die Simulation einbezogen, auch wenn diese 

z.T. sehr lückenhaft sind oder nur für einen Teilzeitraum vorliegen. Abb. 4-1 gibt 

einen Überblick über die räumliche Verteilung der Stationen im Umkreis des Untersuchungsgebietes. 

Neben dem augenscheinlichen Fehlen von Stationen im Einzugsgebiet 

der TWT Frauenau muss beachtet werden, dass insbesondere in dem 

für das Projekt wichtigen Zeitraum ab 1990 nur wenige Messreihen vorliegen. Dabei 

werden die Mehrzahl der Niederschlagsmesser sowie alle Temperaturmessstationen 

nicht im Winter betrieben. Die Station Schachtendiensthütte im EZG der 

TWT Frauenau wurde z.B. erst im Juni 2004 durch Verlegung der Station an der 

Felsenkanzel eingerichtet. Tab. 4-1 gibt einen Überblick über Betreiber, Messzeiträume, 

Attribute und Höhenlagen der einzelnen Stationen. Hier sind jedoch nicht 

die in Abb. 4-1 grau dargestellten Hellmann-Niederschlagsmesser berücksichtigt, 

die 1989 abgebaut wurden. 

Abb. 4-1: Räumliche Verteilung der in die Wasserhaushaltssimulation einbezogenen 

Klima- und Niederschlagsstationen mit täglicher Auflösung im Bereich des NP 

Bayerischer Wald sowie der CHMI- Messstationen 

Daten von Stationen in Tschechien stehen bisher nicht zur Verfügung. Neben den 

Stationen in Verwaltung des Tschechischen Hydrometrologischen Institutes (CHMI 

Prag) sollten für spätere Untersuchungen auch weitere Messreihen im NP Sumava, 

wie z.B. für zwei Kleinsteinzugsgebiete im Nationalpark Sumava (Na Lizu und 

Spalenec) einbezogen werden.



Tab. 4-1: Alle berücksichtigten Messstationen (RR Niederschlag (Tagessumme), LT Lufttemperatur, 

RF Relative Luftfeuchte, W Windgeschwindigkeit, S Sonnenscheindauer, 

G Globalstrahlung, P Luftdruck) 

ID Name Höhe Quelle Attribut Beginn Ende Bemerkung 

91301 Bayerisch Eisenstein 710 DWD RR 198001 200412 

91312 Zwieselerwaldhaus 699 DWD RR 198001 200412 

91313 Lindberg-Scheuereck 770 DWD RR 198001 200112 

91315 Zwiesel-Rabenstein 690 DWD RR 198001 200412 verlegt? 

91323 Lindberg-Buchenau 740 DWD RR 198001 200412 Lücken 2004 

92266 Kirchdorf 693 DWD RR 198001 200004 

92267 Spiegelau-Klingenbrunn 823 DWD RR 194101 199312 

92273 

Neuschoenau- 

Altschönau 

730 DWD RR 198602 200412 

92274 

Sankt Oswald, 

Riedlhütte 

754 DWD RR 198001 200412 verlegt? 

92283 Mauth-Finsterau 1004 DWD RR 198001 200412 

92284 Mauth 811 DWD RR 198001 200412 verlegt? 

Hell_LfW Markungsgraben 970 LfW RR 198809 200410 Sommer 

LWF27 Racheldiensthütte 854 LWF RR 197911 200410 Sommer 

LWF48 Obere Steinbuchet 1240 LWF RR 199604 200411 

Sommer, 

Lücke 2002-2004 

LWF52 Bärenloch/Tiefer Tobel 1240 LWF RR 199604 200105 Sommer 

TWT_neu TWT Frauenau 695 WWAD RR, LT 1991 200412 

NPV_4 

NPV_1 

c_4493 

Spiegelau- 

Klingenbrunn, Bhf. 

(DWD 91317) 

Waldhäuser (DWD 

4515) 

Zwieselberg 

759 

940 

NPV LT 198012 200412 L 5/2003-5/2004 

DWD RR 198012 200412 

NPV RR 200406 200412 Kachelmann 

RR,LT,RF, 

DWD, 

198001 200412 

W,P 

NPV ab 

S 198001 200311 

12/2003 

G 200312 200412 

RR 196101 200309 

615 DWD 

LT,RF,S,W 196101 200212 

Gerätwechsel 

12/2003 

c_4497 

Zwiesel 

612 DWD 

RR 

LT,RF,S, 

W,P 

199005 200412 

Lücken 2003/2004 

199005 200212 

RR 197911 200412 Hellmann 

RR 200206 200412 Ott-Waage 

NPV_14 Taferlruck (LWF8) 771 LWF 

RF 

LT 

200206 200412 

198102 200412 

Lücke 2001/2002 

Gerätwechsel 

G 

W 

199702 200412 6/2002 Gerätwechsel 

Lindseis 

199702 200412 

Thiess 

LWF RR 199604 200411 Sommer 

NPV_5 Felsenkanzel (LWF37) 1146 verlegt 6/2004 nach 

NPV LT, RF, W 199712 200406 

LWF56 

NPV_6 

Waldschmidthaus 

(LWF41) 

1350 LWF RR 199604 200411 

NPV LT, RF, W 199712 200412 

Sommer 

Lücken, Ausfall 

9/2002-6/2004 

LWF56 Schachtendiensthütte 871 NPV LT, RF 200406 200412 

NPV_12 Messturm Schachtenau 857 

LT, RF, W, 

NPV 199204 200412 

P 

Lücken 

G 199901 200412 

NPV LT, RF 199712 200412 

NPV_13 Lusen (Station 55) 1340 NPV W 200106 200412 

NPV_7 Gfeichtethöh 1165 NPV LT 1995 2002 Sommer 

NPV_8 Feistenhang 869 NPV LT 1995 2003 Sommer 

NPV_9 Hahnenfalz 752 NPV LT 1995 2003 Sommer 

NPV_10 Hochfallen 761 NPV LT 1995 2003 Sommer 

NPV_11 Schönort 901 NPV LT 1995 2003 Sommer



Zusätzlich zu den in Tab. 4-1 aufgeführten Stationen konnte für die Regionalisierung 

des Niederschlags auf die für die Sommermonate vorhandenen täglichen 

Daten der Messkampagne 1979-1989 (Thums, 1993, Messreihen LWF1-41) und 

weitere DWD-Daten zurückgegriffen werden. 

Insgesamt war die Recherche und Aufbereitung der meteorologischen Daten, die 

nicht von DWD stammen bzw. nicht im Referenz-GIS enthalten sind, schwierig. So 

lagen die hochauflösenden Messdaten der von der LWF seit 1996 betriebenen 

Niederschlagswaagen in den Hochlagen des EZG Große Ohe bislang nur als unbearbeitete 

Rohdaten vor. Die von Thums (1993) genutzten Niederschlagsdaten 

waren auf Datenträgern archiviert, auf die mit moderner Soft- und Hardware nicht 

mehr zugegriffen werden konnte. Aber selbst die Daten im Referenz-GIS NP Bayerischer 

Wald konnten nicht ungeprüft übernommen werden, da sie noch viele Fehler 

enthielten, und diese Datenbank seit 1999 nicht mehr gepflegt wird. 

Offensichtliche Messfehler wurden durch Plausibilitätstests (Niederschlag ≥ 0 mm, 

Luftfeuchte ≤ 100%, -50°C ≤ Lufttemperatur ≤ 50°C, 0 J/cm² ≤ Globalstrahlung ≤ 

4000 J/cm²) und durch Vergleich der einzelnen Messreihen eliminiert. Letzterer 

war auch für die Bewertung von Messdaten in Grenzbereichen ausschlaggebend. 

So wurden z.B. Strahlungswerte von über 3000 J/cm² an der Station Taferlruck 

(gemessen am 6.5. und 16.7.2003) als Messfehler identifiziert. Probleme ergaben 

sich insbesondere durch zeitliche Verschiebungen der Messwerte um ein bis mehrere 

Tage in den einzelnen Datenquellen. Durch Nutzung der als geprüft vorausgesetzten 

Datenreihen des DWD als Referenz erfolgte die Homogenisierung der 

Messreihen. 

Inwieweit sich Stationsverlegungen im betrachteten Zeitraum auf die anhand dieser 

Stützstellen berechnete räumliche Verteilung der Witterungsgrößen auswirkt, 

sollte noch untersucht werden. Dazu sind aber weitere Informationen vom DWD 

über die Standortverlegung der betroffenen Stationen nötig. 

Liegen an einer Station nur die Messwerte zu Minimum und Maximum der Lufttemperatur 

vor, so wurde das Tagesmittel nach Engel (1991) wie folgt berechnet: 

LT = 0. 

6 ⋅ LT + 0. 

4 ⋅ LT 

mit 

max 

min 

LTmit - Tagesmittel der Lufttemperatur 

LTmin - Tagesminimum der Lufttemperatur 

LTmax - Tagesmaximum der Lufttemperatur 

(4-1) 

Globalstrahlungsmessungen liegen nur für wenige Stationen und zumeist erst für 

die letzten Jahren vor (WKS Mitterfels, MT Schachtenau ab 1999, Taferlruck ab 

2002 sowie an den DWD-Klimastationen Passau-Oberhaus bis 1996 und Fürstenzell 

ab 1997). Da die letzteren Stationen in unmittelbarer Nachbarschaft liegen, 

wurden beide Messreihen zusammengefügt und für die Simulation der Station 

Passau-Oberhaus (DWD 4517) zugeordnet. Für die Stationen, an denen die Sonnenscheindauer 

gemessen wird bzw. wurde, erfolgte eine Berechnung der theoretischen 

täglichen Globalstrahlung r [J/cm²] mit der Ǻnström-Formel (4-2) entsprechend 

DVWK (1996):



⎛ 

n ⎞ 

r = ⎜a 

s + bs 

⎟re ⎝ N⎠ 

mit 

n - aktuelle Sonnenscheindauer [h] 

N - astronomisch mögliche Sonnenscheindauer [h] 

- extraterrestrische Strahlung 

re 

(4-2) 

as - Teil der extraterrestrischen Strahlung, die die Erde an bedeckten Tagen erreicht (n=0) 

as+bs- Anteil der extraterrestrischen Strahlung, die die Erde an wolkenfreien Tagen erreicht 

(n=N) 

Laut DVWK (1996) gilt für das Territorium der BRD die Annahme: as = 0,19 und 

bs = 0,55. Die Berechnung der astronomisch möglichen Sonnenscheindauer erfolgt 

nach Gl. (4-3). 

⎛ ϕ − 51, 

0 ⎞ 

N = 12, 

3 + sin( 0, 

0172 ⋅D 

−1, 

39) 

⋅ ⎜4, 

3 + ⎟ 

⎝ 6 ⎠ 

φ - Geographische Breite [Grad] 

D - Tag des Jahres (1, 365) 

Die extraterrestrische Strahlung eines Tages [J/cm²] wird wie folgt berechnet: 

r e 

⎡9, 

9 + 7, 

08 ⋅ sin( 0, 

0172 ⋅ D −1, 

39) 

⎤ 

= 245 ⋅ ⎢ 

⎥ 

⎣+ 

0, 

18 ⋅ ( ϕ − 5, 

1)(sin( 

0, 

0172 ⋅ D − 1, 

39) 

− 1) 

⎦ 

(4-3) 

(4-4) 

Für die Klimastation Passau-Oberhaus lagen im Zeitraum 1979 bis 1996 sowohl 

Messwerte der Globalstrahlung als auch der Sonnenscheindauer vor. Somit konnte 

anhand dieser Messwerte die Güte des obigen Verfahrens geprüft werden. 

berechnet 

3500 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

Passau-Oberhaus (1.3.1979 - 31.12.1996) 

0 

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 

gemessen 

Globalstrahlung [J/cm²] 

1:1 Linie 

Abb. 4-2: Vergleich der aus der Sonnenscheindauer berechneten Globalstrahlung mit 

gemessenen Werten an der Hauptklimastation des DWD in Passau-Oberhaus



Die mittlere relative Abweichung zwischen gemessener und berechneter Globalstrahlung 

liegt bei 26%. Größere Abweichungen sind besonders an Tagen geringer 

Globalstrahlung (r < 500 J/cm²) festzustellen. Schließt man diese Perioden vom 

Vergleich aus, so liegt der mittlere Fehler bei 10%. Diese Größenordnung ist für 

die Globalstrahlung als Modelleingangsgröße tolerierbar. Wie auch Abb. 4-2 verdeutlicht, 

kann durch das oben beschriebene einfache Verfahren die Größenordnung 

der aktuellen Strahlungsbedingungen anhand der Sonnenscheindauer abgeschätzt 

werden. 

Die Korrektur der gemessenen bzw. berechneten täglichen Niederschlagswerte an 

den jeweiligen Messpunkten erfolgte auf der Grundlage der monatlichen Niederschlagssummen 

an 23 Totalisatoren (Abb. 4-3, Tab. 4-2). 

Abb. 4-3: Lage aller Totalisatoren in den Einzugsgebieten des Kleinen Regens und der 

Großen Ohe bzw. in deren Umkreis 

Die Methodik ist ausführlich in Kapitel 4.3 beschrieben. Das LWF-Messnetz (T7 bis 

T56) wurde ursprünglich im Rahmen der Messkampagne 1979-1989 installiert und 

1990 auf die wichtigsten Standorte ausgedünnt. Das Gerät T52 wurde um etwa 

200 m nach Osten versetzt. Die baugleichen Messgeräte sind mit Nipher- 

Windschutzring, Gefrier- (CaCl2-Lösung) und Verdunstungsschutz (3 mm dicke 

Ölschicht) ausgestattet (Teichmann, 1984). Die NPV misst seit 1995 auf vier 

Windwurfflächen die sommerlichen Niederschläge (WW-T7 bis WW-T11). Bedingt 

durch aufwachsenden Jungwuchs mussten diese Geräte mehrfach um einige Meter 

versetzt werden. Die Messgeräte werden ebenfalls mit einer Ölschicht als Verdunstungsschutz 

betrieben, haben aber keinen Windschutzring.



Tab. 4-2: Sämtliche Totalisatorstandorte im NP Bayerischer Wald 

STAT_ID Name (Standort) Höhe Quelle Beginn Ende Nummer 78er* 

WW-T7 Gfeichtethöh 1165 NPV 1995 2003 V 33/2** - 

WW-T8 Feistenhäng 869 NPV 1995 2002 VI 4** - 

WW-T9 Hahnenfalz 752 NPV 1995 2003 VII 16b** - 

WW-T10 Hochfallen 761 NPV 1995 2003 VI 11** - 

WW-T11 Schönort 901 NPV 1995 2002 VI 2** - 

T7 Feistenberg 931 LWF: DB M13 199010 2005 1007 - 

T37 Felsenkanzel 1153 LWF: DB M13 199010 2005 1037 - 

T41 Waldschmidthaus 1350 LWF: DB M13 197807 2005 1041 42 

T42 Racheldiensthütte 875 LWF: DB M13 197805 2005 1042 43 

T43 Taferlruck 770 LWF: DB M13 197802 2005 1043 44 

T44 991 LWF: DB M13 197807 199009 45 

T45 1178 LWF: DB M13 197807 199009 46 

T46 1071 LWF: DB M13 197807 199009 47 

T47 1233 LWF: DB M13 197807 199010 48 

T48 

Obere Steinbuchet 

Seebuchet 

1240 LWF: DB M13 197808 2005 1048 49 

T49 953 LWF: DB M13 197808 199009 50 

T50 Steinschachten 1215 LWF: DB M13 197808 2005 1050 51 

T51 1295 LWF: DB M13 197808 199009 52 

T52 

Bärenloch 

Tiefer Tobel 

1170 LWF: DB M13 197808 2005 1052 53 

T54 Hochgfeichtet 1215 LWF: DB M13 198408 199010 - 

T55 Lusen 1340 LWF: DB M13 198407 2005 1055 - 

T56 Schachtendiensthütte 871 NPV, HTO 33 200212 2005 1056 - 

T57 Waldhäuser 940 NPV 200401 2005 1057 - 

*: Originalnummerierung wie in Thums (1993) 

**: Waldabteilung nach Waldkarte (1993) 

4.2 Verfahren zur Regionalisierung der Witterungsdaten 

Die Übertragung dieser Punktmesswerte auf das gesamte Untersuchungsgebiet 

erfolgte mit den im hydrologischen Modellierungssystems ArcEGMO integrierten 

geostatistischen Regionalisierungsverfahren. Diese Verfahren wurden primär für 

mesoskalige hydrologische Modellanwendungen entwickelt, für die in der Regel 

nur allgemein zugängliche Witterungsmessreihen (z.B. Daten des Deutschen Wetterdienstes 

DWD) genutzt werden können. Im Gegensatz zum Niederschlag, für 

den ein relativ dichtes Messnetz in Deutschland existiert, werden die anderen Witterungsgrößen 

nur an den Klima-Hauptstationen gemessen. Um dieser unterschiedlichen 

räumlichen Auflösung der einzelnen meteorologischen Messgrößen 

Rechnung zu tragen, wird bei der Regionalisierung zwischen Niederschlagsmesspunkten 

(Gesamtmenge aus Niederschlags- und Klimastationen) und Klima- 

Messpunkten (nur Klimastationen) unterschieden. An den Klima-Messpunkten 

werden Messreihen des Niederschlags, der Lufttemperatur, der Windgeschwindigkeit, 

der Luftfeuchte oder des Dampfdruckes sowie der Globalstrahlung bzw. der 

Sonnenscheindauer erwartet. 

Die räumliche Auflösung der Regionalisierung hängt vom speziellen Anwendungsfall 

ab. Je nach Bedarf können für jeden beliebigen Gebietspunkt (Hydrotop) flä-



chendeckend die meteorologischen Eingangsgrößen berechnet oder aber auch 

Gebiets- oder Teilgebietsmittel bereitgestellt werden. Deshalb wird im folgenden 

der Begriff „Betrachtungsfläche“ genutzt, der entweder ein Hydrotop, ein Teileinzugsgebiet 

oder das Gesamtgebiet repräsentiert. 

Inverse Distanz-Wichtung (IDW): 

Bei diesem Verfahren werden die n der Betrachtungsfläche nächst gelegenen Stationen 

verwendet, wobei die Anzahl n der zu berücksichtigenden Stationen frei 

wählbar ist. 

Quadrantenverfahren: 

Hier wird ausgehend von der Betrachtungsfläche in jedem 

Quadranten die jeweils nächstliegende Station verwendet, also 

insgesamt genau vier Stationen, sofern in allen Quadranten 

Stationen liegen. 

1 

4 

r1 

r2 

r4 r3 

Verwendet wird in beiden Verfahren die Entfernung im Raum, also unter Berücksichtigung 

der Höhendifferenz zwischen Station und Fläche. 

Die an den i Stationen gemessenen meteorologischen Größen P werden nach Gl. 

(5) entfernungsgewichtet auf die Teilfläche übertragen, wobei die Summe aller 

Wichtungsfaktoren g Eins ist. 

4 

∑ 

i= 

1 

P = gi 

Pi 

mit ∑ g 

i 

i 

= 1 

2 

3 

(4-5) 

Die Flächenübertragung erfolgt unter Berücksichtigung der Oberflächenmorphologie. 

Es ist bekannt, dass es enge Korrelationen zwischen der Geländehöhe auf der 

einen und dem Niederschlag, der Lufttemperatur, der relativen Feuchte/Dampfdruck 

und teilweise der Windgeschwindigkeit auf der anderen Seite gibt. 

Für diese vier Größen kann eine mittlere Änderung des Wertes pro Höhenmeter 

vorgegeben werden, wenn diese für das Untersuchungsgebiet bekannt ist. Alternativ 

kann durch das Programm diese Änderung im Rahmen einer Regressionsanalyse 

bestimmt werden. Die Berücksichtigung der Höhenabhängigkeit erfolgt dabei 

auf der Basis mittlerer Verhältnisse (Jahreswerte) bei Einbeziehung aller Messpunkte 

einer meteorologischen Größe. Die aus der linearen Regression zwischen 

Jahreswerten und Höhenlage der Station resultierenden Koeffizienten werden für 

die Korrektur von Tageswerten verwendet. 

Bei der Regionalisierung der Globalstrahlung werden Geländegefälle und Hangrichtung 

durch eine Neigungskorrektur berücksichtigt. Dabei wird davon ausgegangen, 

dass sich die Messstationen auf ebenen Flächen befinden. Dieser Korrekturwert 

entspricht dem Verhältnis des Strahlungsangebotes einer geneigten Fläche, 

charakterisiert über Gefälle und Hangrichtung, zum Strahlungsangebot an 

eine ebene Fläche. In die Berechnung gehen weiterhin die Tagesnummer zur Charakterisierung 

des jahreszeitlich variierenden Sonnenstandes und die geographische 

Breite ein.



I = cos( i) 

× sin( E) 

+ sin( i) 

× cos( E) 

× cos( z − a) 

I - Einstrahlungsintensität (skaliert auf einen Bereich zwischen 0 und 1) 

I - die Neigung der Betrachtungsfläche 

A - Ausrichtung der Betrachtungsfläche bzw. der Aspekt 

E - Höhenwinkel der Sonne über dem Horizont 

Z - Azimut der Sonne 

(4-6) 

Zur Lösung obiger Gleichung wird ein Ansatz von Liebermann (1990) genutzt, der 

auf das Konzept der von Lee (1962) eingeführten „equivalent slope“ und die von 

Milankovich (1930) aufgestellten Gleichungen zur Ermittlung der Einstrahlung auf 

ebene Flächen zurückgreift. 

Insbesondere in großen oder morphologisch stark strukturierten Gebieten müssen 

sogenannte Wetterscheiden bei der Regionalisierung berücksichtigt werden. In 

diesem Fall sind die zu modellierenden Flächeneinheiten (Teilgebiete, Hydrotope) 

und die einzubeziehenden Niederschlags- und Klima-Messpunkte den einzelnen 

meteorologischen Regionen zuzuordnen. Im Ergebnis einer solchen regional differenzierten 

Flächenübertragung entstehen naturgemäß Bruchkanten bzw. Sprünge 

in den regionalisierten Klimagrößen an den Grenzen der Regionen. 

Derartige Sprünge entstehen aber auch als unrealistische Artefakte ohne Berücksichtigung 

von Klimaregionen, wenn die Stationsdichte zu gering ist, insbesondere 

an Grenzbereichen, in denen keine Messpunkte vorliegen. Detaillierte Untersuchungen 

dazu wurden von Lahmer et al. (2000) für das Einzugsgebiet der Stepenitz 

bei Nutzung unterschiedlicher geostatistischer Regionalisierungsverfahren 

(zwei Kriging-Verfahren, Quadrantenverfahren, „Next Neighbour Method“) durchgeführt. 

Die Ergebnisse des erweiterten Quadrantenverfahrens waren vergleichbar 

mit denen des sehr zeitaufwändigen Kriging-Verfahrens. 

Das beschriebene Verfahren zur Regionalisierung punktueller Messgrößen kann 

auch genutzt werden, um Lücken in den Messreihen aufzufüllen. Dabei wird jede 

Station wie eine Einzelfläche behandelt. Gemäß dem ausgewählten Verfahren zur 

Flächenübertragung und unter Nutzung der abgeleiteten Übertragungsregeln (Höhenabhängigkeit) 

werden aus den Messwerten der nächstgelegenen Stationen 

Füllwerte für die Lücken interpoliert. 

In der Verantwortung des Nutzers liegt es sicherzustellen, dass die Lücken klein 

sind gegenüber dem verfügbaren Datenfundus, da die lückenhaften Datenreihen 

auch in die Ermittlung der Übertragungsregeln (Regressionsanalyse) eingehen. 

Sind die Lücken zu groß bzw. die verfügbare Datenbasis zu gering, ist die Interpolation 

der Klimagrößen unsicher. Dieses nach objektiven Kriterien festzustellen, ist 

sehr schwierig. Deshalb wird darauf verzichtet, bei unsicherer Datenbasis die Datenregionalisierung 

schon vom Programm her abzulehnen.



4.3 Regionalisierung und Korrektur der Niederschlagsmesswerte 

Niederschlag als wichtigste Eingangsgröße für den Gebietswasserhaushalt zeichnet 

sich durch eine hohe zeitliche und räumliche Variabilität aus. In topographisch 

stark gegliederten Gebirgsräumen wie dem Untersuchungsgebiet ist eine messtechnische 

Erfassung des Gebietsniederschlages auf der Basis von Punktmessungen 

sehr schwierig und erfordert eine sehr hohe Messnetzdichte. Wie Abb. 4-1 

veranschaulicht, ist diese Voraussetzung in den Einzugsgebieten der TWT Frauenau 

und der Großen Ohe nicht gegeben. Ebenfalls werden die Anforderungen hinsichtlich 

der Konsistenz der Datenreihen (Messfehler durch Gerätedefekte, Wechsel 

des Messgerätes oder des Messverfahrens, Standortverlegung, Veränderung 

der Umgebung des Messstandortes, etc.) und ihrer Homogenität nur bedingt erfüllt. 

Trotz Einbeziehung aller DWD-Messstationen im weiteren Umkreis des Untersuchungsgebietes 

stehen nur wenige lückenlose Datenreihen zur Verfügung (vgl. 

Tab. 4-1). Besonders kritisch ist die Datenbasis für die Hochlagen im Winter und 

für das gesamte Einzugsgebiet der TWT Frauenau, in dem keine einzige Niederschlagsmessstelle 

mit täglicher Auflösung existiert. Erschwert wird die Situation 

dadurch, dass keine tschechischen Daten genutzt werden konnten, und somit am 

gesamten nordöstlichen Gebietsrand keine Stützstellen für die Regionalisierung 

zur Verfügung stehen. 

Demzufolge sind Einbußen bzgl. der Güte der berechneten Niederschlagsmengen 

und ihrer Verteilung im Gebiet zu erwarten. Eine Möglichkeit, diese zu überprüfen, 

ist der Vergleich der Simulationsergebnisse mit den an den Totalisatoren gemessenen 

monatlichen Niederschlagssummen. Von diesen insgesamt 24 Messstellen 

liegen für sechs Standorte Daten kontinuierlich seit Ende 1978 vor (Tab. 4-2). Lange 

Datenreihen stehen ebenfalls für die Totalisatoren am Lusen (T55, seit 1984), 

am Feistenberg (T7, ab 1990) und an der Felsenkanzel (T37, ab 1990) zur Verfügung. 

Durch Ausrüstung der LWF-Messgeräte mit Wind-, Gefrier- und Verdunstungsschutz 

kann von geringen Messfehlern unter 10% ausgegangen werden 

(Teichmann, 1984). Problematisch sind z.T. die Wintermesswerte in den Hochlagen. 

Besonders in Monaten mit Schneeniederschlägen sind die Abweichungen von 

der Messung am Referenzpegel Taferlruck (T43) kaum noch mit dem Höhengradienten 

der Niederschlagsmengen zu erklären. Die fraglichen Messwerte wurden 

nicht in den Vergleich mit einbezogen und sind in den einzelnen Vergleichstabellen 

(Klöcking et al. 2005, Datei vergleich.xls) entsprechend gekennzeichnet. 

Neben den Regionalisierungsfehlern müssen die Messfehler der Punktmessungen 

berücksichtigt werden. Da im Untersuchungsgebiet und über den Untersuchungszeitraum 

hinweg sehr unterschiedliche Messverfahren genutzt wurden/werden, 

verbietet sich eine einheitliche Korrektur z.B. nach Richter (1995), wie sie sonst bei 

gebietshydrologischen Wasserhaushaltsbetrachtungen üblich ist. Zur Ableitung 

messspezifischer Korrekturfaktoren wurden Niederschlags-Messstandorte, an denen 

sowohl Monats- als auch höher auflösende Niederschlagssummen gemessen 

wurden/werden, herangezogen. Dabei wurde zwischen Winter- und Sommermonaten 

unterschieden. Die Zuordnung erfolgte über die minimale Tagesmitteltemperatur 

eines Monats. Lag diese unter 0°C, so wurde das Messintervall den Wintermonaten 

zugeordnet. Lücken der höher auflösenden Messreihen wurden mit dem 

oben beschriebenen Quadrantenverfahren gefüllt. Anhand der so interpolierten 

Werte wurde aus dem Vergleich mit den Totalisatormesswerten ein Korrekturfaktor



für die regionalisierten Werte an diesem Standort abgeleitet. Die Ergebnisse des 

Vergleiches sowie die abgeleiteten Korrekturfaktoren enthält Tab. 4-3. Es sind 

immer das mittlere Verhältnis der Totalisatormesswerte zu den Monatssummen 

aus den Tagessummen über den gesamten Vergleichszeitraum und die auftretende 

mittlere Abweichung dargestellt. Bei der Bewertung dieser Ergebnisse ist zu 

beachten, dass nicht an allen Stationen kontinuierliche Messungen zur Lufttemperatur 

vorliegen. Wenn an deren Stelle regionalisierte Werte genutzt werden mussten, 

für die es keine Validierungsmöglichkeiten gibt, steigt die Unsicherheit entsprechend. 

Insgesamt zeigte der Vergleich eine recht gute Übereinstimmung zwischen ganz 

oder teilweise regionalisierten und korrigierten Niederschlagswerten und den Totalisatorwerten. 

Die Abweichungen liegen im Mittel unter 2% im Sommer und unter 

10% im Winter und damit im Bereich der Messunsicherheit. Betrachtet man die 

Einzelmonate (Klöcking et al, 2005: Datenanhang, Datei „vergleich.xls“) so liegen 

hier die Abweichungen teilweise beachtlich höher, da durch das gewählte Verfahren 

Konvektivereignisse, Inversionswetterlagen sowie Luv- und Leeeffekte bei der 

geringen Anzahl von Stützstellen nur ungenügend widergespiegelt werden. Um 

diesem Problem Rechnung zu tragen, wurden an allen Niederschlagsmessstandorten 

korrigierte tägliche Niederschlagsmessreihen erzeugt, auch wenn dort entweder 

nur Monatssummen gemessen werden oder der Messbetrieb mittlerweile eingestellt 

wurde (Hellmann-Standorte LWF1-41 der Messkampagne 1979-89). Konnten 

keine standortspezifischen Korrekturfaktoren anhand von Totalisatormessungen 

ermittelt werden, so erfolgte eine Korrektur entsprechend der für die jeweilige 

Höhenlage ermittelten Korrekturfaktoren. Als Grenztemperatur zwischen Regen 

und Schneefall wurde eine mittlere Lufttemperatur von 0,5 °C angenommen. Alle 

DWD-Stationen wurden unter der Annahme einer 5%igen Erhöhung bei Regen 

und 20%igen Erhöhung bei Schneefall korrigiert. Nach Korrektur und Auffüllung 

der Messdatenreihen ergab sich für das Zeitintervall 1.1.1980 bis 31.12.2004 für 

die einbezogenen 73 Niederschlagsstationen eine mittlere Zunahme der täglichen 

Niederschlagsmenge von 0,00176 mm pro Meter Geländehöhe. 

Abb. 4-4 zeigt die berechnete mittlere räumliche Niederschlagsverteilung im Untersuchungsgebiet 

im Zeitraum 1.1.1980 - 31.12.2004. Die mittleren Jahresniederschläge 

liegen zwischen 1380 und 1820 mm mit einem räumlichen Maximum an 

der Nord-/Nordostflanke des Großen Rachel. Der Bereich der Speicherzuflüsse 

des Hirschbachs und des Kleinen Regens gefolgt von der Südostspitze des Einzugsgebietes 

der Großen Ohe sind die trockensten Gebiete. Wie schon von 

Thums (1993) und Teichmann (1984) beobachtet, prägen sich auch bei dieser 24jährigen 

Niederschlagsreihe die für ihre Höhenlage verhältnismäßig trockenen 

Quellgebiete von Rachel- (Felsensturz) und Hochseignbach (Hochgfeichtet) im 

südöstlichen Niederschlagsschatten des Großen Rachel aus.



Tab. 4-3: Vergleich der an Totalisatoren gemessenen Monatssummen mit gemessenen 

(MW) bzw. simulierten (Regio) Tagessummen des Niederschlags vor und nach 

der Korrektur (korW)



Abb. 4-4: Räumliche Verteilung des mittleren Jahresniederschlages im Untersuchungsgebiet 

(Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004) 

4.4 Gebietsniederschläge 

Eine zusätzliche Fragestellung innerhalb dieser Untersuchungen war die Vergleichbarkeit 

der hier ermittelten Niederschlagsverteilungen mit den im Forschungsverbund 

Große Ohe verwendeten Gebietsniederschlägen. Für das Einzugsgebiet 

der Großen Ohe (Pegel Taferlruck) wurden im Rahmen der Messkampagne 

1979-1990 Gebietsniederschläge aus den Messungen an 42 Hellmann- 

Regenmessern und 11 Totalisatoren mit der Thyssen-Polygon-Methode (Teichmann, 

1984) bestimmt. Nachdem 1990 das Niederschlagsmessnetz stark ausgedünnt 

worden war, erfolgte eine Zusammenfassung der ursprünglich 53 Polygone 

in fünf Teilgebiete, repräsentiert durch die Totalisatoren T41, T42, T43, T48, T50 

und T52 (Seegert et al., 2001). Als bestimmend für den Gebietsniederschlag der



Großen Ohe (GNGO) werden die Messstandorte Racheldiensthütte (T42) und Taferlruck 

(T43) angesehen, deren Niederschläge mit einem Flächengewicht von 

45% bzw. 25% in die Berechnung eingehen. Der Gebietsniederschlag GNGO des 

Einzugsgebietes der Großen Ohe am Pegel Taferlruck wird wie folgt aus den monatlichen 

Niederschlagssummen der einbezogenen Totalisatoren berechnet: 

GNGO=0,453*T42 +0,247*T43 +0,098*T41 +0,095*T48 +0,0677*T50 +0,042*T52 (4-7) 

Die Aufteilung dieses monatlichen Niederschlags auf Tageswerte erfolgte anhand 

der Hellmann-Werte am Taferlruck, deren Fehlwerte durch Regression mit Waldhäuser-Werten 

geschlossen wurden. 

In zwei Teileinzugsgebieten der Großen Ohe laufen die Langzeitprojekte „Messnetz 

Stoffeintrag-Grundwasser: Markungsgraben“ (LfW, 2004) und „ECE Integrated 

Monitoring Forellenbach“ (Beudert & Breit, 2004). Hierfür werden ebenfalls 

Gebietsniederschläge auf Monats- bzw. Jahresbasis benötigt. Als kontinuierliche 

Informationsquelle stehen neben den bereits erwähnten Niederschlagsmessungen 

14- bzw. 7-tägige Niederschlagsmesswerte der in beiden Gebieten vorhandenen 

Depositions-Bulksammler (s. Kapitel 5.1) zur Verfügung. Deren Einbeziehung führte 

nur für den Markungsgraben zu einer signifikanten Verbesserung der Abschätzung 

des Gebietsniederschlages. 

Auf der Basis der Niederschlagsmesswerte des Totalisators T50 und der Bulksammler 

ND0212 und ND0214 (Messung 1995 eingestellt) wird nach Moritz (2004) 

der Gebietsniederschlag des Einzugsgebietes des Markungsgrabens (GNMG) wie 

folgt berechnet: 

1989-1994: GNMG= 0,3282*ND0212 + 0,3948*T50 + 0,277*ND0214 (4-8) 

seit 1995: GNMG= 0,631*ND0212 + 0,3948*T50 (4-9) 

Das langgestreckte, durchgängig SSW-exponierte Forellenbachgebiet weist einen 

linearen Niederschlagsgradienten von etwa 100 mm je 100 Höhenmeter (Jahressumme) 

auf. Die Abschätzung des Gebietsniederschlages GNFB erfolgt nach Beudert 

& Breit (2004) durch Unterteilung des Gebietes in sechs Höhenstufen. Die 

Berechnung des Niederschlages pro Höhenstufe (GN1: 1200 m) erfolgt 

durch flächengewichtete Einbeziehung der Messwerte an den Totalisatoren T43, 

T42 und T50: 

GNFB= 0,1625 GN1 + 0,528 GN2 + 0,176 GN3 + 0,058 GN4 + 0,034 GN5 + 0,041 GN6 (4-10) 

mit GN1 = 0,24(T42-T43) + T43 GN3 = 0,51(T50-T42) + T42 

GN2 = 0,76(T42-T43) + T43 GN3 = 0,81(T50-T42) + T42 

GN3 = 0,22(T50-T42) + T42 GN3 = T50 

Die ausschließliche Verwendung der Totalisatoren zur Abschätzung des Gebietsniederschlages 

hat den Vorteil, dass eine rechnerische Korrektur der Messdaten 

verschiedener Gerätetypen nicht nötig ist. 

Voraussetzung für die Berechnung der Gebietsniederschläge nach den Gleichungen 

(7) – (10) ist das Vorhandensein lückenloser Messreihen an den Totalisatoren 

bzw. Bulksammlern. Da es in der Praxis jedoch immer wieder zu Geräteausfällen 

kommt, müssen Messlücken über Regressionen zum nächstgelegenen Totalisator 

geschlossen werden. Tab. 4-4 gibt die aus verschiedenen Quellen entnom-



menen, bzw. anhand der Messreihe 1980-2004 gewonnenen linearen Regressionsparameter 

und die jeweiligen Bestimmtheitsmaße (R²) an. 

Tab. 4-4: Regressionsparameter zum Schließen der Datenlücken der Totalisatoren: Monatsniederschlagssumme 

des Totalisators = b* Monatsniederschlagssumme 

des Referenzgerätes + a 

Totalisator Referenz b a R² Quelle 

7 43 1,1135 0,93 Seegert et al, 2001 

37 50 0,9415 0,97 Seegert et al. 2001 

41 48 0,6501 35,136 0,92 Seegert et al. 2001 

42 7 0,9454 0,93 Seegert et al. 2001 

42 43 1,167 0,024 0,96 Beudert, 1999 

43 7 0,7944 14,024 0,93 Seegert et al. 2001 

43 42 0,824 4,350 0,96 Beudert, 1999 

48 43 1,3337 9,46 0,85 Messwerte 1/1980-12/2004 

50 42 1,218 -2,853 0,94 Beudert, 1999 

50 43 1,423 -3,096 0,90 Beudert, 1999 

52 42 1,207 -8,556 0,91 Beudert, 1999 

52 43 1,411 -9,003 0,87 Beudert, 1999 

52 50 0,989 -5,582 0,94 Beudert, 1999 

52 55 1,1311 10,817 0,77 Seegert et al. 2001 

55 52 0,6778 19,278 0,77 Seegert et al. 2001 

In Tab. 4-5 sind die nach den Gleichungen (4-7) – (4-10) berechneten Werte den 

mit ArcEGMO simulierten Gebietsniederschläge gegenübergestellt. Es zeigt sich 

insgesamt eine recht gute Übereinstimmung. Die mittleren Abweichungen liegen 

deutlich unter 5%. Die Differenz zu den modellierten Gebietsniederschlagssummen 

im Markungsgraben liegt etwas höher als in den beiden übrigen Gebieten. Als 

Hauptursache wird hierfür die schon eingangs erwähnte Unsicherheit der Niederschlagsmessungen 

in den Hochlagen vermutet. Hinzu kommt der Umstand, dass 

die für die Niederschlagskorrektur entscheidende Eingangsgröße der Lufttemperatur 

in diesem Gebiet ein reiner Simulationswert ist, der nicht durch Messwerte gestützt 

wird. Um diesen Umständen Rechnung zu tragen, wurden für den Standort 

des Totalisators T50 tägliche Niederschlagswerte simuliert und anhand der Niederschlagssummen 

am Totalisator auf Einzelmonatsbasis korrigiert. Hierbei konnten 

natürlich Messfehler des Totalisators (Schneeüberwehung etc.) nicht kompensiert 

werden. 

Die mit der von Seegert et al. (2001) angegebenen Gleichung (4-7) berechneten 

Gebietsniederschläge der Großen Ohe GNGO weichen etwas von den ebenfalls in 

dieser Quelle angegeben Jahreswerten ab. Ursachen können unterschiedliche 

Verfahren zur Bereinigung von Messfehlern bzw. bei der Interpolation der Messlücken 

sein. Die von Kennel (1998) angegebenen Gebietsniederschläge konnten mit 

dieser Datenbasis nicht reproduziert werden. Es wird trotzdem empfohlen, das 

obige Verfahren beizubehalten, da es mit verhältnismäßig geringem Aufwand 

plausible Monats- und Jahreswerte des Gebietsniederschlages liefert. Es sollte 

jedoch geprüft werden, die 1990 installierten Totalisatoren T7 und T37 in die Berechnung 

des Gebietsniederschlages der Großen Ohe einzubeziehen. Insbesondere 

T7 ist in einem verhältnismäßig trockenen Gebiet lokalisiert, dessen Anteil 

ansonsten unterrepräsentiert bleibt.



Tab. 4-5: Gegenüberstellung der mit ArcEGMO ermittelten Gebietsniederschlägen auf 

Tagesbasis und den Werten auf Monatsbasis (GN) sowie deren prozentuale 

Abweichung D 

Gebietsniederschlag [mm] 

hydr. 

EZG Pegel Taferlruck Markungsgraben Forellenbach 

Jahr 

GNGO ArcEGMO D [%] GNMG ArcEGMO D [%] GNFB ArcEGMO D [%] 

1981 2011 1828 -10 1973 1762 

1982 1510 1491 -1 1607 1449 

1983 1669 1674 0 1790 1626 

1984 1507 1539 2 1681 1501 

1985 1250 1275 2 1359 1231 

1986 1556 1593 2 1684 1514 

1987 1844 1832 -1 1939 1782 

1988 1870 1898 1 2038 1839 

1989 1551 1627 5 1604 1721 7 1582 

1990 1303 1312 1 1396 1391 0 1297 

1991 1247 1187 -5 1436 1281 -12 1227 1147 -7 

1992 1549 1550 0 1675 1658 -1 1482 1526 3 

1993 1585 1601 1 1775 1700 -4 1553 1557 0 

1994 1626 1583 -3 1831 1732 -6 1593 1557 -2 

1995 2025 1985 -2 2245 2204 -2 1997 1977 -1 

1996 1334 1349 1 1513 1470 -3 1317 1326 1 

1997 1476 1436 -3 1512 1556 3 1431 1408 -2 

1998 1593 1668 5 1725 1901 9 1563 1646 5 

1999 1629 1552 -5 1764 1688 -5 1556 1505 -3 

2000 1907 1893 -1 1971 2039 3 1835 1873 2 

2001 1556 1578 1 1707 1664 -3 1529 1530 0 

2002 2270 2237 -1 2315 2333 1 2209 2214 0 

2003 1285 1321 3 1413 1448 2 1270 1304 3 

2004 1429 1367 -5 1521 1470 -3 1391 1337 -4 

Ø 1608 1599 -1 1713 1704 -1 1568 1565 0 

4.5 Regionalisierung von Lufttemperatur und Luftfeuchte 

Für die Flächenübertragung der weiteren meteorologischen Modelleingangsgrößen 

standen wesentlich weniger Messreihen als für den Niederschlag zur Verfügung. 

Nach Prüfung aller Lufttemperaturmessreihen mussten die Messwerte am Standort 

Racheldiensthütte verworfen werden, so dass nur noch 17 Messstandorte (vgl. 

Tab. 4-1) für die Regionalisierung der Lufttemperatur übrig blieben. Für die Flächenübertragung 

der Luftfeuchte standen insgesamt neun Messstandorte zur Verfügung. 

Obwohl das verwendete geostatistische Verfahren für diese beiden Größen 

nur die Geländehöhe als zusätzlich bestimmende Eigenschaft („external drift“) 

berücksichtigt, ergab sich für beide Größen eine plausible räumliche Verteilung, 

wie beispielhaft in Abb. 4-5 für das Jahresmittel der Lufttemperatur im Bezugszeitraum 

dargestellt ist. Nach Korrektur und Auffüllung der Messdatenreihen ergab 

sich für das Zeitintervall 1.1.1980 bis 31.12.2004 für die einbezogenen Stationen 

eine mittlere Abnahme der täglichen Lufttemperatur von 0,00289 K sowie des 

Dampfdrucks um 0,00188 hPa pro Meter Geländehöhe. Das Verfahren erlaubt 

jedoch nicht die Widerspiegelung des von Elling et al. (1987) beschriebenen Kaltluftstaus 

in den Tallagen. Das kann teilweise durch die höhere Stationsdichte im 

Gebiet der Großen Ohe kompensiert werden. So liegt die Station NPV_14 (Taferlruck) 

in einer Kaltluftstaulage. Für das Einzugsgebiet der TWT Frauenau jedoch, in



dem keine Messstelle bis Mitte 2004 existierte, wird durch die alleinige Berücksichtigung 

des Temperaturgradienten mit der Geländehöhe die Temperaturverteilung 

verfälscht wiedergegeben. 

Abb. 4-5: Räumliche Verteilung des mittleren Jahrestemperatur im Untersuchungsgebiet 

(Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004)



4.6 Regionalisierung der Globalstrahlung 

Die Flächenübertragung der Strahlungsverhältnisse erfolgte anhand von fünf 

Messstandorten, an denen entweder die Sonnenscheindauer oder die Globalstrahlung 

gemessen wird. Dabei wurden neben der Geländehöhe auch Hangneigung 

sowie Hangausrichtung als zusätzlich bestimmende Geländeeigenschaften berücksichtigt. 

Auch für diese wichtige meteorologische Modelleingangsgröße ergaben 

sich Probleme durch die Inkonsistenz der einbezogenen Messreihen. Für die 

erste Periode standen nur die Messwerte der Sonnenscheindauer an den drei vom 

DWD betriebenen Stationen Waldhäuser, Zwiesel und Zwieselberg zur Verfügung. 

Die daraus mit der Ǻnström-Formel (2) berechneten täglichen Globalstrahlungswerte 

liegen im Betreich zwischen 190 und 2700 J/cm. Die ab 1997 beginnenden 

Messungen der Globalstrahlung an den Stationen im Untersuchungsgebiet belegen 

deutlich niedrigere Strahlungswerte im Winter. Die im Sommer gemessenen 

täglichen Strahlungmengen sind jedoch mit den aus der Sonnenscheindauer berechneten 

Werten vergleichbar. Eine Sonderstellung nimmt der Messturm (MT) 

Schachtenau ein. Hier werden in 50 m Höhe deutlich höhere Strahlungswerte gemessen. 

Bei unkorrigierter Einbeziehung dieser Werte in die Regionalisierung ergibt 

sich ein deutlicher Sprung im simulierten Strahlungsverlauf über den Simulationszeitraum, 

wie durch Abb. 4-6 für den Buchenstandort B1 im Einzugsgebiet des 

Forellenbachs verdeutlicht wird. 

3500 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

Jan 

1990 

Jan 

1991 

Globalstrahlung [J/cm²] B1 

Globalstrahlung [J/cm²] B1 (ohne MT Schachtenau) 

Jan 

1992 

Jan 

1993 

Jan 

1994 

Jan 

1995 

Jan 

1996 

Jan 

1997 

Abb. 4-6: Verlauf der für die Buchenfläche B1 berechneten Globalstrahlungswerte mit 

bzw. ohne Berücksichtigung des Messturms (MT) Schachtenau 

Das Simulationsmodell ArcEGMO-PSCN ist hoch sensitiv gegenüber dieser Eingangsgröße. 

Eine Veränderung ihrer innerjährlichen Dynamik und Größenordnung 

ab 1999 würde die gleichzeitig auftretenden Effekte durch den Borkenkäferbefall 

spürbar überprägen. Deshalb wurde vorerst darauf verzichtet, die Strahlungsmesswerte 

am MT Schachtenau in die Regionalisierung mit einzubeziehen. Die mit 

dem LINSEIS-System im Zeitraum 2/1997 bis 6/2002 an der Klimastation Taferlruck 

gemessene Strahlung konnten ebenfalls nicht einbezogen werden, da die 

Mess-Rohdaten erst zum Ende des Projektes ungeprüft zur Verfügung standen. 

Jan 

1998 

Jan 

1999 

Jan 

2000 

Jan 

2001 

Jan 

2002 

Jan 

2003 

Jan 

2004 

Jan 

2005



Insgesamt wurde mittels des angewandten geostatistischen Regionalisierungsverfahrens 

eine plausible Strahlungsverteilung im Untersuchungsgebiet simuliert. 

Deutlich treten die unterschiedlichen Strahlungsbedingungen in den einzelnen 

Untersuchungsgebieten hervor. So herrschen im Einzugsgebiet des Kleinen Regens 

an der Nordflanke des Großen Rachel deutlich ungünstigere Strahlungsbedingungen 

als im Einzugsgebiet der Großen Ohe oder im Hirschbachgebiet. 

Abb. 4-7: Räumliche Verteilung der mittleren Globalstrahlung im Untersuchungsgebiet 

(Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004)



4.7 Regionalisierung der Windgeschwindigkeit 

Wie Abb. 4-8 verdeutlicht, ist das Ergebnis der Flächenübertragung der Windverhältnisse 

unbefriedigend. Die Stationsdichte ist nicht ausreichend, um die an sich 

schon sehr heterogenen Messwerte der einzelnen Stationen (siehe Tab. 4-1) mit 

den zur Verfügung stehenden Verfahren und Zusatzinformationen zu regionalisieren. 

Abb. 4-8: Räumliche Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit in 10 m 

Höhe im Untersuchungsgebiet (Zeitraum 1.1.1980-31.12.2004)



5 Messprogramm „Deposition“ im EZG der Talsperre 

Frauenau 

5.1 Standorte, Bestandescharakteristika und Methoden 

Zur Ergänzung der im EZG der TWT Frauenau vorhandenen experimentellen Ausstattung 

(Durchflussmesspegel und Wasserqualitätsmessstellen der Wasserwirtschaftsverwaltung: 

LfW und WWA Deggendorf) wurden im Projektzeitraum drei 

Messstellen zur Erfassung von Niederschlagsmenge und Deposition auf der Freifläche 

und mit der Kronentraufe in jeweils einem Fichten- und Buchenbestand 

ausgewählt (Tab. 5-1, Abb. 5-1). Mit diesem Messprogramm sollte geklärt werden, 

ob und inwieweit sich die Stoffeinträge aus der Atmosphäre in diesem EZG bei 

gleicher Höhenlage von den Stoffeinträgen im EZG der Großen Ohe unterscheiden. 

Dementsprechend wurden die Untersuchungen hinsichtlich des Versuchsdesigns 

(ECE-IM, Beudert et al., 1994), der Probenahme und –aufbereitung (Pegelwarte 

der NPV) und der Analytik (LfW, 2004) in die laufenden Programme im EZG 

der Großen Ohe integriert. 

Tab. 5-1: Messstandorte für die Stoffdeposition im EZG TWT Frauenau 

Messstelle 

Bezeichnung Rechtswert Hochwert 

Höhe 

[m ü. NN] 

Anzahl 

Sammler 

Messbeginn 

205100 HTO Fichte 4599817 5431003 800 9 27.10.02 

206100 HTO Buche 4599796 5430613 830 10 28.04.03 

215310 HTO Freiland 4601307 5430630 870 2 27.10.02 

Abb. 5-1: Depositions-Messstandorte im Einzugsgebiet des Kleinen Regen (TWT Frauenau) 

Der Messbeginn im Freiland und im Fichtenbestand erfolgte am 27.10.2002, so 

dass der Messzeitraum zwei hydrologische Jahre vollständig umfasst. Die Messungen 

im Buchenbestand decken dagegen zwei hydrologische Sommerhalbjahre



ab (Messbeginn 28.4.2003), weil der Messplatz im Winterhalbjahr nicht zugänglich 

ist. Als Sammelgefäße wurden im Sommerhalbjahr LWF-Sammler (Eigenbau LWF) 

aus Polyethylen verwendet, die dem Typ LÖLF (Block, 1983) in der Auffangfläche 

(321 cm²) gleichen, jedoch konstruktive Verbesserungen aufweisen. Im Winterhalbjahr 

wurden sie gegen Sammler vom Typ LÖLF ausgetauscht, da der enge 

Trichterablauf im LWF-Sammler, der im Sommerhalbjahr Verdunstungsverluste 

minimiert, zufriert. Die Höhe der Auffangfläche ist bei allen Sammlern 1,25 m über 

Grund. 

Die Sammler in den Baumbeständen sind im Rechtecksverbund (Fichtenbestand 3 

x 3, Buchenbestand 5 x 2) aufgestellt; der Abstand zwischen und in den Sammlerreihen 

beträgt jeweils fünf Meter. Die Probenahme erfolgte an alle Messstandorten 

in 14-tägigen Intervallen, wobei die Einzelproben eines Standorts zu einer Sammelprobe 

vereinigt wurden. Nach der gravimetrischen Bestimmung der Niederschlagsmenge 

und vor der Aufbereitung für die Analyse wurden pH-Werte und 

elektrische Leitfähigkeiten mit Handgeräten bestimmt. 

Die Auswahl der Untersuchungsbestände orientierte sich an Alter und Höhenlage 

der Vergleichsbestände im Forellenbachgebiet, wobei aus Gründen der Erreichbarkeit 

Kompromisslösungen gefunden werden mussten. Die waldwachstumskundlichen 

Erhebungen erfolgten im Frühjahr 2003 vor dem Laubaustrieb: Position 

der Bäume mit Brusthöhendurchmesser > 7 cm tachymetrisch von den verpflockten 

Flächeneckpunkten aus, Brusthöhendurchmesser mit Umfangmessband und 

Baumhöhe sowie Kronenansatzhöhe mit dem VERTEX III. Die ertragskundlichen 

Bestandeskennwerte wurden mit SILVA 2.2 (Biber et al., 2000) des Lehrstuhls für 

Waldwachstumskunde der TU München berechnet. 

Aufgrund der Zugehörigkeit zu verschiedenen forstlichen Organisationseinheiten 

(Forstämter) und dem Nutzungsverzicht im Nationalpark seit mindestens 25 Jahren 

unterscheiden sich die Bestände im EZG der TWT Frauenau insbesondere durch 

ihre deutlich geringeren Stammzahlen von den Beständen im Forellenbachgebiet 

(Tab. 5-2), die größere mittlere Stammdimensionen (dg, hg) ermöglichten. Die 

Wuchsleistung des HTO Buchenbestands ist bei niedrigerem Durchschnittsalter 

deutlich größer als im Bestand B1; dies deutet bei gleicher Höhenlage auf Unterschiede 

im Standortspotential, insbesondere im Nährstoffangebot des Bodens hin. 

Die Fichtenbestände hingegen weisen gleiche Bonitäten (41) nach Assmann und 

Franz (1972) auf. Die unterschiedlichen Derbholzvorräte resultieren überwiegend 

aus den voneinander abweichenden Bestockungsgraden. 

Tab. 5-2: Charakteristika der Baumbestände auf den neu eingerichteten Depositionsmessflächen 

(2003) und den ECE-IM Untersuchungsflächen (2001), berechnet 

mit SILVA 2.2. 

Bestand 

Fläche 

[ha] 

Alter N/ha hg [m] dg [cm] 

G 

[m 2 /ha] 

V 

[VfmD/ha] 

HTO Buche 0,16 70 - 90 381 28,4 29,9 26,8 391 

ECE-IM Buche B1 

(820 m ü. NN) 

0,15 90 - 100 507 24,2 26,5 28,0 344 

HTO Fichte 0,10 60 - 80 380 31,5 43,0 58,2 793 

ECE-IM Fichte F4 

(800 m ü. NN) 

0,04 60 - 80 675 29,5 35,5 66,7 919



Als Vergleichsstandorte für die Niederschlagsdeposition auf der Freifläche an der 

Schachtendiensthütte (HTO Schachtenhaus) wurden die in Tab. 5-3 aufgeführten 

Messstationen im Gebiet der Großen Ohe verwendet. Während die Messstationen 

im Gebiet der Großen Ohe nur auf überwiegend kleinen Lichtungen errichtet werden 

konnten, bietet die große Freifläche an der Schachtendiensthütte (Wiese, ehemaliger 

Holzlagerplatz) günstige Messbedingungen zur Erfassung der Niederschlagsdeposition; 

sie entspricht den Kriterien von WMO (1981) und DVWK 

(1984) bezüglich der Horizontalabstände zwischen Sammlern und Hindernissen 

(Waldrand) weitgehend. 

Tab. 5-3: Messstationen für die Deposition auf Freiflächen im EZG TWT Frauenau und im 

EZG Große Ohe 

Messstelle Bezeichnung Rechtswert Hochwert Höhe [m ü. NN] 

215310 HTO Schachtenhaus 4601307 5430630 870 

DC3 ECE-IM Taferlruck 4603625 5423130 770 

DC1 ECE-IM Weitau 4604591 5424185 810 

212310 MSGW Forellenbuchet 4604933 5425606 980 

5.2 Ergebnisse und Diskussion 

Für die Ermittlung der Stofffrachten wurden die Stoffkonzentrationen in den Wässern 

der 14-tägigen Sammelperioden mit den Niederschlagssummen dieser Zeiträume 

multipliziert und zu Jahreswerten aggregiert. Die Ergebnisse der Einzeljahre 

sind in Klöcking et al. (2005), Datei „Depositionsvergleich.xls" im Datenanhang, 

dargestellt. Für die folgende Darstellung der Stofffrachten im EZG TWT Frauenau 

und ihren Vergleich mit der Situation im EZG Große Ohe wurden die Ergebnisse 

der hydrologischen (Halb-)Jahre 2003 und 2004 gemittelt. 

Die jährliche Niederschlagssumme an der Station Schachtendiensthütte lag mit 

1137 mm/a auf dem Niveau der 60 Höhenmeter tiefer gelegenen Station Weitau im 

Forellenbachgebiet (Abb. 5-2). Aus dem Vergleich mit der identisch verlaufenden 

Kurve der Cl-Frachten lässt sich schließen, dass die Mengenunterschiede real sind 

und nicht auf höhere Verdunstungsverluste während der doppelt so langen Sammelperiode 

zurückzuführen sind. Das wird auch durch die Niederschlagsmessungen 

an den Totalisatoren T56 (Schachtendiensthütte) und T42 (Racheldiensthütte) 

bestätigt. Zusammen mit den in gleicher Weise mit der Niederschlagsmenge ansteigenden 

Frachten von SO4-S und NO3-N lässt sich daher feststellen, dass in der 

chemischen Beschaffenheit des Niederschlags keine Unterschiede zwischen den 

beiden EZG vorliegen und die Höhe der Stoffdeposition von der Niederschlagsmenge 

abhängig ist. Dies bedeutet auch, dass Emissionen im Nahbereich der 

beiden Einzugsgebiete nicht differenzierend wirken bzw. von untergeordneter Bedeutung 

sind. 

Die auffällig hohen Einträge an NH4-N an der Schachtendiensthütte (Abb. 5-2), die 

sich, anders als die NO3-N-Einträge, nicht in den Gradienten im EZG Große Ohe 

einfügen und auch keine Entsprechung in den Untersuchungsbeständen finden (s. 

u.), resultierten aus Verschmutzungen der Niederschlagssammler mit Vogelkot in 

den Monaten Mai und Juni. Die tatsächlichen Einträge dürften, wie die NO3-N- 

Einträge im Bereich der interpolierten Werte liegen.



Analog zum Befund an der Freilandstation, sind auch die Bestandesniederschläge 

unter Buche und Fichte im EZG TWT Frauenau um etwa 50 – 70 mm/a niedriger 

als auf vergleichbarer Höhe im EZG Große Ohe, wobei die Interzeptionsverluste 

der Fichtenbestände im Mittel bei etwa 300 mm/a lagen. Insofern bestätigt dies, da 

Verdunstungsverluste unter dem Kronenschirm kleiner sein müssten als im Freiland, 

die o.a. Befunde. 

(kg ha -1 a -1 ) 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

SO4-S 

CL 

Niederschlag 

700 750 800 850 900 950 1000 

1400 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

0 

(mm) 

(kg ha -1 a -1 ) 

16 

14 

12 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

NH4-N 

NO3-N 

Ntot 

700 750 800 850 900 950 1000 

Abb. 5-2: Mittlere Niederschlagssummen und Depositionsraten (hydrologische Jahre 

2003 und 2004) im EZG TWT Frauenau (HTO Schachtenhaus) und im EZG 

Große Ohe; NH4-N, Ntot: Ausgefüllte Datenpunkte kennzeichnen durch Vogelkot 

beeinflusste Ergebnisse 

Die Anreicherung von SO4-S in der Kronentraufe (Abb. 5-3) gegenüber der nassen 

Deposition ist nur noch gering. Die Interzeption von SO2, die noch in der ersten 

Hälfte der 1990er Jahre erhebliche und mit der Höhenlage ansteigende Anteile an 

der Gesamtbelastung einnahm (Beudert & Breit 2004), hat aufgrund der effektiven 

Luftreinhaltemaßnahmen weitgehend an Bedeutung verloren. Der Eintrag im EZG 

TWT Frauenau ist sowohl unter Fichte als auch unter Buche etwa 40% höher als 

im EZG Große Ohe (Abb. 5-2). Daher sind auch die Frachten an Kationen höher, 

die bei der Säurepufferung im Kronenraum aus den Assimilationsorganen freigesetzt 

werden. Kalium ist bei diesem Prozess das quantitativ bedeutsamste Kation: 

die Frachten im Bestand sind im EZG TWT Frauenau achtmal und im EZG Große 

Ohe sechsmal gegenüber dem Eintrag im Freiland erhöht. 

Auffällig sind die in beiden Fichtenbeständen identischen Cl-Einträge, die im Mittel 

und in beiden Jahren etwa doppelt so hoch wie im Freiland (und in den Buchenbeständen) 

waren. Die Quellen hierfür sind nicht zweifelsfrei identifizierbar, jedoch 

dürften Leachingverluste aus den Assimilationsorganen die größte Rolle spielen. 

Auch der Eintrag von Stickstoffverbindungen ist in den Untersuchungsbeständen 

der EZG TWT Frauenau gegenüber den Vergleichsbeständen erhöht (Abb. 5-4), 

wenn auch weniger stark als der Eintrag von SO4-S.



(kg ha -1 a -1 ) 

20 

16 

12 

8 

4 

0 

HTO Fichte 

ECE-IM F4 

CL SO4-S CA K MG 

(kg ha -1 a -1 ) 

10 

8 

6 

4 

2 

0 

HTO Buche 

ECE-IM B1 

CL SO4-S CA K MG 

Abb. 5-3: Mittlere Depositionsraten mit der Kronentraufe (hydrologische (Halb-)Jahre 

2003 und 2004) unter Fichte und Buche in den EZG TWT Frauenau und Große 

Ohe 

(kg ha -1 a -1 ) 

16 

12 

8 

4 

0 

NORG 

NH4-N 

NO3-N 

HTO Fichte ECE-IM F4 

(kg ha -1 a -1 ) 

8 

6 

4 

2 

0 

NORG 

NH4-N 

NO3-N 

HTO Buche ECE-IM B1 

Abb. 5-4: Mittlere N-Einträge mit der Kronentraufe (hydrologische (Halb-)Jahre 2003 und 

2004) unter Fichte und Buche in den EZG TWT Frauenau und Große Ohe (s. 

Tab. 5-2). 

Daneben weichen in den Einzugsgebieten die Anteile der einzelnen Komponenten 

voneinander ab; insbesondere der Beitrag des NH4-N am Gesamtstickstoffeintrag 

ist im EZG TWT Frauenau zu Lasten der organischen Komponente (Norg) unter 

beiden Baumarten deutlich höher als im EZG Große Ohe. Offenbar findet hier während 

der doppelt so langen Exposition des Niederschlagswassers in den Sammelbehältern 

eine stärkere Ammonifizierung statt. 

Abweichend vom Befund gleicher Niederschlagsdepositionen im Freiland, sind die 

Einträge von versauernden und eutrophierenden Stoffen in die Baumbestände des 

EZG TWT Frauenau etwas höher als im EZG Große Ohe in vergleichbarer Höhenlage. 

Demnach müssen größere Beiträge über die Interzeptionsdeposition in diese 

Bestände gelangen. Dies kann auf die Rezeptoreigenschaften der Bestände selbst 

und/oder auf die Exposition der Einzugsgebiete bzw. ihrer Bestände gegenüber 

anströmenden Luftmassen zurückgeführt werden. 

Folgt man dem von Hammel und Kennel (2001) vorgestellten Schätzverfahren für 

den Blattflächenindex, der die Rezeptoreigenschaften von Baumbeständen für 

Aerosole und damit die Stoffdeposition maßgeblich bestimmt, dürften die Blattflä-



chenindizes der Bestände beider Einzugsgebiete gleich sein: in den Buchenbeständen, 

weil sie im Alter zwischen 60 und 100 Jahren weitgehend unabhängig 

von der Bonität sind und in den Fichtenbeständen, weil sie im Alter zwischen 60 

und 100 Jahren eine Funktion der Bonität sind, die in beiden Beständen gleich ist 

(41 nach Assmann und Franz, 1972, vgl. Tab. 5-2). 

Die Messstationen im EZG Große Ohe sind durchwegs nach Süden und Südwesten 

exponiert und liegen wegen ihrer vergleichsweise geringen Höhenlage im Lee 

des Rachelmassivs bei Luftströmungen aus Nordwest bis Nordost, welche die 

höchsten Konzentrationen säurebildender Gase mit sich tragen (Beudert et al., 

1994). Die Messstationen im EZG TWT Frauenau dagegen liegen im und am Ost- 

West verlaufenden Talgrund auf der Nordseite des Rachelmassivs und sind Luftmassen 

mit höheren Schadgaskonzentrationen stärker ausgesetzt. 

Ungeachtet der Gleichheit der Stoffdeposition im Freiland und der relativ kleinen 

Unterschiede in den bearbeiteten Beständen, ist auch weiterhin mit steigenden 

Stofffrachten bei zunehmender Höhenlage in beiden EZG zu rechnen. Da dies 

insbesondere Fichtenbestände betrifft (Beudert & Breit, 2004), dürfte der flächenbezogene 

Eintrag an versauernden und eutrophierenden Stoffen im EZG TWT 

Frauenau so lange deutlich größer sein als im EZG Große Ohe, bis sich auf den 

großflächigen Totholzflächen der Hochlagen neue Bestände etabliert haben. 

Mit den Ergebnissen der bislang zweijährigen Messungen im EZG TWT Frauenau 

konnte gezeigt werden, dass sich die derzeitige Stoffdeposition in die dortigen 

Waldökosysteme durch die Ergebnisse der Monitoringprogramme im EZG Große 

Ohe beschreiben lässt. Dies dürfte um so mehr für die Stoffdeposition der vergangenen 

Jahrzehnte gelten, weil bis Mitte der 1990er Jahre nur geringe Unterschiede 

in der Bestockung vorgelegen haben. 

Insofern konnte dieses Messprogramm im EZG TWT Frauenau mit Ablauf des 

hydrologischen Jahres 2005 beendet werden, ohne die Möglichkeiten zur Anwendung 

GIS-basierter Simulationsmodelle zu beschneiden.



6 Ganglinienanalyse zur Quantifizierung des Einflusses 

der Waldschäden auf den Gebietswasserhaushalt 

6.1 Methodische Grundlagen 

Verwendet wurde das im Institut für Hydrologie und Meteorologie der Technischen 

Universität Dresden entwickelte Differenzganglinienanalyseverfahren DIFGA 

(SCHWARZE 1985, 1991, 1999). Nachfolgend sollen zunächst die Grundgedanken 

von DIFGA dargestellt werden. 

Mit Hilfe von DIFGA kann der Gebietsabfluss eines Einzugsgebietes in mehrere 

Komponenten aufgeteilt werden. Außerdem erfolgt eine Zuordnung der einzelnen 

Komponenten zu unterschiedlichen Herkunftsräumen. Abb. 6-1 veranschaulicht 

das Prinzip von DIFGA. 

Abb. 6-1: Schema des Differenzganglinienanalyseverfahrens DIFGA 

Vier Abflusskomponenten werden unterschieden: 

schneller Direktabfluss RD1, QD1 

verzögerter Direktabfluss RD2, QD2 

kurzfristiger Grundwasserabfluss RG1, QG1 

langfristiger Grundwasserabfluss RG2, QG2. 

Mit R werden dabei die Zuflüsse zum Gebietsspeicher (Abflussbildung) und mit Q 

die Abgaben aus dem Speicher in das Gewässernetz (Abflusskonzentration) bezeichnet. 

Die beiden ersten Komponenten sind schnelle Abflusskomponenten und 

die beiden letzten Abflüsse sind langsame Abflusskomponenten.



Als Grundlage zur Beschreibung des Prozesses dient die Modellvorstellung des 

Einzellinearspeichers ELS. Demnach lässt sich der Abfluss in einem Einzugsgebiet 

als Summe des Auslaufes von n parallel geschalteten ELS beschreiben. 

Der Auslauf eines ELS lässt sich nach Gleichung (6-1) ermitteln: 

(6-1) Q(t) = Q(t0) • 

− 

− 

Wird (6-1) logarithmiert, so ergibt sich bei der Darstellung des Rückganges in 

semilogarithmischer Darstellung eine Gerade mit dem Anstieg (–1/K) (Gleichung 

(6-2)). 

(6-2) ln Q(t) = ln Q(t0) – − 

Für jede Abflusskomponente wird eine Speicherkonstante (Rückgangskonstante) 

K i angenommen. Demnach setzt sich der Rückgang des Gesamtabflusses aus 

mehreren parallel geschalteten ELS nach Gleichung (6-3) bzw. (6-4) zusammen: 

(6-3) Q(t) = ∑ = 

(6-4) ln Q(t) = ln ∑ = 

= ∑ = 

= ln ∑ = 

− 

Aus langjährigen Beobachtungsreihen des Durchflusses ( t = 1d) werden mit einer 

Separationsvorschrift die Abflusskomponenten kontinuierlich abgetrennt. Dazu 

werden die Ganglinien speziellen Glättungsroutinen unterworfen, um die periodischen 

jahreszeitlichen Schwingungen und die lokalen Minima und Maxima der 

Durchflussganglinie zu bestimmen. Über Trendanalysen unter Nutzung der Gleichung 

(6-2) werden die Rückgangskonstanten bestimmt, welche in DIFGA mit CG2 

bzw. CG1 bezeichnet werden. Für die Bestimmung der Rückgangskonstanten 

erfolgt die Berücksichtigung der hydrogeologischen Eigenschaften des Gebietes 

über das Lithofazieskonzept. Anschließend passt DIFGA an alle lokalen Rückgänge 

der Ganglinie, welche im Rahmen der Trend- und Schwingungsanalyse ermittelt 

wurden, Rückgangslinien in Form unterer Umhüllender an. Durch eine Verbindung 

dieser Rückgänge miteinander in Phasen generellen Anstiegs der Ganglinie wird 

letztlich eine kontinuierliche Ganglinie für eine Abflusskomponente erhalten. Dieses 

Verfahren benötigt lange Datenreihen von mindestens 10 - jähriger Dauer, da 

die Rezessionskonstanten der langsamsten Komponente im Bereich zwischen 150 

und 1000 Tagen liegt und nur an anhaltenden Niedrigwasserperioden extremer 

Trockenjahre bestimmt werden kann. 

Bei der Separation des Durchflusses wird mit der stabilsten, am wenigsten 

schwankenden Abflusskomponente QG2, begonnen. Anschließend wird eine Differenzganglinie 

DGL1 (ln Q – ln QG2) ermittelt und die Komponente QG1 von der 

DGL1 abgetrennt. Demnach setzt sich der Gesamtabfluss Q zum Zeitpunkt t aus 

den drei Komponenten QD, QG1 und QG2 wie folgt zusammen: 

(6-5) Q(t) = QD(t) + QG1(t) + QG2(t) 

−



QD(t) ist dabei eine Mischkomponente, welche als Rest nach der Abtrennung von 

QG2 und QG1 noch verbleibt. QD umfasst den Oberflächenabfluss sowie schnelle 

bodeninnere Abflüsse (Interflow, Makroporenabfluss). QG1 lässt sich in Festgesteinseinzugsgebieten 

relativ schnell entwässerbaren Teilsystemen (Zersatz am 

Übergang Boden zu Anstehendem, Zerrüttungszonen, Karst etc.) zuordnen. QG2 

ist in Trockenperioden die einzige noch vorhandene Komponente und entstammt 

dem Kluft- und / oder Porengrundwasserleiter des Einzugsgebietes. 

Das der ELS als Modell zur Beschreibung des Grundwasserabflusses aus einem 

Gebiet geeignet ist, lässt sich an Durchflussganglinien aus Einzugsgebieten in 

Klimaregionen mit mehrmonatigen niederschlagsfreien Perioden besonders gut 

demonstrieren. Der Pegel Keang Kut am Mae Taeng River in Thailand ist ein solches 

Beispiel. Dieses Gebiet liegt im Bereich des Südwestmonsuns mit einer Regenzeit 

von Mai bis Oktober. Der Gebietsuntergrund ist Kalkstein. Abb. 6-2 zeigt 

einen Ausschnitt aus der Ganglinie für den Zeitraum 1977 bis 1980 mit der separierten 

Ganglinie von QG2. Es ist zu erkennen, dass bereits 14 Tage nach dem 

Ende der Regenzeit die schnelleren Abflussanteile versiegen und nur noch der 

langsame Grundwasserabfluss QG2 den Pegeldurchfluss speist. In der semilogarithmischen 

Darstellung geht der Durchfluss linear zurück, was für die Anwendbarkeit 

von Gleichung (6-2) spricht. Die Speicherkonstante CG2 des langsamen 

Grundwasserabflusses beträgt in diesem Fall 170 Tage, was auch unter mitteleuropäischen 

Verhältnissen ein für Kalkstein typischer Wert ist. 

Abb. 6-2: Trockenwetterrückgang für den Mae Taeng River am Pegel Keang Kut mit 

Separation der Abflusskomponente QG2 (siehe auch SCHWARZE et al. 1999) 

Die Separationsroutine von DIFGA benötigt nur den Durchfluss und den Nieder- 

schlag als Eingangsdaten (∆t = 1d). Neben der Komponentenseparation kann mit 

DIFGA eine komplette Wasserhaushaltsbilanz im Monatszeitschritt berechnet werden. 

Gleichzeitig wird damit die automatisch erfolgte Separation in jedem Monat 

auf Bilanzreinheit geprüft.



Folgende Größen in mm/Monat gehen in die Bilanz ein (vgl. Abb. 6-1): 

• Niederschlagssumme Pi (korrigierter flüssiger Niederschlag bzw. Wasserabgabe 

aus der Schneedecke, Gebietsmittel), Beobachtungswerte korrigiert nach 

Richter (1995) 

• Abflussbildung des langfristigen Grundwasserabflusses RG2i 

• Abflussbildung des kurzfristigen Grundwasserabflusses RG1i 

• Durchflusssumme Qi Beobachtungswerte 

• Summe des langfristigen Grundwasserabflusses QG2i 

• Summe des kurzfristigen Grundwasserabflusses QG1i 

• Direktabflusssumme QDi bzw. RDi 

• Restglied, bestehend aus realer Verdunstung und Füllung eines nur durch 

Verdunstung ausschöpfbaren Speichers (REST = ETRi + Wi). 

Für einen Zeitschritt i von einem Monat sieht die Bilanzgleichung in allgemeiner 

Form folgendermaßen aus: 

(6-6) Pi – RG2i – RG1i – RDi – RESTi ≥ 0 

Die Bilanz wird nach jeder vorgenommenen Separation neu gerechnet. Zunächst 

werden nur Kontrollbilanzen gerechnet, da erst nach vollständiger Separation die 

komplette Wasserhaushaltsbilanz möglich ist. Nach erfolgter erster Separation hat 

die Gleichung (6-6) folgendes Aussehen: 

(6-7) P i – RG2i ≥ 0 

Erst nach der Abtrennung des QG1 kann auch RG1i und RDi ermittelt werden und 

die Bilanz nach Gleichung (6-7) berechnet werden: 

(6-8) Pi – RG2i – RG1i – RDi ≥ 0 

Die Abflussbildung des langfristigen Grundwasserabflusses RG2 für einen Monat i 

wird nach Gleichung (6-9) ermittelt: 

(6-9) RG2i = CG2 • ∆QG2i • 

86, 

4 

Die Größen haben folgende Einheiten bzw. Bedeutungen: RG2 in mm, CG2 in d, 

∆QG2 Anstieg von QG2 in m³/s bzw. l/s und AE Einzugsgebietsfläche in km². Analog 

lässt sich auch die Abflussbildung des kurzfristigen Grundwasserabflusses 

RG1 pro Monat i berechnen: 

(6-10) RG1i = CG1 • QG1i • 

AE 

86, 

4 

Die Summe des Direktabflusses RD im Monat wird nach Gleichung (6-11) bestimmt. 

AE



(6-11) RD(t) = QD(t) = Q(t) – QG2(t) – QG1(t) 

Die Summe der lang- und kurzfristigen Grundwasserabflüsse QG2 und QG1 ergibt 

sich als Fläche unter den jeweiligen Ganglinien durch Integration über die Monatsdauer. 

Abschließend werden für jeden Monat aktuelle Bilanzen bzw. für Monate, Halbjahre 

und Jahre mittlere Bilanzen berechnet. Folgende Bilanzgleichungen werden 

bestimmt: 

(6-12) P - RG2 – RG1 – RD = (W + ETR) 

(6-13) Q b e o b = QG2 + QG1 + QD 

Aktuelle Wasserhaushaltsbilanzen für Jahre sowie die langjährigen Mittelwerte der 

Abflusskomponenten und ihre prozentualen Anteile am Niederschlag P bzw. am 

Gesamtabfluss Qbeob können mit DIFGA bestimmt werden. 

6.2 Abflusskomponentenanalyse 

Mit DIFGA wurden von den in der Tab. 3-1 genannten nur die in Tab. 6-1 enthaltenen 

Gebiete im Nationalpark Bayerischer Wald untersucht. Zur Lage der Gebiete 

siehe Abb. 3-2 und Abb. 3-4. 

Tab. 6-1: Untersuchte Einzugsgebiete 

Bereich Große Ohe 

Pegel 1741800 Markungsgraben 

Pegel 1741900 Forellenbach 

Hauptpegel Taferlruck 1741300 Große Ohe 

Bereich der TS Frauenau 

Pegel 152162002 Verlorener Schachten Verlorener Schachtenbach 

Pegel 15214604 Herbstriegel Kleiner Regen 

Pegel 15214400 Rachelhütte Kleiner Regen 

Das Einzugsgebiet des Verlorenen Schachtenbaches musste nach einer Primärprüfung 

der zur Verfügung stehenden Daten von der weiteren Bearbeitung ausgeschlossen 

werden. Die Abflussspende des Schachtenbaches beträgt im Durchschnitt 

1.51 bis 2.83 mal mehr als die der restlichen Gebiete, und der Gebietsabfluss 

übersteigt im Mittel den Gebietsniederschlag. Die Ursachenforschung bleibt 

weiteren Arbeiten vorbehalten. 

Mit den Ergebnissen der mit DIFGA durchgeführten Abflusskomponentenanalyse 

und Wasserhaushaltsbilanz erfolgt eine Bewertung des Einflusses der borkenkäferinduzierten 

Waldschäden auf den Gebietswasserhaushalt. Exemplarisch werden 

nachfolgend zunächst die Ergebnisse für die Gebiete Markungsgraben und 

Forellenbach dargestellt. Beide Bäche sind unmittelbar benachbart, weisen aber 

trotzdem einen unterschiedlichen Grad im Befall mit dem Borkenkäfer auf. In Abb. 

3-2 ist das Ausmaß der Schäden mit Stand 2002 zu sehen. In der Tab. 3-7 ist die 

Entwicklung des Anteils der Totholzflächen zusammengefasst.



Untersucht wurden die folgenden Zeiträume: 

Forellenbach 1.11.1990 bis 31.10.2003 

Markungsgraben 1.11.1988 bis 31.10.2003 

Für den Niederschlag lagen Gebietsmittel für beide Gebiete vor, welche auf der 

Basis der Stationen Taferlruck, Racheldiensthütte, und Waldhäuser berechnet 

wurden. Für feste Niederschläge wurde mit einer Messfehlerkorrektur von +20% 

gearbeitet. Flüssige Niederschläge wurden nicht korrigiert. Aus festen Niederschlägen 

wurde mit dem Programm SSNOW (TU Dresden IHM, Tagesgradverfahren) 

der Aufbau einer Schneedecke und die Wasserabgaben aus der Schneedecke 

berechnet. Zur Überprüfung dieser Werte konnte für einige Jahre auf Messungen 

der Schneehöhe an der Station Waldhäuser zugegriffen werden. 

Mit dem Programm DIFGA wurde der Wasserhaushalt und das Abflusskomponentenregime 

untersucht. Das Programm arbeitet im Tagesschritt. Ergebnisse liegen 

für aktuelle Tage, aktuelle Monate, aktuelle Jahre sowie als Monat-, Halbjahres- 

und Jahresmittelwerte vor. Tab. 6-2 und Tab. 6-3 zeigen die Ergebnisse für den 

mittleren Wasserhaushalt. Die Abb. 6-3 und Abb. 6-4 zeigen Ausschnitte aus den 

separierten Ganglinien. 

Um einen einfachen Überblick zu den Auswirkungen des Borkenkäferbefalls auf 

den Wasserhaushalt zu erlangen, wurden die Bilanzen einzelner Jahre für die Gebiete 

Markungsgraben, Forellenbach und Große Ohe miteinander verglichen. Als 

weitgehend schadfreies Referenzjahr wurde das hydrologische Jahr 1992 herangezogen. 

Als Jahr mit dem Schadenshöhepunkt wurde 1998 ausgewählt. Danach 

nahmen die Schäden nur noch sehr langsam weiter zu. 1998 wurde auch deshalb 

verwendet, da die Herausbildung einer Alternativvegetation zum abgestorbenen 

Fichtenbestand noch in den Anfängen stand. Die Abb. 6-5 und Abb. 6-6 zeigen die 

Berechnungsergebnisse im Vergleich. 

Abb. 6-3: Ganglinie für das Gebiet Forellenbach Schwarz: Grundwasserabfluss QG2, 

dunkelgrau: Schneller Grundwasserabfluss QG1, hell: Direktabfluss QD



Abb. 6-4: Ganglinie für das Gebiet Markungsgraben schwarz: Grundwasserabfluss QG2, 

dunkelgrau: Schneller Grundwasserabfluss QG1, hell: Direktabfluss QD



Tab. 6-2: Wasserhaushaltsbilanz des Forellenbaches



Tab. 6-3: Wasserhaushaltsbilanz des Markungsgrabens 

Die DIFGA - Ergebnisse für die weiteren Gebiete sind im Anhang A-3 

zusammengestellt.



1000 

q in l/(s·km²) 

1 

1000 


100 

10 

1 

1000 


100 

10 

100 

10 

Forellenbach 

Dez. 91 Jan. 92 Feb. 92 Mrz. 92 Apr. 92 Mai. 92 Jun. 92 Jul. 92 Aug. 92 Sep. 92 Okt. 92 

Markungsgraben 

Forellenbach 

P = RG2 + RG1 + RD + ETR 

1526 = 290 + 335 + 143 + 758 mm/a 

100 = 19 + 22 + 9,4 + 50 % von P 

Min = 8,5 Max = 144 l/(s . km²) 



1675 = 292 + 504 + 207 + 672 mm/a 

100 = 17 + 30 + 12 + 40 % von P 

Min = 8,3 Max = 308 l/(s . km²) 

Große Ohe Tafelruck 


1550 = 198 + 440 + 157 + 755 mm/a 

100 = 13 + 28 + 10 + 49 % von P 

Min = 6 Max = 209 l/(s . km²) 

Abb. 6-5: Ergebnisse der Abflusskomponentenanalyse für das hydrologische Jahr 1992 

QD 

QG1 

QG2 

P 



1 

Nov. 91 Dez. 91 Jan. 92 Feb. 92 Mrz. 92 Apr. 92 Mai. 92 Jun. 92 Jul. 92 Aug. 92 Sep. 92 Okt. 92 

QD 

QG1 

QG2 

P 

QD 

QG1 

QG2 

P 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

Pin mm/d 

P in mm/d 

P in mm/d



q in l/(s.km²) 

1 

1000 


1000 

100 

10 

1 

1000 


100 

10 

100 

10 

Forellenbach 



Forellenbach 


1646 = 413 + 313 + 199 + 721 mm/a 

100 = 25 + 19 + 12 + 44 % von P 

Min = 12 Max = 267 l/(s . km²) 



1901 = 589 + 590 + 444 + 278 mm/a 

100 = 31 + 31 + 23 + 15 % von P 

Min = 13 Max = 638 l/(s . km²) 



1668 = 222 + 404 + 243 + 799 mm/a 

100 = 13 + 24 + 15 + 48 % von P 

Min = 8,7 Max = 390 l/(s . km²) 

Abb. 6-6: Ergebnisse der Abflusskomponentenanalyse für das hydrologische Jahr 1998 

QD 

QG1 

QG2 

P 



1 

Nov. 97 Dez. 97 Jan. 98 Feb. 98 Mrz. 98 Apr. 98 Mai. 98 Jun. 98 Jul. 98 Aug. 98 Sep. 98 Okt. 98 

QD 

QG1 

QG2 

P 

QD 

QG1 

QG2 

P 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

0 

25 

50 

75 

100 

125 

150 

175 

200 

P in mm/d 

P in mm/d 

P in mm/d



Zur Interpretation der Bilanzen für 1992 bzw. 1998 sei zunächst nochmals auf Abb. 

6-1 verwiesen. Bei den Bilanzergebnissen in Abb. 6-5 bzw. Abb. 6-6 handelt es 

sich um die Aufteilung des Gebietsniederschlags auf die abflusswirksamen und die 

verdunstungswirksamen Gebietsspeicher (linke Seite in Abb. 6-1 bzw. Gleichung 

(6-12). Die Summe (RG2 + RG1 + RD) ist dabei für ein einzelnes Jahr i.d.R. nicht 

identisch mit dem beobachteten Durchfluss am Pegel d.h. mit der Summe 

(QG2 + QG1 + QD) (rechte Seite von Abb. 6-1 bzw. Gleichung (6-13)). Der Spei- 

cherzufluss ΣR kann nur mit der Summe aus Speicherausfluss ΣQ plus Speicher- 

inhaltsänderung Σ ∆S verglichen werden. Analog gilt für die Verdunstung, dass 

gemäß Gleichung (6-12) für ein aktuelles Jahr nicht die tatsächliche reale Verdunstung 

ETa, sondern die Summe aus realer Verdunstung ETR plus einer Änderung 

der verdunstungswirksamen Gebietsspeicherung ± W (z.B. Differenz in der Bodenfeuchte 

zu Bilanzanfang und –ende) erhalten wird. 

Für das Jahr 1992 sind aus den Bilanzen keine Besonderheiten ableitbar. Die geringere 

Verdunstung im Markungsgraben dürfte auf die deutlich höhere Lage des 

Gebietes im Kammbereich zurückzuführen sein. 

Im Jahr 1998 haben sich die Verhältnisse im Markungsgraben deutlich geändert. 

Während in den beiden anderen Gebieten der prozentuale Anteil der Verdunstung 

am Niederschlag gegenüber 1992 nur leicht gesunken ist, weist im Markungsgraben 

die Verdunstung 1998 nur noch 36% des Wertes von 1992 auf. Gleichzeitig 

hat sich der Anteil des Direktabflusses gegenüber 1992 fast verdoppelt und ist 

damit 2,23-mal so groß wie im Forellenbach bzw. 1,83-mal so groß wie im Gesamtgebiet 

der Großen Ohe. Diese Veränderungen deuten auf einen signifikanten 

Einfluss der Waldschäden auf den Gebietswasserhaushalt hin. 

Ausgehend von den Berechnungsergebnissen für aktuelle Monate erfolgte im 

nächsten Schritt eine Trendanalyse zur Abschätzung des Einflusses der Waldschäden 

auf den Wasserhaushalt.



6.3 Trendanalyse 

In den Abb. 6-7 und Abb. 6-8 sind die Anteile der verschiedenen Wasserhaushaltskomponenten 

in Prozent vom Gebietsniederschlag dargestellt. Bei den Abflusskomponenten 

handelt es sich um die Abflussbildung im aktuellen Monat. Bei 

der Komponente ETR handelt es sich um den verdunstungswirksamen Niederschlagsanteil. 

Anteil 120in 

% von P 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

11/1988 

11/1989 

11/1990 

11/1991 

11/1992 

ETR 

RD 

RG1 

RG2 

P 

Abb. 6-7: Wasserhaushaltskomponenten im Markungsgraben 

120 

Anteil in 

% von P 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

11/1990 

11/1991 

11/1992 

11/1993 

11/1994 

11/1993 

11/1994 

11/1995 

11/1995 

ETR 

RD 

RG1 

RG2 

P 

Abb. 6-8: Wasserhaushaltskomponenten im Forellenbach 

11/1996 

11/1996 

11/1997 

11/1997 

11/1998 

11/1998 

11/1999 

11/1999 

11/2000 

11/2000 

11/2001 

11/2001 

11/2002 

11/2002 

0 

P in 

mm/mon 

500 

1000 

1500 

2000 

2500 

3000 

0 

P in 

mm/mon 

Aus der Visualisierung der Wasserhaushaltskomponenten ist zunächst nur zu entnehmen, 

dass im Markungsgraben seit 1994 der Anteil der Verdunstung deutlich 

abgenommen hat und viel geringer als im Forellenbach ist. 

500 

1000 

1500 

2000 

2500 

3000



Deshalb wurde eine Trendanalyse unter Verwendung der DIFGA - Ergebnisse 

angeschlossen mit dem Ziel des Nachweises des Borkenkäfer-Einflusses. 

Methode: Doppelsummenanalysen zwischen Niederschlag und Wasserhaushaltskomponenten 

Es wird davon ausgegangen, dass der Niederschlag nicht vom Borkenkäfer beeinflusst 

ist. Für Zusammenhangsanalysen muss der Niederschlag selbst trendfrei 

sein 

Die zeitliche Entwicklung der Borkenkäferschäden in den Gebieten der Großen 

Ohe zeigt Abb. 3-3. Der enorme Zuwachs an borkenkäferinduzierten Totholzflächen 

insbesondere ab Mitte der 1990er Jahre lässt eine trendhafte Veränderung 

wesentlicher Wasserhaushaltskomponenten erwarten. Um den Einfluss des 

Borkenkäfers hierbei zu quantifizieren, muss sichergestellt sein, dass die 

Inputgröße Niederschlag selbst trendfrei ist. Da später mit der 

Doppelsummenanalyse gearbeitet werden soll, wurde zunächst für den 

Untersuchungszeitraum die fortlaufende Summe der Tagesniederschläge 

berechnet und auf Trendfreiheit getestet. Abb. 6-9 zeigt das Ergebnis für den 

Markungsgraben. 

Summe P in mm 

30000 

25000 

20000 

15000 

10000 

5000 

0 

Trendanalyse Niederschlag Markungsgraben 

1.11.1988 bis 31.10.2003 

Niederschlagszunahme um 0,83 mm/d ab 1994 

Klimaveränderung? 

P = 4,5191 . t 

R 2 = 0,9961 

P = 5,3479 . t 

R2 = 0,9961 

Daten in den Nullpunkt verschoben 

P = 5,3842 . t - 1384 

R 2 = 0,9962 

April 1994 

Summe P trendbeeinflusste Periode 

Summe P trendbereinigt mm 

Summe P Referenzperiode 

Totholzflächen durch Borkenkäfer 

P = 4,5191 . t 

R 2 = 0,9946 

Linear (Summe P trendbeeinflusste Periode) 

Linear (Summe P trendbereinigt mm) 

Linear (Summe P Referenzperiode) 

0 1000 2000 3000 

Zeit t in Tagen 

4000 5000 

0 

6000 

Abb. 6-9: Analyse des Niederschlagstrends im Einzugsgebiet des Markungsgrabens 

Der Niederschlag im Zeitraum 1988 bis 2003 ist nicht trendfrei. Er zeigt ab dem 

April 1994 einen signifikanten linearen Trend von + 0,83 mm/d gegenüber der Referenzperiode 

1988 bis 1993. Der Knickpunkt liegt im Zeitraum beginnender massiver 

Borkenkäferschäden. Der Schadensverlauf wird in Abb. 6-9 durch den zeitlichen 

Verlauf des Anteils der Totholzflächen repräsentiert. Diese Information liegt 

zunächst nur einmal jährlich (Befliegung) vor. Da die Doppelsummenanalyse im 

Tagesschritt arbeitet, wurde ein „synthetischer, taggenauer Gang“ für die Entwicklung 

der Totholzflächen berechnet. Dieser geht davon aus, dass die Borkenkäferaktivität 

primär im Zeitraum April/Mai (Erstbefall) bis September/Oktober (Ausflug 

letzte Generation) liegt. Die für einzelnen Jahre ausgewiesenen Zuwächse an 

Totholzflächen wurden deshalb gleichmäßig auf die Tage im Aktivitätszeitraum der 

Käfer aufgeteilt, während für Tage außerhalb dieses Zeitraumes von keiner Zunahme 

der Totholzflächen ausgegangen wurde. Es ist indes kaum davon auszu- 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Anteil der Totholzflächen in %



gehen, dass der Borkenkäferbefall eine regionale Erhöhung der Niederschläge zur 

Folge hat. Ob hier eine Auswirkung von Klimaveränderungen sichtbar wird, kann 

auf Grund der Kürze der verwendeten Zeitreihe gleichfalls nicht sicher geschlussfolgert 

werden. Es könnte sich auch um einen falschpositiven Trend handeln, hinter 

dem sich tatsächlich eine der typischen langfristigen Schwingungen im Niederschlag 

verbirgt. 

Da in der Untersuchung der Einfluss des Borkenkäfers eruiert werden soll, wurde 

zunächst die Summe P trendbereinigt. Dafür wurde für den Zeitraum ab April 1994 

eine Trendgerade bestimmt. Die Abweichungen der Summe P von dieser Trendlinie 

wurden für jeden Zeitschritt berechnet. Anschließend wurde die Trendgerade 

aus dem Zeitraum vor 1994 verlängert und die zuvor ermittelten Abweichungen 

aufaddiert, was eine trendfreie Niederschlagssummenlinie ergibt. Das Ergebnis 

zeigt gleichfalls die Abb. 6-9. 

Die Bereinigung des Niederschlagstrends musste auch in den weiteren Datenreihen 

(Abfluss, Verdunstung) des Markungsgrabens erfolgen. Die mittlere Aufteilung 

des Niederschlages im Zeitraum 1988 bis 1993 beträgt im Markungsgraben 35% 

ETR und 65% R. Unter dieser Annahme berechnet sich eine Trendbereinigung 

z.B. für den Abfluss für jeden Zeitschritt ab April 1994 wie folgt: 

(6-14) ΣRP − Tend bereinigt = ΣRbeob − 0, 65⋅ 

( ΣPbeob − ΣPtrendfrei 

) 

Es wird also davon ausgegangen, dass die Abweichung zwischen dem beobachteten 

Niederschlag und dem trendfreien Niederschlag immer im Verhältnis von 0,35 

zu 0,65 auf Verdunstung und Abfluss durchschlägt. Die auf diese Weise um den P- 

Trend bereinigten Summenlinien von R und ETR zeigt die Ab. 6-10. Analog erfolgte 

auch für die mit DIFGA berechneten Abflusskomponenten eine Bereinigung des 

vom P-Trend ausgehenden Einflusses. Der Gewichtsfaktor 0,65 für den 

Gesamtabfluss R teilt sich dabei gemäß der DIFGA - Ergebnisse für die Jahre 

1988 bis 1993 in 0,13 für den Direktabfluss RD, 0,32 für den schnellen 

Grundwasserabfluss RG1 und 0,2 für den langsamen Grundwasserabfluss RG2 

auf (siehe Abb. 6-11). 

Summe in mm 

30000 

25000 

20000 

15000 

10000 

5000 

0 

Summe P beobachtet 

Summe P trendbereinigt 

Summe R beobachtet 

Summe R um P-Trend bereinigt 

Summe ETR beobachtet 

Summe ETR um P-Trend bereinigt 

R und ETR sind auch nach Bereinigung des 

P-Trendes noch trendbehaftet 

andere Ursachen z.B. Borkenkäfer 

∆P = ∆R + ∆ETR 

ΣP = 4,5191 . t 

trendfrei 

0 1000 2000 3000 4000 5000 Zeit in Tagen 6000 

Ab. 6-10: Bereinigung des Niederschlagstrends in den Datenreihen des Markungsgrabens 

– Niederschlag, Abfluss, Verdunstung 

∆P 

∆R 

∆ETR



Summe in mm 

20000 

18000 

16000 

14000 

12000 

10000 

8000 

6000 

4000 

2000 

0 

Summe R beobachtet 

Summe R um P-Trend bereinigt 

Summe RG1 beobachtet 

Summe RG1 um P-Trend bereinigt 

Summe RG2 beobachtet 


Summe RD beobachtet 

Summe RD um P-Trend bereinigt 

a 

b 

c 

d 

a = b + c + d 

0 1000 2000 3000 4000 5000 Zeit in Tagen 6000 

Abb. 6-11: Bereinigung des Niederschlagstrends in den Datenreihen des Markungsgrabens 

– Abflusskomponenten 

Wie Ab. 6-10 und Abb. 6-11 zeigen, sind die Summenlinien von R, RD, RG1 und 

RG2 auch nach der Bereinigung des Niederschlagstrends aus allen Reihen nicht 

trendfrei. Da nunmehr aber eine trendfreie P-Reihe erzeugt wurde, konnten die 

weiteren Untersuchungen mit einer Doppelsummenanalyse (DSA) zwischen Niederschlag 

und den weiteren Wasserhaushaltskomponenten fortgesetzt werden. 

Das Ergebnis der DSA P φ R und P φ ETR zeigt die Abb. 6-12. In der Abb. 6-13 

sind die Ergebnisse der DSA für einzelne Abflusskomponenten dargestellt. 

Summe Q und ETR P-Trend bereinigt in mm 

18000 

15000 

12000 

9000 

6000 

3000 

0 

Summe Q um P-Trend bereinigt in mm 

Summe ETR um P-Trend bereinigt in mm 


Phase 1 Fichtenphase 

hydrologisches Regime 

vor dem Borkenkäfer 

Übergang 1.11.1996 

ΣQ = 0,6385 . ΣP 

R 2 = 0,9987 

ΣETR = 0,3615 . ΣP 

R 2 = 0,9946 

ΣQ = 0,8546 . ΣP - 2987,5 

R 2 = 0,9981 

Phase 2 Schockphase 

Absterben der Fichten 

ΣETR = 0,1454 . ΣP + 2837,5 

R 2 = 0,9433 

ΣQ = 0,6901 . ΣP + 220,32 

R 2 = 0,9974 

Übergang 1.11.2000 

Phase 3 

Erholungsphase 

Alternativvegetation 

ΣETR = 0,3099 . ΣP - 246,95 

R 2 = 0,9765 

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 

0 

25000 

Summe P trendbereinigt in mm 

Abb. 6-12: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣQ und ΣP zu ΣETR für den Markungsgraben 

1.11.1988 bis 31.10.2003 

a 

b 

c 

d 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Anteil Totholzflächen in %



Summe in mm 

8000 

7000 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

Summe ETR um P-Trend bereinigt 

Summe RD um P-Trend bereinigt 




Phase 1 

ETR = 36 % von P 

RD = 13 % von P 

RG1 = 32 % von P 

RG2 = 19 % von P 

ETR 

RG1 

Todholzfläche 

n 

0 

0 

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 22500 25000 


Phase 2 


RD = 21 % von P 

RG1 = 40 % von P 

RG2 = 25 % von P 

Phase 3 


RD = 22 % von P 

RG1 = 24 % von P 

RG2 = 26 % von P 

Abb. 6-13: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣRD, ΣP zu ΣRG1, ΣP zu ΣRG2 und ΣP zu ΣETR 

für den Markungsgraben 1.11.1988 bis 31.10.2003 

Aus den in Abb. 6-12 bzw. Abb. 6-13 dargestellten Ergebnissen lassen sich die 

nachfolgenden Thesen über die Auswirkungen des Borkenkäferbefalls auf den 

Wasserhaushalt im Markungsgraben formulieren: 

• Ein Einfluss ist erst ab 20% Anteil Schadflächen in zusammenhängenden Arealen 

signifikant nachweisbar! 

• Einfluss verläuft in drei Phasen: 

o Phase 1 unbeeinflusst (Referenzwerte) bis 1996 

o Phase 2 Schock schnelles Absterben großer Areale (wenige Jahre) 

o Phase 3 Alternativvegetation ab 2001 

• In Phase 2 (Anstieg Schadflächen von 20 auf 80%) 

o ETR verringert sich auf 39% des Referenzwertes 

o R steigt auf 135% des Referenzwertes an 

o Abfluss beschleunigt sich, da Anteil RD überproportional steigt 

o RD steigt auf 162% des Referenzwertes 

o RG1 steigt auf 125% des Referenzwertes 

o RG2 steigt auf 132% des Referenzwertes 

• In Phase 3 (Anstieg Schadflächen nur noch sehr langsam auf 85%) 

o ETR steigt wieder auf 78% des Referenzwertes an 

o R sinkt auf 112% des Referenzwertes ab 

o Aber: Abflussbeschleunigung bleibt! 

o RD steigt noch leicht weiter auf 170% des Referenzwertes 

o (RG1 + RG2) haben zusammen wieder Ausgangsniveau aber RG1 fällt auf 

74% zurück und RG2 steigt noch leicht weiter auf 136% 

Das Absterben des Fichtenbestandes erzeugt offensichtlich eine nicht nur kurzfristige 

Veränderung im Bodenwasserhaushalt und im Abflusskomponentenregime. 

RG2 

RD 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Anteil Totholzflächen am Einzugsgebiet in %



Der Zeitraum der Phase 3 ist insgesamt relativ kurz, so dass eine Beurteilung des 

sich nach dem Fichtensterben einstellenden mittleren Wasserhaushalt noch unsicher 

ist. Für die Phase 3 sollten die Datenreihen bei weiterführenden Untersuchungen 

noch um mindestens drei bis fünf Jahre verlängert werden, um die Aussagen 

der Trendanalyse zu stabilisieren. 

Als nächstes Gebiet wurde der Forellenbach einer Trendanalyse unterzogen. Der 

Gebietsniederschlag zeigt erwartungsgemäß ein mit dem Markungsgraben vergleichbaren 

Trend, welcher gleichfalls bereinigt wurde. 

Summe P in mm 

25000 

20000 

15000 

10000 

5000 

0 

Summe P trendbeeinflusste Periode 

Summe P trendbereinigt mm 

Summe P Referenzperiode 


Linear (Summe P trendbeeinflusste Periode) 

Linear (Summe P trendbereinigt mm) 

Linear (Summe P Referenzperiode) 

P = 4,053 . t 

R 2 = 0,993 

Trendanalyse Niederschlag Forellenbach 

1.11.1990 bis 31.10.2003 

P = 4,872 . t - 1060,4 

R 2 = 0,9944 

P = 4,053 . t 

R 2 = 0,9919 

0 500 1000 1500 2000 2500 

Zeit in Tagen 

3000 3500 4000 4500 

0 

5000 

Abb. 6-14: Trendanalyse für den Gebietsniederschlag im Forellenbach 

Summe Q und ETR um P-Trend bereinigt 

12000 

9000 

6000 

3000 

0 

Summe Q um P-Trend bereinigt in mm 



Kein signifikanter Trend bei Abfluss 

und Verdunstung nachweisbar 

ΣQ = 0,5746 . ΣP 

R 2 = 0,9993 

ΣETR = 0,4241 . ΣP 

R 2 = 0,9988 

0 2500 5000 7500 10000 12500 

Summe P trendbereinigt 

15000 17500 

0 

20000 

Abb. 6-15: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣQ und ΣP zu ΣETR Forellenbach 1.11.1990 bis 

31.10.2003 

Wie die Abb. 6-15 und Abb. 6-16 zeigen, ist im Forellenbach ein signifikanter Trend 

nicht nachweisbar. Der insgesamt deutlich geringere Anteil an Totholzflächen und 

das im Gegensatz zum Markungsgraben, wie Abb. 3-2 zeigt, Fehlen großer zusammenhängender 

Areale mit abgestorbenen Fichten, führt trotz Schädigung von 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Anteil der Totholzflächen in % 

Anteil Totholzflächen in %



annähernd 40% der Fläche offensichtlich nicht zu einem verändertem Gebietswasserhaushalt. 

Summe in mm 

9000 

8000 

7000 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

Summe QG2 um P-Trend bereinigt in mm 

Summe QG1 um P-Trend bereinigt in mm 

Summe QD um P-Trend bereinigt in mm 



Kein signifikanter Trend 

nachweisbar 

ΣETR = 0,4241 . ΣP 

R 2 = 0,9988 

ΣRG2 = 0,2443 . ΣP 

R 2 = 0,9961 

ΣRG1 = 0,2025 . ΣP 

R 2 = 0,9956 

ΣRD = 0,1285 . ΣP 

R 2 = 0,9986 

0 

0 

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 20000 


Abb. 6-16: Doppelsummenkurven ΣP zu ΣRD, ΣP zu ΣRG1, ΣP zu ΣRG2 und ΣP zu ΣETR 

Forellenbach 1.11.1990 bis 31.10.2003 

Tab. 6-4: Vergleich der mittleren Anteile von Verdunstung und den Abflusskomponenten 

am Gebietsniederschlag im Zeitraum 1.11.1990 - 31.10.1996 (Referenzperiode) 

Phase 1 

Forellenbach 


RD = 12 % von P 

RG1 = 22 % von P 

RG2 = 22 % von P 

Fazit: 

Phase 1 



RD = 13 % von P 

RG1 = 32 % von P 

RG2 = 19 % von P 

Es lassen sich deutliche Unterschiede im Wasserhaushalt eines gering und eines 

stark vom Borkenkäfer befallenen Gebietes feststellen und quantifizieren. 

Ob eine Beeinflussung erkennbar ist, hängt offenbar von der Überschreitung eines 

Mindestflächenanteils zusammenhängender Totholzflächen ab. 

Wie Tab. 6-4 zeigt, ist auch in der Referenzperiode der Wasserhaushalt zwischen 

Forellenbach und Markungsgraben deutlich verschieden. 

Im Markungsgraben ist der Anteil der Verdunstung geringer (Höhenlage). 

Der Anteil schnellerer Komponenten (RD und RG1) ist im Markungsgraben mit 

zusammen 45% von P deutlich höher als im Forellenbach mit 34% von P. Da die 

Geologie beider Gebiete sehr ähnlich ist, dürften hierfür primär morphologische 

Effekte eine Rolle spielen. Das Gefälle ist im Markungsgraben deutlich höher als 

im Forellenbach. Die Gebietsform beider Gebiete unterscheidet sich stark (Markungsgraben 

nahezu rund, Forellenbach extrem schmal und langgezogen). 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

Anteil Totholzflächen am Einzugsgebiet in %



7 Isotopenhydrologische Analysen 

7.1 Verweilzeitdatierung 

Insgesamt lagen zur Verweilzeitdatierung des langsamen Grundwasserabflusses 

RG2 38 Altproben aus den Jahren 1990 und 1991 vor sowie 50 Proben aus der 

Bearbeitungsphase des Vorhabens von 2002 bis 2004. Weiterhin wurden 25 

Messwerte von GW-Proben verwendet. 

Die Bestimmung der mittleren Verweilzeit erfolgte unter Nutzung des Umweltisotops 

Tritium. Dafür wurden in Trockenwetterabflüssen, bei denen davon ausgegangen 

werden kann, dass der Abfluss Qout(t) nur noch aus RG2 besteht, und die 

gemessenen Tritiumkonzentration cout(t) der Tritiumkonzentration des GW- 

Speichers SG2 entspricht. Als Inputkonzentration cin(t) muss der Tritiumgehalt im 

Systeminput Qin(t) (z.B. Niederschlag oder Grundwasserneubildung) gemessen 

werden. Aus den bekannten In- und Outputdaten kann dann mittels einer inversen 

Methode als Impulsantwort die Verweilzeitverteilungsfunktion berechnet werden, 

aus deren Schwerpunkt dann die mittlere Verweilzeit tM berechnet werden kann. 

Das prinzipielle Vorgehen zeigt Abb. 7-1 bzw. Abb. 7-2. 

System: GWL 

Q Qin(t) in(t) in(t) C Cin(t) in(t) in(t) 

Wasservolumen V 

Austauschrate Q 

Mittlere Verweilzeit t M 

Tracerhydrologische 

Systemanalyse 

Mittlere Verweilzeiten - Grundlagen 

0.6 

0.5 

0.4 

0.3 

0.2 

0.1 

0.0 

Q = Q = Q 

mit 

in out 

g(τ) 

Q Qout(t) out(t) out(t) 

C Cout(t) out(t) out(t) 

V 

t M = 

Q 

Inverse Bestimmung: 

Impulsantwort des 

Systems 

= Verweilzeitverteilungsfunktion 

g(τ) eines 

mathematischen 

Fließmodells 

Schwerpunkt S = t M 

Kein Alter, keine Abstandsgeschwindigkeit 

! 

DM Dispersionsmodell tquer = 6 a t M = 6a 

EM Exponentialmodell tquer = 6 a t M = 6a 

0 5 10 15 Verweilzeit τ 20 

Abb. 7-1: Prinzip der inversen Methode zur Bestimmung der mittleren Verweilzeit



Bestimmung mittlerer Verweilzeiten des langsamsten Abflussanteils 

Methode Wasser- und Isotopentransport 

ungesättigte Zone (AKWA-M / ISOFLOW) 

Tracerhydrologische 

Systemanalyse 

auf Basis von 

Tritium ( 3 H) 

Bsp.: 

Exponential- 

Impulsantwort 

( ) ⎟ 1 ⎛ τ ⎞ 

g( 

τ ) = ⋅exp 

⎜ 

⎜− 

tM 

⎝ t 

⎟ 

M ⎠ 

⎟ 

1 ⎛ τ ⎞ 

g τ = ⋅exp 

⎜ 

⎜− 

tM 

⎝ tM 

⎠ 

C P (t) 

C in 

( t ) 

Inverse Bestimmung von Gebietseigenschaften, z.B. t M 

( t) 

= ∫C ( t −τ 

) ⋅g( 

τ ) ⋅ ( − λ ⋅τ 

) dτ 

∞ 

( t) 

= ∫C ( t −τ 

) ⋅g( 

τ ) ⋅exp( 

− λ ⋅τ 

) dτ 

∞ 

exp 

C out 

in 

0 

Abb. 7-2: Bestimmung der mittleren Verweilzeit der langsamen Komponente RG2 

C out 

Für die Berechnung der mittleren Verweilzeit der Komponente RG2 ist die Bestimmung 

einer Tritiuminputfunktion cin(t) notwendig. Ausgangspunkt sind die im Niederschlag 

gemessenen Tritiumkonzentrationen cp(t) seit 1953. Als Niederschlags- 

Inputfunktion wurde ein gewichtetes Mittel von Freiberg (70%) und Regensburg 

(30%) verwendet, welches den Tritiuminput in der Untersuchungsregion ausgehend 

von der mittleren räumlichen Verteilung der Tritiumkonzentrationen im Niederschlag 

über Europa sehr gut abbildet. Da dieses Niederschlagswasser nicht 

unmittelbar in den Grundwasserbereich gelangen kann, muss mittels geeigneter 

Modelle der Bodenwasserhaushalt berechnet werden. Dafür wurde das an der TU 

Dresden entwickelte Modell AKWA-M (MÜNCH 1994) in Kombination mit dem 

Isotopentransportmodell ISOFLOW (HEIDENREICH, 1997) verwendet. Bei der 

Passage des Niederschlagswassers durch den Bodens wird die Tritiumkonzentration 

aufgrund der Speicherprozesse verändert. Der Austrag aus der Bodenzone 

wird als GWN aufgefasst, wobei diese nicht mehr in allen Monaten auftritt und somit 

die Tritium-Inputfunktion in das Grundwasser Lücken aufweist. Die Tritium – 

Inputfunktion zur Altersdatierung der Grundwasserkomponente RG2 liegt für alle 

Untersuchungsgebiete vor. Wie die Abb. 7-3 bzw. Abb. 7-4 für den Markungsgraben 

bzw. Abb. 7-5 für die Große Ohe zeigen, ist der Tritiumeintrag in das Grundwasser 

zum Zeitpunkt des „Bombenpeaks“ infolge der dämpfenden Wirkung des 

Bodens und wegen der relativ trockenen Jahre 1962 bis 1963 mit vielen Monaten 

ohne GWN bei weiten nicht so hoch wie im Niederschlag. Würde diese Tatsache 

nicht berücksichtigt, entstünden falsche Verweilzeitdatierungen. 

( t )



Tritiumgehalt in TU 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

Grundwasserneubildung GWN in mm 

Tritium im Niederschlag 

Tritium in der GWN 

Feb. 60 

Jun. 60 

Nov. 60 

Apr. 61 

Aug. 61 

Jan. 62 

Jun. 62 

Nov. 62 

Mrz. 63 

Aug. 63 

Jan. 64 

Jun. 64 

Okt. 64 

Mrz. 65 

Aug. 65 

Dez. 65 

Mai. 66 

Okt. 66 

Mrz. 67 

Jul. 67 

Dez. 67 

Mai. 68 

Okt. 68 

Feb. 69 

Jul. 69 

Dez. 69 

Mai. 70 

Sep. 70 

Feb. 71 

Jul. 71 

Nov. 71 

Apr. 72 

Sep. 72 

Feb. 73 

Jun. 73 

Nov. 73 

Apr. 74 

Sep. 74 

Abb. 7-3: Tritium im Niederschlag und in der GWN Markungsgraben „Bombenpeak“ 

Abb. 7-4: Tritium im Niederschlag und in der GWN Markungsgraben Gesamtzeitraum 

0 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

160 

180 

200 

Grundwasserneubildung in mm



Tritiumkonz. [T.U.] 

6000 

5000 

4000 

3000 

2000 

1000 

0 

Abb. 7-5: Tritium im Niederschlag und in der GWN im Gebiet Große Ohe „Bombenpeak“ 

Wenn alle Inputfunktionen berechnet sind, wird mittels der inversen Methodik die 

Verweilzeitbestimmung mit Lumped-Parameter-Modellen, welche z.B. mit MULTIS 

(RICHTER & SZYMCZAK, 1995) berechnet werden können, vorgenommen. Vorteil 

der Lumped-Parameter-Modelle ist, dass der natürliche Grundwasserleiter (GWL) 

mit meist nur aufwendig bestimmbaren Parametern durch einen Modell-GWL mit 

definierten Eigenschaften und wenigen Modellparametern ersetzt wird. Um der 

Vielfalt der hydrogeologischen Verhältnisse gerecht zu werden, steht eine Reihe 

von verschiedenen Lumped-Parameter-Modellen zur Auswahl. Genannt seien hier 

nur zwei der Grundmodelle: Exponential- und Linearmodell, die für natürliche 

Flusseinzugsgebiete häufig in Frage kommen. Abb. 7-6 zeigt schematisch die 

Strömungsverhältnisse von 2 Grundwasserleitern, die den genannten Fließmodellen 

entsprechen. 

GWN 

6002 

6006 

6010 

6102 

6107 

6111 

6203 

6207 

6211 

6304 

6308 

6312 

6404 

6409 

6501 

6505 

6509 

6602 

6606 

6610 

6702 

6707 

6711 

6803 

6807 

6811 

6904 

6908 

6912 

7004 

7009 

7101 

7105 

7109 

7202 

7206 

7210 

7302 

7307 

7311 

7403 

7407 

Fall 1 

GWN in mm 

Tritium in der GWN 

GWN 

Tritium im in der Nieder- GWN 

schlag 

GWN in mm 

Tritium im Niederschlag 

Zeit [JJMM) 

Fall 2 

Abb. 7-6: Schematisierte, durch Lumped-Parameter-Modelle abgebildete Fließzustände 

in Grundwasserleitern; bei Beprobung im Vorfluter (a) und Fließverhalten nach 

Fall 1: Verweilzeitbestimmung mit Exponentialmodell oder im Fall 2: mit Linearmodell 

[nach MALOSZEWSKI & ZUBER (1982); überarbeitet] 

Als Verweilzeitverteilungsfunktion ergab in allen Fällen das Exponentialmodell eine 

plausible Anpassung. In einigen Fällen konnte diese Anpassung noch verbessert 

werden mit einer Parallelschaltung ELMp von einem Exponentialmodell EM mit 

einem Linearmodell LM. Für das Linearmodell wurde eine mittlere Verweilzeit von 

0,1a festgelegt. Der in der Tab. 7-1 genannte % - Wert gibt den Anteil des LM am 

Gesamtumsatz an. Die mittlere Verweilzeit dieses kombinierten Modells ergibt sich 

als gewichtetes Mittel (Beispiel Große Ohe: 0,1a * 15% + 21a * 85% = 17,9a). Bei 

0 

20 

40 

60 

80 

100 

120 

140 

160 

180 

200 

GWN [mm]



der Tritiummethode ist es typisch, dass wenn nur Messwerte für den Output im 

Bereich um das Jahr 2000 vorliegen, die inverse Methode mehrere gleichgut angepasste 

Lösungen anbietet. Ursache ist, dass sich Outputganglinien sowohl relativ 

kurzer als auch relativ langer Verweilzeiten in den 90-ziger Jahren schneiden. 

Tab. 7-1 beinhaltet deshalb meist alternativ die zwei besten von MULTIS berechneten 

Lösungen. Hier ist dann durch den Bearbeiter zu bewerten, welche Lösung 

realistisch ist. Betrachten wir dazu den Markungsgraben, welcher mit Messwerten 

von 1990 – 1991 die beste Datenbasis besitzt. Das EM weist eine Verweilzeit von 

8 bzw. 50 Jahren aus (siehe Abb. 7-8). Bei einem mittleren jährlichen Grundwasserabfluss 

RG2 von ca. 500 mm müsste das Gebiet einen Umsatzraum von entweder 

4.000 oder 25.000 mm aufweisen. Bei einer drainablen Porosität von geschätzt 

2 bis 3% im anstehendem Festgestein würde der Herkunftsraum von RG2 

ca. 190 bzw. 1000 m Mächtigkeit aufweisen. Ersteres ist vorstellbar, das Zweite ist 

hydrologisch nicht plausibel. In der Tab. 7-1 sind die ausgewählten Varianten hellgrau 

hervorgehoben. 

Die berechnete mittlere Verweilzeit von 8 Jahren für die langsamste Grundwasserabflusskomponente 

im Markungsgraben liegt etwas über dem Wert von ca. 4 Jahren, 

welcher für die Retention von Nitrat im Grundwasser dieses Gebietes genannt 

wird (LfW et al., 2004). Nitrat ist kein konservativer Tracer, da es im Grundwasser 

ggf. auch einem Abbau unterliegen kann. Deshalb ist ein Vergleich derartiger Werte 

nicht unproblematisch. Zum besseren Verständnis, sei an dieser Stelle die berechnete 

mittlere Verweilzeit etwas näher interpretiert. Die in der Abb. 7-8 dargestellten 

Tritium-Messwerte im Grundwasserabfluss weisen einen Messfehler von 

ca. ± 0,7 TU auf. Die Verweilzeit beträgt unter Berücksichtigung dieses Fehlers 8 

Jahre ± 1 Jahr. Mittlere Verweilzeiten im Bereich von 4 Jahren lassen sich auf 

Basis der gemessenen Tritiumgehalten mit keinem Verweilzeitverteilungsmodell 

berechnen. 

Der Fehler bei einer Verweilzeitberechnung auf Nitrat-Basis dürfte deutlich größer 

sein, da die Bestimmung des Nitrateintrags in den Grundwasserkörper aufgrund 

des sehr komplexen Stickstoffumsatzprozesses in der Bodenzone wesentlich 

schwieriger ist als die Berechnung des Tritiumeintrags. 

0,3 

0,2 

0,1 

EM 4 a 

EM 8 a 

EM 50 a 

Verweilzeit in a 

0 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 

100% 

90% 

80% 

70% 

60% 

50% 

40% 

30% 

20% 

Summe EM 4a 

Summe EM 8a 

Summe EM 50a 

10% 

Verweilzeit in a 

0% 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 

Abb. 7-7: Beispiele für Verweilzeitverteilungsfunktionen (links) des Exponentialmodells 

und deren Summenkurven (rechts)



Allein die mittlere Verweilzeit anzugeben, reicht für praktische Belange meist nicht 

aus. Anwenderfreundlicher ist dagegen die Darstellung der Verweilzeitverteilungsfunktion 

und ihrer Summenlinie. Während erstere (Abb. 7-7 linkes Bild) die Antwort 

des Exponentialmodells auf ein normiertes Eingangssignal zeigt, lässt sich aus der 

Summenlinie (Abb. 7-7 rechtes Bild) direkt erkennen, welcher kumulative Anteil 

des Eingangssignals welche Verweilzeit hat bzw. nach welcher Zeit das System 

verlässt. Beim Beispiel mit der mittleren Verweilzeit von 4 Jahren haben demnach 

nach 10 Jahren ca. 80% von RG2 das Einzugsgebiet verlassen bzw. sind durch 

jüngeres Wasser ersetzt worden. Bei einer mittleren Verweilzeit von 8 Jahren wären 

analog dazu nach 10 Jahren ca. 70% erneuert. Dieser Unterschied ist nicht 

sehr groß. Die Abb. 7-7 zeigt auch sehr schön, dass eine mittlere Verweilzeit von 

50 Jahren, welche die Tritiummethode als zweite Lösungsmöglichkeit anbietet (vgl. 

Tab. 7-1) nicht plausibel ist. Nach 10 Jahren sind noch nicht einmal 20% des 

Grundwassers ausgetauscht. D.h. sowohl die Anreicherung als auch der Rückgang 

von Nitrat im Grundwasser infolge des Waldsterbens würden deutlich langsamer 

als in der Realität verlaufen. 

Tritiumgehalt in TU 

1000 

100 

10 

1 

Jan 53 

Jan 56 

Jan 59 

Jan 62 

Jan 65 

Jan 68 


Jan 71 

50a 

EM 8a 

Output_meas 

EM 50a 

Jan 74 

Abb. 7-8: Berechnete Tritiumkonzentrationen im langsamen Grundwasserabfluss RG2 im 

Markungsgraben im Vergleich mit Messwerten 

Jan 77 

Jan 80 

8a 

Jan 83 

Jan 86 

Jan 89 

Jan 92 

Jan 95 

Jan 98 

Jan 01 

Jan 04



Tab. 7-1: Ergebnisübersicht mittlere Verweilzeiten der langsamen GW-Komponente RG2 

der EG Große Ohe und TS Frauenau



Im Herbstriegel / Kleiner Regen zeigt das EM keine sehr gute Nachbildung der 

Messwerte (Abb. 7-9). An dieser Stelle ist anzumerken, dass die Messwerte sehr 

eng beieinander liegen und ggf. wegen des sehr niederschlagsreichen Klimas der 

Untersuchungsregion nicht bei jeder Probe Gewissheit herrscht, dass es sich wirklich 

nur um Grundwasserabfluss ohne Beimischung jüngerer schneller Abflusskomponenten 

handelt. Mehrmonatige Perioden ohne GWN, wie sie für viele Regionen 

in Mitteleuropa an sich typisch sind treten, wie die DIFGA - Analysen zeigen, 

in der Untersuchungsregion nicht auf. Vor diesem Hintergrund wurde mit dem 

ELMp gerechnet. Für ein Modell mit 35% sehr jungem Wasser (tM = 0,1a) und 65% 

Wasser mit (tM = 15,5 a) ergibt sich, wie die Abb. 7-10 zeigt, eine wesentlich bessere 

Anpassung an die Messwerte. Die mittlere Verweilzeit für diesen Ansatz beträgt 

dann 10,1a und liegt in der gleichen Größenordnung wie bei der Anwendung eines 

reinen EM (9,5 a). 

Die Ergebnisse für die weiteren Gebiet zeigen die Abbildungen Abb. 7-11 bis Abb. 

7-16. Die dargestellten Messwerte bzw. Ganglinien der Tritiumkonzentration sind 

stets in der Maßeinheit TU. 

1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

10 

1 

Jan 97 

Jan 53 

Jan 56 

Jul 97 

Jan 59 

Jan 98 

Jan 62 

Jul 98 

Jan 65 

Jan 99 

Herbstriegel/Kleiner Regen 

Jan 68 

Jan 71 

Jul 99 

Jan 74 

Jan 00 

Jan 77 

Jul 00 

Jan 80 

Jan 01 

Jan 83 

Jul 01 

Jan 86 

Jan 89 

Jan 02 

Jan 92 

Output_meas 

EM 9.5a 

EM 73a 

Jan 95 

Jan 98 

Output_meas 

EM 9.5a 

EM 73a 

Abb. 7-9: Berechnete Tritiumkonzentrationen (EM) im langsamen Grundwasserabfluss 

RG2 im Herbstriegel / Kleiner Regen im Vergleich mit Messwerten 

Jul 02 

Jan 03 

Jul 03 

Jan 01 

Jan 04 

Jan 04



10000 

30 

25 

20 

15 

10 

1000 

5 

100 

10 

1 

Jan 97 

Jan 53 

Jul 97 

Jan 56 

Jan 59 

Jan 98 

Jan 62 

Jul 98 

Jan 65 

Jan 99 

Herbstriegel/Kleiner Regen 

Jan 68 

Jul 99 

Jan 71 

Jan 74 

Jan 00 

Jan 77 

Jul 00 

Jan 80 

Jan 01 

Jan 83 

Jul 01 

Output_meas 

ELMp_15.5a/0.1a,35% 

ELMp_48a/0.1a, 35% 

Jan 86 

Jan 89 

Jan 92 

Jan 95 

Output_meas 

Jan 02 

Jul 02 

Jan 03 

Jan 98 

Jul 03 

Jan 01 

ELMp_15.5a/0.1a,35% 

ELMp_48a/0.1a, 35% 

Abb. 7-10: Berechnete Tritiumkonzentrationen (ELMp) im langsamen Grundwasserabfluss 

RG2 im Herbstriegel / Kleiner Regen im Vergleich mit Messwerten 

Jan 04 

Jan 04



1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Jan 53 

Jan 56 

Jul 98 

Jan 59 

Jan 99 

Jan 62 

Jul 99 

Jan 65 

Rachelhütte / Keiner Regen 

Jan 68 

GW-Input 

Jan 71 

Output_meas 

EM 6.5a 

Jan 00 

Jul 00 

Jan 74 

Jan 01 

Jan 77 

Jan 80 

Jan 83 

Jan 86 

Jan 89 

Jan 92 

GW-Input 

Output_meas 

EM 6.5a 


RG2 im Gebiet Rachelhütte / Kleinen Regen im Vergleich mit Messwerten im 

Grundwasserabfluss und der berechneten Tritiumkonzentration im GW-Input 

Jul 01 

Jan 02 

Jul 02 

Jan 03 

Jul 03 

Jan 95 

Jan 98 

Jan 04 

Jan 01 

Jul 04 

Jan 04



1000 

30 

25 

20 

15 

10 

100 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Ja 

n 

53 

Ja 

n 

56 

Jul 98 

Ja 

n 

59 

Jan 99 

Ja 

n 

62 

Jul 99 

Ja 

n 

65 

Rachelhütte Kleiner 

Regen 

Ja 

n 

68 

GW-Input 

Ja 

n 

71 

Output_meas 

Ja 

n 

74 

Ja 

n 

77 

ELMp 7.5a/0.1a, 8% 

Jan 00 

Jul 00 

Jan 01 

Ja 

n 

80 

Ja 

n 

83 

Ja 

n 

86 

Ja 

n 

89 

GW- 

Input Output_me 

as ELMp 7.5a/0.1a, 

8% 


RG2 im Gebiet Rachelhütte / Kleinen Regen im Vergleich mit Messwerten im 

Grundwasserabfluss und der berechneten Tritiumkonzentration im GW-Input 

Jul 01 

Jan 02 

Jul 02 

Jan 03 

Ja 

n 

92 

Jul 03 

Ja 

n 

95 

Ja 

n 

98 

Jan 04 

Ja 

n 

01 

Jul 04 

Ja 

n 

04



1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Jan 53 

Jan 56 

Jul 98 

Jan 59 

Jan 99 

Jan 62 

Jan 65 

Jan 68 

GW-Input 

Output_meas 

Jan 71 

Jan 74 

Große Ohe 

Jan 77 

ELMp-03 17a/0.1a 10% 

Jul 99 

Jan 00 

Jul 00 

Jan 01 

Jan 80 

Jan 83 

Jan 86 

GW-Input 

Output_meas 

ELMp-03 17a/0.1a 10% 


RG2 in der Großen Ohe Pegel Taferlruck im Vergleich mit Messwerten 

Jul 01 

Jan 02 

Jul 02 

Jan 89 

Jan 03 

Jan 92 

Jul 03 

Jan 95 

Jan 98 

Jan 04 

Jan 01 

Jul 04 

Jan 04



1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Jan 53 

Jan 56 

Jul 98 

Jan 59 

Jan 99 

Jan 62 

Jul 99 

Jan 65 

Jan 68 

Jan 71 

GW-Input 

Jan 74 

Output_meas 

EM -03 14.5a 

Jan 00 

Jul 00 

Große Ohe 

Jan 01 

Jan 77 

Jan 80 

Jan 83 

Jan 86 

Jan 89 

GW-Input 

Output_meas 

EM -03 14.5a 


RG2 in der Großen Ohe Pegel Taferlruck im Vergleich mit Messwerten 

Jul 01 

Jan 02 

Jul 02 

Jan 03 

Jan 92 

Jul 03 

Jan 95 

Jan 98 

Jan 04 

Jan 01 

Jul 04 

Jan 04



1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Jan 53 

Mai 98 

Jan 56 

Sep 98 

Jan 59 

Jan 99 

Jan 62 

Mai 99 

Jan 65 

Sep 99 

Jan 68 

Jan 00 

Output_meas 

EM_15a 

Mai 00 

Jan 71 

Sep 00 

Forellenbach 

Jan 74 

Jan 77 

Jan 80 

Jan 83 

Output_meas 

EM_15a 

Jan 01 

Mai 01 


RG2 im Forellenbach im Vergleich mit Messwerten 

Sep 01 

Jan 02 

Jan 86 

Mai 02 

Sep 02 

Jan 89 

Jan 03 

Jan 92 

Mai 03 

Jan 95 

Sep 03 

Jan 98 

Jan 04 

Jan 01 

Mai 04 

Jan 04 

Sep 04



1000 

100 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

10 

1 

Jan 98 

Jan 53 

Mai 98 

Jan 56 

Sep 98 

Jan 59 

Jan 99 

Jan 62 

Mai 99 

Jan 65 

Jan 68 

Output_meas 

Jan 71 

Forellenbach 

ELMp_17a/0.1a 9% 

Jan 74 

Output_meas 

Jan 77 

ELMp_17a/0.1a 9% 

Sep 99 

Jan 00 

Mai 00 

Sep 00 

Jan 01 

Mai 01 


RG2 im Forellenbach im Vergleich mit Messwerten 

In SCHWARZE 1995, 2004 wurden in der Erzgebirgsregion mehr als 50 Einzugsgebiete 

mit der Tritium-Verweilzeitanalyse untersucht. Es zeigte sich ein enger 

Zusammenhang zwischen Verweilzeit und mittlerer Jahresniederschlagssumme, 

wenn die Ergebnisse nach der im Einzugsgebiet vorherrschenden Lithofazieseinheit 

gruppiert wurden. Grundsätzlich nimmt die mittlere Verweilzeit bei ansteigender 

P-Summe ab (höhere Austauschrate). Der Zusammenhang ist in der Abb. 7-17 

dargestellt. Die berechneten mittleren Verweilzeiten wurden den langjährigen mittleren 

Jahresniederschlagssummen 1980 – 2004 (vgl. Tab. 4-5) gegenübergestellt. 

Diese Niederschläge weichen von den in den Ergebnisstabellen der DIFGA - 

Analysen (z.B. Tab. 6-2 und Tab. 6-3) genannten Werten ab, da bei der Ganglinienanalyse 

der Analysezeitraum nicht mit dem Zeitraum 1980 – 2004 deckungsgleich 

war. Für die in der Untersuchungsregion im Bayerischen Wald vorkommenden 

Niederschlagssummen und für die dortige hydrogeologische Situation (Gneis, 

Granit) waren demnach mittlere Verweilzeiten zwischen 6 und 12 Jahren zu erwar- 

Jan 80 

Sep 01 

Jan 83 

Jan 02 

Jan 86 

Mai 02 

Sep 02 

Jan 89 

Jan 03 

Jan 92 

Mai 03 

Jan 95 

Sep 03 

Jan 98 

Jan 04 

Jan 01 

Mai 04 

Jan 04 

Sep 04



ten. Die Einzugsgebiete Herbstriegel / Kleiner Regen, Rachelhütte / Kleiner Regen 

und Markungsgraben liegen in diesem Bereich. Die Große Ohe und der Forellebach 

weisen mit Verweilzeiten bei 15 Jahren leicht höhere Werte als erwartet auf. 

Ursachen für dieses Phänomen konnten zunächst nicht gefunden werden. Die 

Tab. 7-2 stellt wesentliche Ergebnisse der kombinierten Anwendung von DIFGA 

und tritiumbasierter Verweilzeitdatierung zusammen. 

t M in a 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

Gebiete im Erzgebirge 

0 

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 

P in mm/a 

Glimmerschiefer/Phyllit 

Gneis/Magmatisches Ergussgestein 

Löß 

Forellenbach 

Magmatisches Tiefengestein 

Molasse Rotliegendes 

Gebiete im Bayerischen Wald 

Große Ohe 

Herbstriegel / 

Kleiner Regen 


Gneis 

Rachelhütte / 

Kleiner Regen 

Abb. 7-17: Vergleich der mittleren Verweilzeit des Grundwasserabflusses RG2 von Einzugsgebieten 

im Bayerischen Wald und im Erzgebirge 

Tab. 7-2: Anteile und mittlere Verweilzeiten der Komponente RG2 in der Untersuchungsregion 

Gebiet 

Herbstriegel / 

Kleiner Regen 

Rachelhütte / 

Kleiner Regen 

P in mm/a 

1980-2004 

P in mm/a 

DIFGA 

RG2 in 

mm/a 

RG2 in 

% von P DIFGA 

Granit 

TM in a 

1858 1622 380 23 9,5 

1958 2054 376 18 6,5 

Große Ohe 1670 1665 296 18 14,5 

Markungsgraben 1800 1867 398 21 8,0 

Forellenbach 1630 1710 419 25 15,0



7.2 Analyse von Direktabflussanteilen 

Neben der Anteilsbestimmung und der Verweilzeitanalyse für die langsamste Abflusskomponente 

RG2 wurden im Markungsgraben und im Forellenbach für ein 

Hochwasserereignis eine isotopenhydrologische Direktabflussseparation vorgenommen. 

Der Abfluss im Hochwasserfall wird dabei in die zwei Anteile Ereigniswasser 

(direkt abfließendes Niederschlagswasser) QQD mit der Tracerkonzentration 

des Niederschlagswassers Cp und Vorereigniswasser QQG mit der Tracerkonzentration 

CQG unterschieden. Der Wert für CQG ist identisch mit der Konzentration 

des betrachteten Tracers im Bachwasser vor Ereignisbeginn. Das Prinzip ist in 

Abb. 7-18 ersichtlich. 

Beprobung von 

N-A-Ereignissen 

auf 18 O 

2-Komponenten- 

Mischungsmodell 

zur 

Direktabfluss- 

bestimmung 

Bestimmung des schnellsten Abflussanteils 

Input: Hochaufgelöste Messwerte von Niederschlag P 

Durchfluss Q sowie Tracerkonzentration C Q und C P 

Arbeitssschritt Ergebnis Nutzung 

Definition: 

• C QD = C P 

Aufteilung in 

• C Anteil 

QG = C CQ(Vor-Ereignis) Q(Vor-Ereignis) 

unbelastete 

• C CNiederschlags P und C CQG QG während des Ereignisses konstant 

und potentiell 

wasser 

salinar belastete 

Bedingungen: an 

Abflussanteile 

• C P PHW-Ereignis und C Q unterscheiden sich deutlich 

(„Ereignis- 

Parameter 

wasser“) Q = Q QD + Q QG Durchflusskontinuität 

Salzlaststeuermodell 

Q • C Q = Q QD • C P + Q QG • C QG Stoffkontinuität 

(Abstoß Stapelbecken) 

QD Er C Q − C QG = 

Q C − C 

P 

QG 

Abb. 7-18: Prinzip der isotopenhydrologischen Direktabflussseparation 

Für die Direktabflussseparation konnte in den Einzugsgebieten Markungsgraben, 

Forellenbach und Große Ohe eine Hochwasserganglinie im Zeitraum 22.9. bis 

30.9.2004 beprobt werden. Gemessen wurde das Isotop Sauerstoff -18. Der 

hochwasserauslösende Niederschlag fiel primär im Zeitraum 22.9.04 10:00 Uhr bis 

23.9.04 5:00 Uhr. In diesem Zeitraum fielen ca. 65 mm Niederschlag mit zwei Intensitätsmaxima 

und erzeugten eine zweigipflige Durchflussganglinie. Die Konzentration 

im Niederschlag ist in der Tab. 7-3 als Abweichung vom Standard 

VSMOW zusammengestellt. Die Konzentration im Grundwasser bei Ereignisbeginn 

lag an der GW-Messstelle Schachtenebene bei Delta 18 O = –11,25 VSMOW 

und an der GW-Messstelle Forellenbuchet bei Delta 18 O = -10,83 VSMOW. Die 

Konzentration im Grundwasser hat sich während des Ereignisses nicht verändert. 

Die Konzentration im Bachwasser lag vor Ereignisbeginn mit Delta 18 O = -10,99 

VSMOW genau im Bereich der GW-Messungen, d.h. es kann davon ausgegangen



werden, dass vor Niederschlagsbeginn am 22.9.04 der Oberflächenabfluss primär 

aus Grundwasser gespeist wurde. Infolge der Mischung von direkt abfließenden 

Niederschlagswasser mit bereits im Gebiet vorhandenem Wasser im Verlaufe der 

HW-Welle stieg im Oberflächenwasser der Sauerstoff-18 Gehalt je nach Einzugs- 

gebiet auf Delta 18 O -8,5 bis –8,1 VSMOW im Bereich des Scheitels an. Im 

Rückgang der Welle wurde die Beprobung fast bis zum Erreichen des Ausgangsniveaus 

fortgesetzt. Im Forellenbach konnte mittels automatischer Beprobung ein 

Probenabstand von einer Stunde und im Markungsgraben durch volumenproportionale 

Beprobung eine Probenahme pro 400m³ Durchflussmenge erreicht werden. 

Für die Große Ohe existieren nur 6 Einzelproben etwa in einem Abstand von 24 

Stunden. Diese Proben reichten aber aus, um einen stabilen Zusammenhang zwischen 

den zeitgleichen Messwerten in der Ohe als auch im Markungsgraben und 

Forellenbach zu erstellen (siehe Abb. 7-19), mit dessen Hilfe zwischen den Terminmessungen 

bei der Ohe die Ganglinie des 18 O-Gehalts im Abfluss interpoliert 

werden konnte. 

Tab. 7-3: Sauerstoff-18 Gehalte im Niederschlag im Zeitraum 22. bis 30. September 2004 

Zeitraum 

22.9. 10:00 

– 

23.9. 10:00 

23.9. 10:10 

– 

24.9. 9:30 

24.9. 9:40 

– 

26.9. 9:50 

26.9. 10:00 

– 

30.9. 24:00 

18 O Große Ohe 

P Taferlruck 

in 

mm 

P Waldhäuser 

in mm 

Cp Taferlruck in 

Delta 18 O 

in VSMOW 

35,1 33,9 -6,87 

Cp Eschenhäng in 

Delta 18 O 

in VSMOW 

29,8 28,3 -7,19 -7,38 

8,1 7,4 -6,72 -7,88 

9,1 9,9 -7,48 - 7,54 

-10,50 -10,00 -9,50 -9,00 -8,50 

18 O Markungsgraben bzw. 

Forellenbach 

-8,80 

-9,00 

-9,20 

-9,40 

-9,60 

-9,80 

-10,00 

y = 0,8592x - 1,0892 

R 2 = 0,9636 


Forellenbach 

y = 0,6493x - 3,2548 

R 2 = 0,9992 

Abb. 7-19: Zusammenhang zwischen 18 O - Messwerten in der Ohe und im Markungsgraben 

bzw. Forellenbach



Q in m³/s 

0,40 

0,35 

0,30 

0,25 

0,20 

0,15 

0,10 

0,05 

0,00 

22. Sep 04 23. Sep 04 24. Sep 04 25. Sep 04 26. Sep 04 27. Sep 04 28. Sep 04 29. Sep 04 30. Sep 04 1. Okt 04 

indirekter Abfluss direkter Abfluss 

Niederschlag in mm/10min d18O im Durchfluss 

d18O im Niederschlag Tafelruck d18O im Niederschlag Eschenhäng 

d18O im Grundwasser Schachtenebene d18O im Grundwasser Forellenbuchet 

Abb. 7-20: Direktabflussseparation Markungsgraben HW 23.-25. September 2004 

Q in l/s 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 


direkter Abfluss indirekter Abfluss 

Niederschlag in mm/10min d18O im Durchfluss 

d18O im Niederschlag Tafelruck d18O im Niederschlag Eschenhäng 

d18O im Grundwasser Schachtenebene d18O im Grundwasser Forellenbuchet 

Abb. 7-21: Direktabflussseparation Forellenbach HW 23.-25. September 2004 

-15 

-13 

-11 

-9 

-7 

-5 

-3 

-1 

Delta 18 O in °/ 00 VSMOW 

-15 

-13 

-11 

-9 

-7 

-5 

-3 

-1 

Delta 18 O in °/ 00 VSMOW



Q in m³/s 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 


direkter Abfluss indirekter Abfluss 

Niederschlag in mm/10min d18O im Niederschlag Tafelruck 

d18O im Niederschlag Eschenhäng d18O im Grundwasser Schachtenebene 

d18O im Grundwasser Forellenbuchet d18O im Durchfluss Große Ohe interpoliert 

Abb. 7-22: Direktabflussseparation Große Ohe HW 23.-25. September 2004 

Die Ganglinien der drei untersuchten Gebiete zeigen die Abbildungen Abb. 7-20 

bis Abb. 7-22. Die separierten Direktabflussanteile enthält Abb. 7-23. Zum besseren 

Vergleich wurden die Durchflüsse in Spenden umgerechnet. Es ist deutlich zu 

erkennen, dass im Markungsgraben sowohl die Fülle der Ganglinie als auch die 

Scheitelabflussspende über der des Forellenbaches liegt. Wie die Abb. 7-24 bzw. 

Abb. 7-25 dokumentiert, ist die Abflussspende in dem stark geschädigten Markungsgraben 

im Scheitel mehr als doppelt so hoch wie in den anderen Gebieten. 

-15 

-13 

-11 

-9 

-7 

-5 

-3 

-1 

Delta 18 O in °/ 00 VSMOW



q in l/(s . km²) 



400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 


22. Sep. 04 23. Sep. 04 24. Sep. 04 25. Sep. 04 26. Sep. 04 27. Sep. 04 28. Sep. 04 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

Forellenbach 

0 


400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

Große Ohe Pegel Tafelruck 

direkter Abfluss 

indirekter Abfluss 

0 


Abb. 7-23: Vergleich der Direktabflussseparation für die 3 untersuchten Gebiete für das 

HW vom 22.-28.9.04



60 

50 

40 

30 

20 

10 

2,3 fach höhere Abflussspende 

direkter Abfluss Markungsgraben in l/(skm²) 

direkter Abfluss Forellenbach in l/(skm²) 

direkter Abfluss Große Ohe in l/skm² 

0 

10 

22.9.04 10:00 23.9.04 10:00 24.9.04 10:00 25.9.04 10:00 26.9.04 10:00 27.9.04 10:00 28.9.04 10:00 

Abb. 7-24: Vergleich der Direktabflussspende in l/(s . km²) von Markungsgraben, Forellenbach 

und Großer Ohe für HW vom 22.-28.9.04 


350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

2,2 fach höhere Abflussspende 

indirekter Abfluss Markungsgraben in l/(skm²) 

indirekter Abfluss Forellenbach in l/(skm²) 

indirekter Abfluss Große Ohe in l/skm² 

0 

10 

22.9.04 10:00 23.9.04 10:00 24.9.04 10:00 25.9.04 10:00 26.9.04 10:00 27.9.04 10:00 28.9.04 10:00 

Abb. 7-25: Vergleich der der Spenden des indirekten Abflusses in l/(s . km²) von Markungsgraben, 

Forellenbach und Großer Ohe für HW vom 22.-28.9.04 

Am Pegel Taferlruck / Große Ohe handelt es sich bei dem untersuchten Ereignis 

um ein HQ(T=3a). Die Ganglinien in der Abb. 7-23 zeigen, dass am Beginn eines 

Hochwassers die Ganglinie überwiegend aus Vorereigniswasser besteht. Erst im 

Bereich des Scheitels und im rückgehenden Ast der Ganglinie fließen dann nennenswerte 

Mengen Ereigniswasser ab. 

0 

2 

4 

6 

8 

0 

2 

4 

6 

8 

P in mm/10min



Nachfolgend sollen einige Kennwerte des analysierten Hochwasserereignisses 

miteinander verglichen werden. Für die Berechnung des Gebietsniederschlags 

standen die Stationen Waldhäuser (945 mü.NN) und Taferlruck (770 mü.NN) in 

zehnminütiger Auflösung zur Verfügung. Die Überregnung des Gebiets dauerte 

vom 22. bis 28.9.04 insgesamt 147 h (mit Unterbrechungen). In diesem Zeitraum 

fielen an der Station Waldhäuser 79,5 mm Regen und an der Station Taferlruck 

82,1 mm in nahezu deckungsgleicher zeitlicher Verteilung. Im Hauptregen vom 

22.-23.9.2004 fielen innerhalb 34 Stunden an den Waldhäusern 69,6 mm und am 

Taferlruck 71,6 mm Niederschlag. Aus beiden Datenreihen wurde durch einfache 

Mittelung das Gebietsmittel des hochwasserauslösenden Niederschlag zu 

P = 70,6 mm in 34 h berechnet. 

Daraus entstand ein Hochwasser mit folgenden Kennzahlen: 

Forellenbach 

Gesamtabfluss R 11,9 mm 16,9% von P 

Direkter Abfluss 1,4 mm 2,0% von P 

Indirekter Abfluss 10,5 mm 14,9% von P 

Mittlerer Direktabflussanteil an R 9,6% 

Maximaler Direktabflussanteil an R 14,9% 







Große Ohe 






Aus der isotopenhydrologischen Analyse lassen sich die folgenden Thesen über 

die Auswirkungen des Borkenkäferbefalls im Hochwasserfall ableiten: 

• Die Abflusssumme ist im extrem geschädigten Markungsgraben 2,6-mal so 

hoch wie im Forellenbach 

• Die Scheitelabflussspende ist im Markungsgraben 2,2-mal höher als im Forellenbach 

• Aber: direkte und indirekte Abflussanteile sind in beiden Gebieten gleich 

• Ereigniswasser bildet nur ca. 10% der Hochwasserwelle, im Gesamtgebiet der 

Ohe sogar nur 8% 

• Vorereigniswasser formiert ca. 90% des Wassers in der Ganglinie 

• Die Wasserhaushaltsuntersuchungen ergeben insgesamt eine Erhöhung des 

Hochwasserabflussanteils auf 170% für den Markungsgraben (Phase 3) 

• Ob die Verdopplung der Scheitelabflussspende verallgemeinert werden kann 

und ob sie auch für Extremereignisse gilt, kann aus diesem einzelnen Ereignis 

nicht sicher abgeleitet werden.



8 Dynamische Modellierung des Wasser- und Stoffhaushaltes 

8.1 Das ökohydrologische Modell ArcEGMO-PSCN 

Die in den vorangegangenen Kapiteln dargestellten Beobachtungs- und Analyseverfahren 

sind entweder auf Teilbereiche des komplexen Wasser- und Stoffhaushaltes 

von Einzugsgebieten oder auf die Analyse des Gebietsabflusses als hochintegrative 

Größe begrenzt. Das Zusammenspiel der einzelnen Prozesse und die 

Beschreibung der Wirkungsketten kann nur durch die Verknüpfung dieser Methoden 

mit deterministischen Modellansätzen erreicht werden. Diese Modelle müssen 

eine räumliche und zeitliche Übertragbarkeit ihrer Ergebnisse gewährleisten (Prognosefähigkeit) 

und die Einbeziehung von Zukunftsszenarien erlauben (Szenariofähigkeit). 

Nur so kann z. B. die Nachhaltigkeit von Bewirtschaftungsmaßnahmen 

nachgewiesen werden, was u.a. die Prüfung beinhaltet, wie robust das System auf 

Klimaveränderungen sowie anthropogene und/oder natürlicher Störungen reagiert. 

Für derartige Fragestellungen bietet sich der Einsatz deterministischer ökohydrologischer 

Flussgebietsmodelle an. Das hier angewendete Modell ArcEGMO-PSCN 

simuliert neben der Wasserdynamik auch den Kohlenstoff/Stickstoffhaushalt (Abb. 

8-1). Es entstand durch die Kopplung des GIS-gekoppelten hydrologischen Modells 

ArcEGMO (Pfützner, 2002, Becker et al. 2002) mit komplexen Wachstumsmodellen 

für Wald- und landwirtschaftliche Flächen und einem detaillierten Bodenmodell. 

Durch die Implementierung eines Fruchtfolgengenerators kann die 

landwirtschaftliche Anbaustruktur einer Region genau wiedergegeben werden. 

Regionalisierung der 

Wetterdaten 

tote Biomasse 

Nährstoffe 

Grundwasser 

H 2 O Energie 

PSCN Landnutzung PSCN 

Vegetation 

Nettoprimärproduktion 

Populationsdynamik 

Wachstum/Tod 

Boden 

C/N- 

Dynamik 

Wärme- 

Dynamik 

H 2 O 

Schnee 

Nährstoffe H 2 O 

Wasser- 

Dynamik 

Abb. 8-1: Modellschema ArcEGMO-PSCN 

H 2 O 

Fruchtfolge, Düngung, Ernte 

Wassernutzung 

Entnahmen, Einleitung, Speicherung 

Oberflächenabfluss 

Zwischenabfluss 

Gewässer 

Das Modellsystem ArcEGMO ist als hydrologische Toolbox konzipiert. Je nach 

Aufgabenstellung und Eingangsdatenbasis können über geeignete Kombinationen



unterschiedlich detaillierter Teilprozessmodelle verschiedene Formen von Flusseinzugsgebietsmodellen 

erstellt werden. Die Zeitschrittweite der Simulation kann 

der Problemstellung angepasst werden, wobei im Standard mit einer täglichen 

Auflösung modelliert wird. Durch die direkte Kopplung an das GIS ArcInfo/ArcView 

können Flächen bestimmter Eigenschaften ausgewiesen werden und somit flächengenau 

die einzelnen hydrologischen Teilprozesse simuliert werden. Variable 

räumliche Aggregierungsansätze erlauben die Modellierung auf der Basis von 

Raumeinheiten unterschiedlicher Größe und Heterogenität. So erfolgt eine unterschiedliche 

Flächendifferenzierung bei der Simulation der vertikalen und der lateralen 

Prozesse. Somit ist eine Anwendung auf unterschiedlichsten Skalenebenen 

möglich, vom Kleinsteinzugsgebiet mit ca. 1 km² über mesoskalige Einzugsgebiete 

bis hin zu makroskaligen Einzugsgebieten (z.B. Saale mit 24.000 km²). 

Die räumliche Auflösung der Simulationen in den Untersuchungsgebieten im Nationalpark 

Bayerischer Wald erfolgt entsprechend des Aggregationsschemas von 

ArcEGMO auf Hydrotopebene (s. Abb. 8-2). Jedes Hydrotop ist durch eine bestimmte 

Landnutzung und einen Bodentyp charakterisiert und hat einen festen 

Raumbezug innerhalb des Untersuchungsgebietes. Als treibende klimatische Größen 

werden mindestens Lufttemperatur, Niederschlag, Luftfeuchte und Globalstrahlung 

in täglicher Auflösung benötigt, die durch die in ArcEGMO integrierten 

Regionalisierungsverfahren (Kap. 4.2) für jedes simulierte Raumelement bereitgestellt 

werden. 

Räumliches Aggregationsschema von ArcEGMO 

Überlagerung der Landoberflächeneigenschaften (GIS) 

Hydrotope 

(1 m² .... 50 km²) 

DHM: 

Höhe, Neigung, 

N/S-Ausrichtung 

Landnutzung 

Vegetation 

Bodentypem 

Grundwassertiefe 

Gewässernetz, ober- und 

unterirdische Teileinzugsgebiete, 

Speicher, Einleitungs-/Entnahmestellen 

Abb. 8-2: Räumliches Aggregierungsschema von ArcEGMO 

Vorteile dieser prozessbeschreibenden, räumlich und zeitlich hochauflösenden 

Modellierung gegenüber von messwertorientierten Analyseverfahren und konzeptionellen 

Bilanzierungsansätzen wie z.B. MONERIS (Behrendt et al. 2002) werden 

vor allem hinsichtlich folgender Aspekte gesehen: 

• Die Simulation der Prozesse auf der Basis räumlich determinierter Hydrotope 

ermöglicht die flächenscharfe Ausweisung von Risikoflächen hinsichtlich



- der Stoffausträge mit dem Oberflächen-, dem Drainage- bzw. dem 

hypodermischen Abfluss, 

- der Stoffeinträge in den Grundwasserkörper, 

- des land- und forstwirtschaftlichen Ertragsrisikos bedingt durch 

Wassermangel. 

• Die deterministische Abbildung der Vegetationsentwicklung land- und forstwirtschaftlicher 

Kulturen und Bestände erlaubt die Abbildung der inner- und mehrjährigen 

Dynamik der untersuchten Zustandsgrößen des Gebietswasser- und 

Stoffhaushaltes. 

• Das Modell ist szenariotauglich hinsichtlich kurz- und langjähriger Veränderungen 

des Klimas und der Landnutzung. 

Im Rahmen dieses Projektes erfolgte die Modellierung der Abflussbildungsprozesse 

und der Nährstoffflüsse im System Vegetation-Boden mit dem Modul PSCN 

(Plant-Soil-Carbon-Nitrogen-Modul of ArcEGMO, Abb. 8-1). Dieses Modul umfasst 

acht Submodule: 

• Potenzielle Evapotranspiration (wahlweiser Aufruf der Verfahren nach 

Turc/Ivanov, Haude oder Penman (DVWK, 1996)); Auf Grund der unsicheren 

Datenlage der Windgeschwindigkeit im Untersuchungsgebiet (s. Kapitel 4.7) 

wurde der Ansatz nach Turc/Ivanov genutzt, der als Eingangsdaten nur Lufttemperatur, 

Luftfeuchte und Globalstrahlung verlangt; 

• Interzeption / Interzeptionsverdunstung (Speicheransatz analog EGMO) auf 

der Basis der durch die Vegetationsmodelle berechneten dynamischen Interzeptionskapazitäten, 

• Vegetationsdynamik (je nach Landnutzung wird das Waldwachstumsmodell 

4C, ein Wachstumsmodell analog SWAT2000 für Wiesen, Acker- oder unspezifizierte 

Forstflächen (VEGEN), ein Zeitfunktionsansatz oder ein statischer Ansatz 

analog EGMO aufgerufen), 

• Schneedynamik (entweder „Tag-Grad-Verfahren“ nach Weise & Wendling 

(1974) oder Energiebilanzmodell nach Koitzsch & Günther (1990), 

• Infiltration, Muldenspeicherung und Generierung von oberirdischem Abfluss, 

• vertikale und laterale Bodenwasserdynamik (Koitzsch/Glugla-Verfahren 

(Koitzsch, 1977) mit Erweiterung um Makroporenfluss, hypodermischen und 

Drainageabfluss), 

• Bodentemperaturdynamik (Suckow, 1985, Klöcking, 1991), 

• C/N-Dynamik im Boden (Aufruf des Boden-C/N-Modells aus 4C). 

Die Simulation des Waldwachstums erfolgt primär mit dem Waldwachstumsmodell 

4C (FORESEE - FORESt Ecosystems in a changing Environment, Schaber et al., 

1999). Nur bei fehlenden Informationen zur Initialisierung des Modells wird das 

allgemeine Wachstumsmodell VEGEN in Anlehnung an SWAT2000 (Neitsch et al., 

2001) genutzt. Alle übrigen Landnutzungsformen (s. Tab. 3-6 und Tab. 3-11) wurden 

mittels eines statischen Ansatzes ohne Berücksichtigung der C/N-Dynamik 

simuliert. Eine ausführliche Beschreibung der Teilprozessmodelle des ArcEGMO- 

Abflussbildungsmoduls PSCN findet sich im Anhang A-4. 

Die Simulation der primär lateral gerichteten Prozesse in den Untersuchungsgebieten 

(„Lateral-Domäne“ in Abb. 8-1) untergliedert sich in die Modellierung der Kon-



zentration des Oberflächenabflusses, der Grundwasserdynamik sowie der Konzentration 

des Abflusses in den oberirdischen Gewässern. Diese drei Prozesse werden 

durch einen kinematischen Wellenansatz bzw. Einzellinearspeicheransätze 

auf Teileinzugsgebietsbasis beschrieben. Eine ausführliche Beschreibung der hier 

nicht weiter erläuterten Teilmodelle gibt Pfützner (2002). 

8.2 Erstellung des GIS-Datenmodells für die Modellierung 

Das ökohydrologische Modell ArcEGMO-PSCN liest direkt digitale Karten (ArcInfo, 

ArcView) ein. Durch die Verschneidung von Boden-, Vegetations-, hydrogeologischen 

und topographischen Karten werden quasihomogene Flächen (Hydrotope, 

linker Teil der Abb. 8-2) erzeugt, auf welchen die vertikal gerichteten Prozesse wie 

Abflussbildung, Bestandesdynamik und C/N-Dynamik („Vertikaldomäne“, linker Teil 

der Abb. 8-1) simuliert werden. Voraussetzung dafür ist, dass die verwendeten 

Karten mit detaillierten Informationen zu den einzelnen Vegetations- bzw. Bodenformen 

verknüpft sind. Die Simulation der lateral gerichteten Prozesse der ober- 

und unterirdischen Abflusskonzentration sowie des Transportes und der Retention 

im Gewässernetz („Lateraldomäne“, rechter Teil von Abb. 8-1) erfolgt auf der Basis 

der Untergliederung des Untersuchungsgebietes in Teilgewässerabschnitte und 

den ihnen zugeordneten ober- und unterirdischen Einzugsgebieten. Durch die Zuordnung 

jedes einzelnen Hydrotops zu einem Raumelement der Lateraldomäne 

erfolgt die Verknüpfung der vertikal mit den lateral gerichteten Prozessen des Gebietswasserhaushaltes. 

Die Aufbereitung der in Kapitel 3.2 beschriebenen Raumdaten als Eingangsdaten 

für die Modellierung mit ArcEGMO-PSCN umfasste im Einzelnen: 

1. Aufbau eines digitalen hierarchisierten Gewässernetzes (Unterlieger- 

Oberlieger-Zuordnung, Festlegung der Berechnungsreihenfolge), 

2. Ausweisung der Einzugsgebietsgrenzen und Gebietsgliederung in Teileinzugsgebiete, 

3. Zuweisung der Teileinzugsgebiete zu den Gewässerabschnitten, 

4. Erstellung einheitlicher Basiskarten „Boden“ (s. Anlage A1), „Vegetation“, 

„Forstinventur“ (s. Anlage A2), „Totholzkarte“ (s. Anlage A2), „DHM“, „Hangneigung“ 

und „Hangausrichtung“ (Exposition) in den Grenzen des Untersuchungsgebietes, 

5. Verknüpfung der Basiskarten mit weiteren vegetations- und bodenspezifischen 

Eingangsdaten (Leitbodenprofile, Bestandesinitialisierung, Totholzkartierung), 

6. Verschneidung der Basiskarten und der Teileinzugsgebiete zu Hydrotopen. 

Problematisch für die Erstellung des GIS-Modells auf der Basis des in Tab. 3-2 

aufgelisteten Datenmaterials waren vor allem zwei Aspekte: 

Für die in Tschechien liegenden Teile des Einzugsgebietes der TWT Frauenau 

liegen bislang keine Daten zu den Böden und der Vegetation vor. Auch das genutzte 

DHM deckt die Gebiete nicht vollständig ab. Zur Lösung dieses Problems 

wurden fehlende Flächeninformationen anhand von Nachbarschaftsbeziehungen 

und den in den Topographischen Karten TK25 enthaltenen Informationen ergänzt.



Die einzelnen Originalkarten stammen aus unterschiedlichen Quellen und unterschiedlichen 

Aufnahmezeiten und –verfahren. Dadurch kommt es zu Lücken an 

den Blattschnitten, Lageverschiebungen und allgemeinen Inkonsistenzen. 

Bei Verschneidung dieser Karten würde sich eine Vielzahl von Kleinstflächen ergeben, 

die allein durch die Lageverschiebungen der einzelnen Kartenblätter zustande 

kommen. Deshalb wurden die einzelnen Karten mit einer Gitterweite von 

20m x 20m gerastert, um sie zu vereinheitlichen, Kleinstflächen zu eliminieren und 

kleinere Lücken zu schließen. Diese Gitterweite wurde nach folgenden Gesichtspunkten 

gewählt. Zum einen sollen die einzelnen Raster die räumliche Heterogenität 

der Basisinformation genügend genau wiedergeben. Zum anderen empfiehlt es 

sich für die Kombination der einzelnen Basiskarten, dass diese in der gleichen 

Raumauflösung vorliegen. Die größte Gitterweite sollte also immer ein Vielfaches 

der kleinsten Gitterweite sein. Das Inventurpunktraster mit der Gitterweite von 

200m x 200m stellt das gröbste Raster dar. Die Forstliche Standortkartierung ist 

vergleichsweise hochauflösend. Es zeigte sich, das hier maximal mit einer Gitterweite 

von 20 m gearbeitet werden kann, um die kartierten Konturen noch abbilden 

zu können. 

Aus dem Digitalen Höhenmodell (DHM) wurde eine Gefälle- und eine Expositionskarte 

abgeleitet. Da Hangneigung und Hangausrichtung hydrologisch bedeutsam 

sind, wurden diese Informationen neben der Landnutzung und der Bodencharakterisierung 

zur Erstellung der Hydrotopkarte genutzt. Dazu erfolgte eine Klassifizierung 

der Hangneigung in 4 Gefälleklassen (0-1%, 1-4%, 4-10%, 10-20%, > 20%) 

und eine Unterteilung bzgl. der Exposition in Nord-, Nord-Ost-, Ost-, Süd-Ost-, 

Süd-, Süd-West-, West- und Nord-West-Hänge. 

Die Basiskarte zur Vegetation und Landnutzung wurde durch Verknüpfung der 

Informationen zu Nichtwaldflächen aus der Bestandesteilflächenkartierung sowie 

zur Vegetation/Landnutzung aus den ATKIS-Daten erzeugt. Sie enthält 12 im Untersuchungsgebiet 

ökohydrologisch relevante Typen: Gewässer, Fels, Geröllflächen, 

Grünland/Wiese, Mischwald, Laubwald, Nadelwald, Moor, Ackerland, teilversiegelte 

Verkehrs- und Siedlungsflächen, versiegelte Verkehrs- und Siedlungsflächen. 

Zur Berücksichtigung der Wege und Straßen im EZG der TWT Frauenau 

wurden die im ATKIS vorhandenen Linien „gebuffert“ und somit in Flächen umgewandelt. 

Wesentlich für die Simulation des Wasserhaushaltes eines Flusseinzugsgebietes 

mit ArcEGMO ist ein digital vorliegendes, hierarchisiertes Gewässernetz, das die 

realen Gegebenheiten hinreichend genau wiedergibt. Das umfasst neben der Verknüpfung 

des Gewässersystems mit den jeweiligen Teileinzugsgebieten auch die 

Berücksichtigung besonderer Gewässerpunkte (Gewässerbauwerke, Seen, etc.) 

und die Charakterisierung der einzelnen Gewässerabschnitte durch eine entsprechende 

Attributierung („Kanal“, „Bach“, „verrohrt“, „Abteilungsgrenze“, etc.). Jeder 

Gewässerabschnitt wird durch eine Linie mit dem entsprechenden Anfangs- und 

Endpunkt beschrieben. Eine Beschreibung eines Abschnittes durch Gewässerrandlinien 

wie z.T. im ATKIS kann durch das hydrologische Modell nicht verarbeitet 

werden. Für die Bearbeitung des Gewässernetzes im Untersuchungsgebiet wurde 

die ArcView-Extension „RiverTools“ (Koschitzki & Pfützner, 2001) genutzt. Die 

Ausweisung der Teileinzugsgebiete, ihre Anpassung und Verknüpfung mit den 

jeweiligen Fließgewässerabschnitten erfolgte unter Nutzung der ArcView- 

Erweiterungen „GridTools“ (Ströbl, 2001) und „Hydro-Tools“ (Koschitzki & Pfützner,



2001). Die dabei z.T. erforderlichen Neudigitalisierungen erfolgten auf der Grundlage 

der Topographischen Karten 1 : 25 000, Blätter 6946 und 7046. 

Insgesamt wurden für das 19,1 km² große Einzugsgebiet der Großen Ohe (Pegel 

Taferlruck) 18 Teileinzugsgebiete für 223 Fließgewässerabschnitte (s. Abb. 8-3) 

sowie 5114 Hydrotope ausgewiesen. Die Größe dieser quasihomogenen Flächen 

liegt zwischen 256 und 40.000 m². 

Das Einzugsgebiet der TWT Frauenau wurde in den Nordteil „EZG 

TWT/Hirschbach“ (9,5 km²) und den Südteil „EZG TWT/Kleiner Regen“ mit 

15,25 km² Einzugsgebietsgröße der Pegel an den jeweiligen Talsperrenzuflüssen 

unterteilt (s. Abb. 8-3). Das EZG Hirschbach umfasst acht Teileinzugsgebiete und 

insgesamt 2891 Hydrotope. Sein 25,6 km langes Gewässernetz wurde in 

106 Abschnitte unterteilt. Das EZG Kleiner Regen besteht aus 

15 Teileinzugsgebieten und insgesamt 4434 Hydrotopen. Das 41,7 km lange Gewässernetz 

des Kleinen Regen bis zur Vorsperre wurde in 190 Abschnitte unterteilt. 

Abb. 8-3: Gliederung der Untersuchungsgebiete in Teileinzugsgebiete



Den durch Kombination der Basisraster (Bodentypen, Vegetation und Landnutzung, 

Inventurpunktraster, Gefälleklassen, Expositionsklassen, Teileinzugsgebiete) 

erzeugten Hydrotopen wurde zum Abschluss die jeweilige Höhe über NN, die 

Hangneigung und die Exposition zugewiesen, nachdem sie wieder in ein Polygon- 

Shape transformiert wurden. Da keine Informationen zu den mittleren Grundwasserflurabständen 

im Untersuchungsgebiet vorliegen, erfolgte die Zuordnung der 

Hydrotope zu Grundwasserflurabstandsklassen entsprechend der Informationen 

der Forstlichen Standortkartierung. Es wurde zwischen folgenden Klassen unterschieden: 

• stark durch Grundwasser beeinflusst (GWFA ≤ 1m) 

• bedingt durch Grundwasser beeinflusst (1 m < GWFA ≤ 3 m) 

• nicht durch Grundwasser beeinflusst (GWFA > 3 m) 

Im Einzugsgebiet der Großen Ohe (TG Markungsgraben und TG Forellenbach) 

gibt es seit 1988 drei Grundwassermessstellen im Bereich der Intensivmessflächen 

der Monitoring-Programme ECE/IM (UBA) und „Messnetz Stoffeintrag- 

Grundwasser“ (LfW). Den benachbarten Hydrotopen wurden diese Messwerte zur 

Tiefe der Grundwasseroberfläche als Zeitreihen zugeordnet. 

Abb. 8-4 veranschaulicht anhand des Gebietsausschnittes TG Forellenbach/ECE- 

IM die räumliche Untergliederung des Untersuchungsgebietes in die Hydrotope 

und ihrer Zuordnung zu den Teileinzugsgebieten. 

Abb. 8-4: Ausschnitt des GIS-Datenmodells im Bereich der Intensivmessflächen im TG 

Forellenbach der Großen Ohe



9 Modellvalidierung am Standort 

9.1 Datengrundlage 

Eine Voraussetzung für simulationsgestützte Impaktanalysen ist der Nachweis der 

Eignung des verwendeten Modells zur Lösung der Fragestellung. Die Validierung 

räumlich verteilter Einzugsgebietsmodelle ist aufgrund ihrer Komplexität sehr 

schwierig. An Messreihen stehen zumeist nur Durchfluss- und Wasserqualitätswerte 

der Oberflächengewässer zu Verfügung, die selbst wiederum integrative Größen 

sind. Als Alternative bieten sich die Überprüfung der Ergebnisse der simulierten 

Teilprozesse an, wie z.B. der Bestandesentwicklung, der Bodenfeuchtedynamik 

oder der Schneedeckendynamik. 

Durch den Forschungsverbund „Große Ohe“ liegen im EZG der Großen Ohe hervorragende 

Daten zu Teilelementen des Wasser- und Stoffhaushaltes vor, die 

neben den Gewässermesswerten für die Modellvalidierung genutzt werden können. 

Insbesondere eignen sich hierfür die Messreihen auf den Intensivmessflächen 

des Landesamtes für Wasserwirtschaft im EZG des Markungsgraben („Messnetz 

Stoffeintrag-Grundwasser“, LfW, 2004) und die ECE-IM-Messflächen im Forellenbachgebiet 

(Beudert & Breit, 2004). Ihre Lage im Untersuchungsgebiet ist in Abb. 

3-2, Seite 5 enthalten. Hier liegen neben bodenchemischen und bodenphysikalischen 

Untersuchungen auch Daten zur Bestandesentwicklung vor, so dass sowohl 

die Simulationsergebnisse des Boden- als auch des Vegetationsmodells überprüft 

werden können. 

9.2 Schneemodellierung 

Ergebnisse der Schneemodellierung können entweder räumlich-qualitativ durch 

den Einsatz von Fernerkundungsdaten zur Ausdehnung und Dauer der Schneebedeckung 

oder punktuell-quantitativ anhand von Standortmessungen zur Schneehöhe, 

Schneedichte bzw. der in der Schneedecke gespeicherten Wassermenge 

überprüft werden. Die Anwendung von Fernerkundungsmethoden in bewaldeten 

bergigen Gebieten wird nach wie vor als kritisch angesehen, außerdem standen 

sie im Rahmen dieses Projektes für das Untersuchungsgebiet nicht zur Verfügung. 

Standortmessungen des Wasseräquivalents der Schneedecke liegen an den Klimastationen 

Taferlruck und Waldhäuser sowie an der Racheldiensthütte vor. 

Daneben stehen Messdaten zur Schneehöhe und -menge der Klimadatenbank 

„Große Ohe M13“ (LWF, Gietl & Seegert, 2003) an weiteren 12 Standorten zur 

Verfügung. 

Exemplarisch erfolgte die Überprüfung der Simulationsgüte des Schneemodells 

anhand der Freiflächendaten an der Klimastation Waldhäuser. Diese östlich neben 

dem Untersuchungsgebiet gelegene Station bietet sich zur Validierung insbesondere 

deshalb an, da hier neben Messwerten zur Schneedeckendynamik auch lückenlose 

Messreihen aller für die Schneesimulation benötigten Eingangsdaten 

vorliegen. 

Die Schneedynamik wird in der Mehrzahl der hydrologischen und ökohydrologischen 

Modelle nach sogenannten Taggradverfahren berechnet, in die primär die 

Lufttemperatur eingeht. Vergleicht man die Ergebnisse des Taggradverfahrens



nach Weise & Wendling (1974) mit den Ergebnissen des Schneemodells nach 

Koitzsch & Günther (1990) auf der Basis des konvektiven Wärmeübergangs an 

Grenzflächen, so ergeben sich deutliche Unterschiede. 

500 

[mm] 

400 

300 

200 

100 

Schneemenge (Wasseräquivalent) 

Simulation Taggradverfahren 

Simulation mit Strahlungsbilanz 

Messwert 

0 

10.90 10.91 10.92 10.93 10.94 10.95 10.96 10.97 10.98 10.99 10.00 10.01 10.02 

Abb. 9-1: Vergleich der gemessen mit den nach zwei unterschiedlichen Verfahren simulierten 

Schneemengen auf einer Freifläche an der Klimastation Waldhäuser 

50 

[mm] 

40 

30 

20 

10 

0 

Schneeschmelze [mm] 

Simulation mit Strahlungsbilanz 

Simulation Taggradverfahren 

01.11.1998 01.05.1999 01.11.1999 01.05.2000 01.11.2000 01.05.2001 01.11.2001 01.05.2002 

Abb. 9-2: Vergleich der nach zwei unterschiedlichen Verfahren simulierten Schmelzwassermengen 

auf einer Freifläche an der Klimastation Waldhäuser 

Wie Abb. 9-1 veranschaulicht, wird durch das Taggradverfahren sowohl die 

Schneemenge, als auch die Dauer der Schneeauflage in der Mehrzahl der beobachteten 

Winterperioden überschätzt. Hauptursache ist dafür die Vernachlässigung 

des Strahlungsterms, der besonders in kühlen, aber sonnenexponierten Lagen 

großen Einfluss auf die Schneedynamik hat. Deren Einfluss auf den Gebietswasserhaushalt 

wird klar, wenn man die in Abb. 9-2 dargestellten Schmelzwasser-



mengen vergleicht. Durch das Taggradverfahren wird ein deutlich verzögertes 

Abschmelzen der Schneedecke um bis zu 3 Wochen simuliert, was in schmelzwasserdominierten 

Gebirgsgebieten zu einer eklatanten Fehleinschätzung der 

Hochwassergefährdung führen kann. 

Ein direkter Vergleich von simulierten und gemessenen Schneewerten im Bestand 

erfolgte in diesem Projekt nicht. Ursache war die unzureichende Eingangsdatenbasis 

an den Standorten der Schneesonden im EZG der Großen Ohe. Die Güte 

der Schneemodellierung konnte hier nur indirekt über den Vergleich der simulierten 

und gemessenen Gebietsabflüsse erfolgen (vgl. Kap. 10). 

9.3 Vegetationsentwicklung 

Im Rahmen des ECE-IM-Programms wurden 1990 und 1994 durch Beudert et al. 

(1994) im Bereich der unteren Hanglagen des Forellenbachgebietes (Schachtenau) 

zehn Dauerbeobachtungsflächen eingerichtet. Die Buchen-Dauerbeobachtungsfläche 

B1 liegt in einem 16,7 ha großen, 61-121 Jahre alten Fichten- 

Buchen-Baumholz (Mischungsanteil 65/35) auf Lehm in einem Bereich, in dem der 

Buchenanteil horst- bzw. kleinbestandweise stark dominiert. Die Fichten-Dauerbeobachtungsfläche 

F1 liegt in einem 11,3 ha großen Fichten-Buchen-Baumholz 

(85/14) mit eingestreutem Bergahorn auf Lehm im Alter von 85-112 Jahren. Im 

Juni 1996 kam es zum Borkenkäferbefall der Fichtenflächen, was zu einem Totalausfall 

der Fichten im Herbst 1997 führte. Detaillierte Angaben zu den Flächen 

sind in Beudert & Breit (2004) enthalten. 

Ziel der Untersuchungen war die Überprüfung der Güte der Bestandessimulation 

durch das Waldwachstumsmodell 4C im Rahmen des Gesamtmodells ArcEGMO- 

PSCN. Dieses Modell wurde bislang noch nie unter vergleichbaren Bedingungen 

(Bergmischwald ohne kommerzielle Nutzung, Borkenkäferkalamität, Klima) getestet. 

Die Initialisierung der Bestandesdaten erfolgte auf der Basis der Zustandserhebung 

von 1990. Die Simulation wurde für den Zeitraum 1990 bis 2004 durchgeführt. 

Für diese Periode stehen die Ergebnisse zweier weiterer Zustandserhebungen 

1995 und 2001 sowie kontinuierliche Bodenfeuchtemessungen seit 2002 (vgl. 

Kap. 9.4) für die Modellvalidierung des Vegetationsmodells zur Verfügung. 

Wie die folgenden Abbildungen verdeutlichen, konnte insgesamt eine 

zufriedenstellende Abbildung der Bestandesentwicklung auf beiden Versuchsflächen 

durch das Modell erreicht werden. Bei der Entwicklung der Stammzahlen 

sowie des Derbholzvolumens der Baumarten Fichte und Buche gibt es eine gute 

Übereinstimmung zwischen beobachteten und simulierten Werten. Die Übereinstimmung 

der abgeleiteten mittleren Oberhöhe und der Stammdurchmesser ist 

insbesondere für die Fichten auch gut. Letzterer Parameter wird für die Buchen 

jedoch noch unbefriedigend durch das Modell 4C simuliert, wie Abb. 9-3 veranschaulicht. 

Da der Stammdurchmesser ohne Auswirkungen auf die Simulation des 

Wasser- und Nährstoffbedarfs ist, kann diese Modellunsicherheit im Rahmen des 

Forschungsprojektes toleriert werden.



Dg [cm] und h100 [m] 

40 

35 

30 

25 

B1: Buchen 

Grundflächenm ittel-Stam m durchm esser Dg 

Oberhöhe h100 

Derbholzvolum en V 

Dg M esswert Dg Simulation 

h100 M esswert h100 Simulation 

V M esswert V Simulation 

20 

0 

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abb. 9-3: Vergleich der 4C-Simulation der Bestandesentwicklung mit den Messwerten auf 

der Buchenmessfläche B1 für die Baumart Buche 


50 

45 

40 

35 

30 

25 

B1: Fichten 

Grundflächenm ittel-Stam m durchm esser Dg 



Dg Messwert Dg Simulation 

h100 Messwert h100 Simulation 

V Messwert V Simulation 

20 

0 

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 


der Buchenmessfläche B1 für die Baumart Fichte 

400 

300 

200 

100 

V [VfmD/ha] 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

V [VfmD/ha]



h100 [m] 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

F1: Buche 



Stam m zahl n 

h100 Messwert h100 Simulation 

V Messwert V Simulation 

n Messwert n Simulation 

0 

0 

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 


der Fichtenmessfläche F1 für die Baumart Buche 


60 

50 

40 

30 

20 

10 

F1: Fichten 


Stam m zahl n 


Grundflächenm ittel- 

Stam m durchm esser Dg 

Dg Messwert 

Dg Simulation 

h100 Messwert 

h100 Simulation 

V Messwert 

V Simulation 

n Messwert 

n Simulation 

0 

0 

1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 


der Fichtenmessfläche F1 für die Baumart Fichte 

9.4 Bodenwasserdynamik 

Die Bodenwasserdynamik wird an jeweils einem Standort im Markungsgrabengebiet 

und Forellenbachgebiet durch die Messung der Bodenfeuchte beobachtet. Seit 

Oktober 2001 liegen hierzu Tensiometer-Messwerte in zwei Tiefen (50 und 

200 cm) für die MSGW-Messfläche im Markungsgraben vor. Für die Buchenfläche 

B1 im EZG Forellenbach gibt es eine Tensiometer-Messreihe für das hydrologische 

Jahr 1995 in 20, 40, 70 und 100 cm Tiefe. Da es immer wieder zu Ausfällen 

der Tensiometer kam, wurde November 2001 eine TRACE-Anlage installiert, so 

dass seit dem 1.1.2002 TDR-Messwerte in 5 Tiefen (10, 30, 55, 85, 115 cm) mit je 

4 Wiederholungen vorliegen. Für den Zwischenzeitraum liegen nur sehr lückenhaft 

Daten vor, die nicht in den Vergleich einbezogen wurden. 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

1200 

1000 

800 

600 

400 

200 

V [VfmD/ha] und n 

V [VfmD/ha] und n



Im Folgenden werden die Ergebnisse der Bodenfeuchtesimulation für die Buchenmessfläche 

im EZG Forellenbach diskutiert. Die Anpassungsgüte für die Messfläche 

des LfW in den Hochlagen des Markungsgrabens ist vergleichbar. 

6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

B o d e n f e u c h t e in 1 0 c m T ie f e [ V o l% ] 

K a n a l 1 a K a n a l 6 a K a n a l 1 1 a 

K a n a l 1 6 a K a n a l 2 1 a S im u la t io n 

0 

1 0 . 1 1 . 2 0 0 1 2 9 . 0 5 . 2 0 0 2 1 5 . 1 2 . 2 0 0 2 0 3 . 0 7 . 2 0 0 3 1 9 . 0 1 . 2 0 0 4 0 6 . 0 8 . 2 0 0 4 

6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

B o d e n f e u c h t e in 3 0 c m T ie f e [ V o l% ] 

K a n a l 2 K a n a l 7 a K a n a l 1 2 a 


0 

1 0 . 1 1 . 2 0 0 1 2 9 . 0 5 . 2 0 0 2 1 5 . 1 2 . 2 0 0 2 0 3 . 0 7 . 2 0 0 3 1 9 . 0 1 . 2 0 0 4 0 6 . 0 8 . 2 0 0 4 

6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

W C i n 5 5 c m T i e f e [ V o l % ] 

K a n a l 3 a K a n a l 8 a K a n a l 1 3 a 


0 

1 0 . 1 1 . 2 0 0 1 2 9 . 0 5 . 2 0 0 2 1 5 . 1 2 . 2 0 0 2 0 3 . 0 7 . 2 0 0 3 1 9 . 0 1 . 2 0 0 4 0 6 . 0 8 . 2 0 0 4 

6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

B o d e n f e u c h t e i n 8 5 c m T i e f e [ V o l % ] 

K a n a l 4 a K a n a l 9 K a n a l 1 4 

K a n a l 1 9 K a n a l 2 4 S im u la t io n 

0 

1 0 . 1 1 . 2 0 0 1 2 9 . 0 5 . 2 0 0 2 1 5 . 1 2 . 2 0 0 2 0 3 . 0 7 . 2 0 0 3 1 9 . 0 1 . 2 0 0 4 0 6 . 0 8 . 2 0 0 4 

Abb. 9-7: Vergleich der simulierten mit der gemessenen Bodenfeuchte auf der Buchenmessfläche 

B1 im EZG Forellenbach



6 0 

5 0 

4 0 

3 0 

2 0 

1 0 

B o d e n f e u c h t e i n 1 1 5 c m T i e f e [ V o l % ] 

K a n a l 5 K a n a l 1 0 K a n a l 1 5 

K a n a l 2 0 K a n a l 2 5 S im u la t io n 

0 

1 0 . 1 1 . 2 0 0 1 2 9 . 0 5 . 2 0 0 2 1 5 . 1 2 . 2 0 0 2 0 3 . 0 7 . 2 0 0 3 1 9 . 0 1 . 2 0 0 4 0 6 . 0 8 . 2 0 0 4 

Abb. 9-8: Vergleich der simulierten mit der gemessenen Bodenfeuchte auf der Buchenmessfläche 

B1 im EZG Forellenbach in 115 cm Tiefe 

In die Darstellung der Bodenfeuchteentwicklung in den fünf Messtiefen (Abb. 9-7, 

Abb. 9-8) wurden alle Einzelmessungen (Kanal 1 bis 25) mit einbezogen. Hierdurch 

wird klar, wie schwierig die Beobachtung der Bodenfeuchtedynamik und ein 

Vergleich mit simulierten Werten ist. Obwohl die einzelnen TDR-Antennen (Kanäle) 

auf einer Fläche von nur 50 m² mit einem mittleren Abstand von 2 m zwischen 

jeweils zwei Sonden angeordnet sind, unterscheiden sich die Einzelmesswerte pro 

Bodentiefen sowohl im Niveau der gemessenen Bodenfeuchte um bis zu 20 Vol.% 

als auch hinsichtlich der beobachteten Dynamik. Insbesondere in den Austrocknungsperioden 

werden an den einzelnen Messpunkten unterschiedliche Bodenfeuchteverläufe 

beobachtet, was auf ein deutlich heterogenes Muster des Entzuges 

durch Transpiration schon auf kleinster Fläche hinweist. Besonders große 

Differenzen zwischen den einzelnen Messpunkten werden im Oberboden (10 cm 

Tiefe) und ab einer Tiefe von mehr als 80 cm beobachtet. 

Aus diesen Gründen verbietet sich die Anwendung von statistischen Verfahren zur 

Berechnung der Effizienz. Die Abschätzung der Simulationsgüte muss allein visuell 

hinsichtlich der Widerspiegelung des Feuchteniveaus und der Dynamik erfolgen. 

Insgesamt ist die Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Bodenfeuchtewerten 

zufriedenstellend. Die Dynamik wird durch das Modell gut wiedergegeben, 

auch wenn der Pflanzenentzug im Oberboden etwas über- und in größerer 

Tiefe unterschätzt wird. 

Durch die Berücksichtigung des Makroporenflusses bei der Bodenfeuchtesimulation 

konnte auch der schnelle Durchbruch von Feuchtefronten im trockenen Boden 

abgebildet werden. Wie die Messwerte in den einzelnen Tiefen zeigen, kommen 

jedoch solche Feuchtedurchbrüche nach Starkregenereignissen schon ab einer 

Tiefe von 85 cm nicht mehr zum Tragen. Deshalb wird davon ausgegangen, dass 

diese Prozesse den Gebietswasserhaushalt nur bedingt beeinflussen, obwohl sie 

von Relevanz für die Feuchte des Oberbodens sind. Einschränkend muss jedoch 

an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die alleinige Nutzung von Bodenfeuchtemessungen 

zur Abschätzung des Bodenwasserhaushaltes als problematisch 

angesehen werden muss. Das betrifft besonders die Abflussbildungsperioden, 

wenn die Bodenfeuchte oberhalb der Feldkapazität liegt. So zeigten Simulationsexperimente 

unter Variation der horizontalen hydraulischen Leitfähigkeit, die 

entscheidend für den hypodermischen Abfluss (Interflow) ist, keine großen Auswirkungen 

auf die simulierten Bodenfeuchtereihen bei Anstieg des Interflows um ein 

Vielfaches.



60 

[Vol%] 

50 

40 

30 

20 

10 

Bodenfeuchte in 30 cm Tiefe [Vol%] 

Kanal 2 Kanal 12a 

Simulation mit 4C Simulation mit VEGEN 

0 

01.11.01 20.05.02 06.12.02 24.06.03 10.01.04 28.07.04 

Abb. 9-9: Gegenüberstellung des simulierten Bodenfeuchteverlaufs in 30 cm Tiefe bei 

Verwendung zweier unterschiedlicher Vegetationsmodelle, Messwerte: Kanal 2 

und 12a 

Demgegenüber sind in Ausschöpfungsperioden die Messwerte geeignet, die Güte 

des simulierten Bodenwasserentzugs durch die Vegetation zu überprüfen. Wie 

Abb. 9-9 am Beispiel der in ArcEGMO-PSCN integrierten Modelle 4C und VEGEN 

verdeutlicht, wird durch beide Modelle eine unterschiedliche Entzugsverteilung 

über die Tiefe und die Zeit simuliert, obwohl die Summe des berechneten Transpirationsentzugs 

in beiden Modellen vergleichbar ist. 

Da über die Prozesse der Stoff- und Wasseraufnahme durch die Vegetation immer 

noch zu wenig bekannt ist, werden Wurzel- bzw. Entzugsverteilungen mit der Tiefe 

in den Simulationsmodellen zumeist durch empirische Ansätze beschrieben. Auf 

eine Eichung dieser Ansätze anhand der beobachteten Bodenfeuchteverläufe wurde 

hier bewusst verzichtet, da die Messungen an sich schon eine große Heterogenität 

in der Fläche zeigen. 

Beide Modelle simulieren jedoch einen zu schnellen Anstieg des Transpirationsentzuges 

im Frühjahr. Der auf der Basis der simulierten phänologischen Entwicklung 

berechnete Bedarf im Mai übersteigt die gemessene Absenkung der Feuchte. 

Der simulierte Abfall der Bodenfeuchte setzt zu schnell ein und ist zu steil. 

Die durch die einzelnen Vegetationsmodelle unterschiedlich simulierte Entzugsdynamik 

ist von Einfluss auf die modellierten Gebietsabflüsse, wie Abb. 9-10 anhand 

der simulierten Sickerwasserraten in 1,50 m Bodentiefe verdeutlicht. Beide Simulationsergebnisse 

sind jedoch nicht grundsätzlich unterschiedlich. Deshalb erscheint 

eine Nutzung des VEGEN-Modells als Ersatzmodell für Bestände, an denen 4C 

nicht initialisiert werden konnte, gerechtfertigt.



30 

GWn 

[mm] 

25 

20 

15 

10 

5 

Simulation mit 4C 

Simulation mit VEGEN 

0 

01.11.01 01.05.02 01.11.02 01.05.03 01.11.03 01.05.04 01.11.04 

Abb. 9-10: Simulierte tägliche Sickerwasserbildung in 150 cm Tiefe bei Verwendung zweier 

unterschiedlicher Vegetationsmodelle 

Nach der Austrocknung des Bodens im Hitzesommer 2003 zeigt der gemessene 

Bodenfeuchteverlauf eine deutliche Absenkung des Feldkapazitätsniveaus in der 

darauf folgenden Auffüllungsperiode. Erst Ende 2004 pendelte sich die Bodenfeuchte 

bei Sättigung wieder auf den ursprünglichen Wert ein. Das gleiche Phänomen 

wurde auch an anderen TDR-Messstandorten in Deutschland und der 

Schweiz beobachtet (Raspe et al., 2004; Gurtz, 2005, Holts, 2005) und muss noch 

weiter untersucht werden. In der Simulation wird abweichend von den Beobachtungen 

ein Bodenfeuchteniveau auf der ursprünglichen Höhe der Feldkapazität 

bereits im Oktober 2003 wieder erreicht.



9.5 Bodenstickstoffdynamik 

Das Modell ArcEGMO-PSCN simuliert die Kohlenstoff- und Stickstoffvorräte im 

Bestand sowie die Bodenvorräte, unterteilt in einzelne Fraktionen. Mineralischer 

Stickstoff wird in den Bindungsformen Nitrat (NO3-N) und Ammonium (NH4-N) als 

vollständig gelöst betrachtet. Berechnet werden die in den einzelnen Bodenhorizonten 

enthaltenen Mengen beider Komponenten in kg N/ha sowie die mit dem 

Sickerwasser ausgewaschene Gesamtfracht [kg N/ha]. In Abb. 9-11 sind für die 

Periode 1999 bis 2004 diese simulierten Größen dargestellt. 

N-Gehalt [kg/ha] 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

N-Auswaschung N03-N in oberen 40 cm NH4-N in oberen 40 cm min. N in Bodensäule 

0 

01.01.99 01.07.99 01.01.00 01.07.00 01.01.01 01.07.01 01.01.02 01.07.02 01.01.03 01.07.03 01.01.04 01.07.04 

Abb. 9-11: Simulierte anorganisch gebundene Bodenstickstoffgehalte im Oberboden (ohne 

Auflage) und im Gesamtprofil (NO3-N+NH4-N) sowie aus 1,5 m Tiefe ausgewaschenen 

Menge (NO3-N+NH4-N) unter dem Buchenbestand B1 

Deutlich zeichnen sich Immobilisierungsphasen nach dem Laubfall, Entzüge während 

der Vegetationsperioden sowie Auswaschungsperioden ab. Ein direkter Vergleich 

dieser Simulationsergebnisse mit Messwerten war jedoch im Rahmen des 

Projektes nicht möglich, da hier nicht die gleichen Zustandsvariablen gemessen 

werden. 

0 

2 

4 

6 

8 

10 

12 

N-Auswaschung [kg/ha]



10 Modellvalidierung anhand der Gebietsabflüsse 

10.1 Wasserhaushaltssimulation für das EZG der Großen Ohe 

In der Hydrologie wird häufig zum Vergleich der simulierten mit den beobachteten 

Durchflusswerten das Gütekriterium E nach Nash und Sutcliffe (1979) benutzt: 

∑ 

sim 

[ Qi 

m 2 

− Qi 

] 

E = 1 − i 

m 

[ Q 

m 2 

− Q ] 

(10-1) 

∑ 

i 

i 

Der theoretisch möglich Fall E gleich Eins tritt ein, wenn die simulierten Werte 

identisch mit den beobachteten Werten sind. Für den Markungsgraben (Pegel 

1741800 mit 5053 Werten) ergab sich ein Wert E=0,68. Die Anpassungsgüte für 

den Forellenbach lag mit E=0,683 (0,68 mit VEGEN) noch etwas darüber. Die Anpassung 

für den Große Ohe, Pegel Taferlruck, ist mit 0,63 vergleichbar. Wie die 

folgenden Abbildungen für Markungsgraben und Forellenbach verdeutlichen, wurde 

eine sehr gute Anpassung im Niedrig- und Mittelwasserbereich erreicht. Problematisch 

erwies sich die Wiedergabe der extrem hohen Abflussspitzen. Am Markungsgraben 

werden Durchflüsse von über 1 m³/s beobachtet. Die höchsten simulierten 

Werte liegen demgegenüber nur bei 0,5 m³/s (Abb. 10-3). Beim Forellenbach 

ist diese Diskrepanz zwar nicht mehr so extrem, aber immer noch vorhanden 

(Abb. 10-4). Als Ursache werden bislang noch unbekannte, extrem schnell reagierende 

Fließwege vor allem in den Hochlagen vermutet, die noch nicht durch das 

Modell erfasst werden. Außerdem wirkt sich hier die unsichere Parametrisierung 

der Böden der Hochlagen, wie vor allem der mit einem Flächenanteil von 38% im 

Markungsgraben vorkommende Ranker negativ auf die Simulationsergebnisse 

aus. Die Perkolation aus den gekappten Böden der Hochlagen wird vermutlich 

wesentlich zeitiger abflusswirksam, als es bisher im Modell durch Verortung der 

„Grundwasser“-Bildungsräume (s. Abb. 10-7) berücksichtigt ist. 

1.0 

Q [m³/s] 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 


Messwerte 

Simulation 

0.0 

Jan 1997 Jan 1998 Jan 1999 Jan 2000 Jan 2001 Jan 2002 Jan 2003 Jan 2004 

Abb. 10-1: Gegenüberstellung von beobachteten und simulierten Durchflüssen am Pegel 

Racheldiensthütte (Markungsgraben) für die Periode 1997 bis 2003



0.30 

Q [m³/s] 

0.20 

0.10 

0.00 

Forellenbach 

Messwerte 

Simulation 

Jan 1997 Jan 1998 Jan 1999 Jan 2000 Jan 2001 Jan 2002 Jan 2003 Jan 2004 

Abb. 10-2: Gegenüberstellung von beobachteten und simulierten Durchflüssen am Pegel 

Schachtenau (Forellenbach) für die Periode 1997 bis 2003 

1.2 

Q 

[m³/s] 

1.0 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0.0 

Simulation Q [m³/s] 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0.0 

1:1 Linie 


0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 

Messwert Q [m³/s] 

Messwerte 


0 72 145 217 289 361 

Unterschreitungstage 

Abb. 10-3: Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Durchflusswerten für 

den Markungsgraben 1.1.1991-31.10.2004, Darstellung als x-y-Diagramm und 

als Dauerlinie 

Andere Abweichungen zwischen simulierten und gemessenen Ganglinien lassen 

sich mit dem unsicheren meteorologischen Input erklären. Wie bereits im Kap. 4 

angesprochen, ist die Ausgangssituation sowohl für die Niederschläge in den 

Hochlagen als auch bzgl. der Lufttemperatur (Tageswerte und ihre räumliche Verteilung 

im Gesamtgebiet) schwierig. Dadurch wird in einigen Jahren die Schneedeckendynamik 

falsch eingeschätzt, was sich beim Vergleich der als schmelzwasserinduziert 

angenommenen innerjährlichen Abflussmaxima im Frühjahr zeigt. Zumeist 

wird ein verzögertes Schmelzen simuliert, da vorhergehende Abschmelzperioden 

auf Grund der regionalisierten Witterungsverhältnisse durch die Simulation 

nicht erfasst werden konnten.



0.3 

0.2 

0.1 

0.0 

Simulation Q [m³/s] 

0.3 

0.2 

0.1 

1:1 Reihe 


0.0 

0.0 0.1 0.2 0.3 

Messwerte Q [m³/s] 

Messwerte 



0 72 145 217 289 361 

Unterschreitungstage 

Abb. 10-4: Übereinstimmung zwischen simulierten und gemessenen Durchflusswerten für 

den Forellenbach 1.1.1991-31.10.2004, Darstellung als x-y-Diagramm und als 

Dauerlinie 

Wie schon bei den Untersuchungen für die Einzelstandorte deutlich wurde (Kap. 

9.4), ist der Einfluss unterschiedlicher Modellansätze zur Beschreibung der Vegetation 

und der Potentiellen Evaporation innerhalb der Simulation nicht mehr so 

gravierend. Diese kommen eher in Niedrigwasserperioden zum Tragen, wie Abb. 

10-5 verdeutlicht. Scheinbar wird durch das Waldwachstumsmodell die Verdunstung 

etwas unterschätzt. Damit wird der Bodenwasservorrat in der Vegetationsperiode 

nicht so weit aufgezehrt, was zu höheren Direktabflüssen durch Interflow in 

der darauffolgenden Perkolationsperiode führt. 

0.20 

0.15 

0.10 

0.05 

Messwerte 



0.00 

Jan 1999 Jul 1999 Jan 2000 Jul 2000 Jan 2001 

Abb. 10-5: Gegenüberstellung der simulierten Durchflusswerte für den Forellenbach bei 

Nutzung der beiden Vegetationsmodelle



In Abb. 10-6 ist die Entwicklung des Blattflächenindexes LAI, wie er mit den beiden 

Vegetationsmodellen simuliert wird, als Gebietsmittel für das EZG des Markungsgrabens 

dargestellt. Dieser ökohydrologisch wichtige Parameter beeinflusst die 

Mengenverhältnisse der einzelnen Verdunstungskomponenten wie auch die den 

Erdboden erreichenden Niederschlags- und Strahlungsanteile. Beide Modelle geben 

die Beeinflussung durch den Borkenkäferbefall vergleichbar wieder, obwohl 

innerjährliche Dynamik und die absoluten Beträge unterschiedlich sind. Es ist somit 

zulässig, beide Modelle gleichzeitig in einem Gebiet bei den Szenariosimulationen 

anzuwenden, wenn die Simulation nicht für alle Bestände mit dem Waldwachstumsmodell 

4C möglich ist. Der nur durch das Modell 4C simulierte Abfall des LAI 

in den ersten drei Jahren ist nicht borkenkäferinduziert. Hier simuliert das Modell 

ein Absterben nicht konkurrenzfähiger Bäume (Initialisierungsproblem). 

9 

LAI 8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

Jul 91 

Jul 92 


Jul 93 

Jul 94 

Jul 95 

Jul 96 

Jul 97 

Jul 98 

Jul 99 

Jul 00 

Vegetationsmodell 4C 

Vegetationsmodell VEGEN 

Abb. 10-6: Simulation des Blattflächenindexes (LAI) mit den beiden Vegetationsmodellen 

in ArcEGMO-PSCN für das EZG Markungsgraben 

Unterteilung des Gebietsabflusses in einzelne Abflusskomponenten: 

ArcEGMO-PSCN unterteilt den simulierten Gebietsabfluss in die Abflusskomponenten 

Oberflächenabfluss, hypodermischer Direktabfluss (Interflow aus der Bodenzone), 

schneller und langsamer Grundwasserabfluss. Es wird dabei zwischen 

der Abflussbildung R auf den einzelnen Hydrotopen und den Abflussanteilen QR 

am Gewässerdurchfluss (Abflusskonzentration) unterschieden. Deren Mengenanteile 

als Mittel über den Simulationszeitraum gibt Tab. 10-1 wieder. 

Tab. 10-1: Anteil der einzelnen Abflusskomponenten am simulierten Gebietsabfluss von 

Markungsgraben und Forellenbach (Simulationszeitraum: 1.1.1991-31.12.2004) 

Abflusskomponente [%] Markungsgraben Forellenbach 

Oberflächenabfluss QRd 0,7 1,1 

Hypodermischer Direktabfluss QRint 39,8 38,1 

Schneller Grundwasserabfluss QRG1 29,6 9,0 

Grundwasserabfluss QRG2 29,8 51,7 

Jul 01 

Jul 02 

Jul 03 

Jul 04



Die in einem Hydrotop gebildeten Anteile am Oberflächenabfluss RD und am hypodermischen 

Abfluss Rint hängen direkt von der Hangneigung und der hydraulischen 

Leitfähigkeit der einzelnen Bodenhorizonte ab. Insbesondere auf teilversiegelten 

oder vegetationsarmen Flächen steigt der Anteil des Oberflächenabflusses im Vergleich 

zu den übrigen, auf dieser Fläche gebildeten Abflusskomponenten. Diese 

Hydrotope sind in Abb. 10-7 als RD-dominierte Areale hervorgehoben. 

Da für das Untersuchungsgebiet kein Grundwasserströmungsmodell vorhanden 

ist, wurde die Grundwasserdynamik durch ein Einzellinearspeicherkonzept nachgebildet. 

Jedem dieser Speicher sind Hydrotope mit entsprechenden Eigenschaften 

zugeordnet. Die einzelnen Speisungsflächen für die Grundwasserkomponenten 

RG1 und RG2 sind in Abb. 10-7 dargestellt. Bei der Ausweisung wurde davon ausgegangen, 

dass nur ein geringer Anteil der aus den gekappten Böden der Hochlagen 

perkolierenden Bodenlösung in das Kluftsystem des anstehenden Gesteins 

einsickern kann. Der überwiegende Teil wird an der Grenze Boden-Festgestein 

sehr schnell talabwärts fließen. Eine Sonderstellung innerhalb der Grundwasserspeisungsflächen 

nehmen die grundwasserbeeinflussten Feuchtflächen (Auenbereiche, 

Nieder- und Übergangsmoore) ein, da sie in verdunstungsintensiven Perioden 

als Grundwasser-Zehrflächen wirken. Details zum Einzellinearspeicherkonzept 

zur Abbildung der Grundwasserdynamik in ArcEGMO werden in Becker et al. 

(2002) gegeben. 

Abb. 10-7: Hydrotopklassifizierung entsprechend ihrer Abflussdominanz (RD - Direktabfluss, 

RG1 - schneller Grundwasserabfluss, RG2 - langsamer Grundwasserabfluss) 

Bei der Bewertung der simulierten Abflusskomponenten muss jedoch die Unterschätzung 

der hohen Abflussspitzen insbesondere in den Hochlagen beachtet



werden. Diese räumlich begrenzte, extrem schnelle Abflusskomponente könnte 

eventuell bei Reduzierung der Grundwasserkomponenten dem hypodermischen 

Direktabfluss (lateraler Abfluss aus wassergesättigten Bodenschichten) zugeordnet 

werden. Diese Vermutung wird auch von den Tritiumanalysen zur Quantifizierung 

des Basisabflusses RG2 im Markungsgrabengebiet (Kap. 7.1, Tab. 7-2) und den 

Ganglinienanalysen (Kap. 6.2) gestützt. So werden für dieses EZG mit ArcEGMO- 

PSCN für die langsame Grundwasserkomponente mittlere Abflussbeiträge von 

392 mm/a berechnet, die sehr gut mit den Ergebnissen der Tritiumanalyse 

(398 mm/a) übereinstimmen. Der mit DIFGA berechnete 31% Anteil von QG2 am 

Gesamtabfluss (Tab. 6-3) liegt ebenfalls in der gleichen Größenordnung wie die 

Modellergebnisse (Tab. 10-1). 

Die gute Übereinstimung der Ergebnisse der unterschiedlichen Methoden für das 

EZG des Markungsgrabens wird weiterhin durch die Übereinstimmung von simuliertem 

(1347 mm/a) und beobachtetem Gebietsabfluss (1371 mm/a) im jährlichen 

Mittel von 1992 bis 2004 bestätigt (s. Tab. 10-2). Hier sind neben den simulierten 

Abflusskomponenten auch der als Input verwendete korrigierte Niederschlag P, die 

berechnete potentielle und reale Verdunstung (PET und AET) als Gebietsmittel 

sowie die Modellbilanz (P-AET-R) und der simulierte und gemessene Abflussbeiwert 

R/P angeführt. Positive Bilanzwerte bedeuten, dass Niederschläge aus dem 

aktuellen hydrologischen Jahr erst im darauffolgenden hydrologischen Jahr abflusswirksam 

werden und dann dort überhöhte Abflussbeiwerte suggerieren (z.B. 

Übergang 1998/1999), die aber allein witterungsbedingt sind. 

Tab. 10-2: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten und gemessene Abflüsse RM im 

Einzugsgebiet des Markungsgrabens (1.11.1991–31.10.2004) in mm/a 

hydr. 

Jahr 

P PET AET AET 

PET 

R QRd QRint QRG1 QRG2 Bilanz R/P RM RM 

GNMG 

1992 1658 521 435 0.83 1079 9 436 292 342 144 0.65 1022 0.61 

1993 1700 547 503 0.92 1289 10 549 359 371 -92 0.76 1188 0.67 

1994 1732 530 474 0.89 1275 10 498 377 390 -17 0.74 1107 0.60 

1995 2205 465 409 0.88 1797 13 719 646 418 -2 0.82 1724 0.77 

1996 1470 485 432 0.89 1019 8 421 212 377 19 0.69 942 0.62 

1997 1556 522 468 0.90 1137 9 469 296 364 -49 0.73 1331 0.88 

1998 1902 489 418 0.86 1296 10 546 381 359 187 0.68 1400 0.81 

1999 1688 457 360 0.79 1515 10 564 509 432 -187 0.90 1798 1.02 

2000 2039 492 374 0.76 1642 12 622 583 425 23 0.81 1717 0.87 

2001 1664 496 372 0.75 1295 9 515 369 401 -3 0.78 1416 0.83 

2002 2333 479 373 0.78 1879 14 733 695 437 81 0.81 1731 0.75 

2003 1448 558 373 0.67 1155 8 444 295 407 -79 0.80 1043 0.74 

2004 1470 437 345 0.79 1139 8 455 304 370 -13 0.77 1398 0.92 

Ø 1759 498 410 0.82 1347 10 536 409 392 1 0.76 1371 0.78 

In Abb. 10-8 sind die simulierten Abflusskomponenten den gemessenen Durchflüssen 

gegenübergestellt. Die simulierte Abflusszusammensetzung erscheint abgesehen 

von der Unterschätzung der Direktabflussanteile bei Hochwasserereignissen 

plausibel.



0.8 

0.6 

0.4 

0.2 


hypodermischer Direktabfluss 

schnelles Grundwasser 

Grundwasser 

Messwerte 

0.0 

1.1.98 1.7.98 1.1.99 1.7.99 1.1.00 1.7.00 1.1.01 1.7.01 1.1.02 1.7.02 1.1.03 1.7.03 1.1.04 

Abb. 10-8: Simulierte Abflusskomponenten des Markungsgrabens für die Periode 1998- 

2003 

Leider ergibt sich für das Forellenbachgebiet keine so schlüssige Übereinstimmung 

zwischen Beobachtungen, Analyse- und Simulationsergebnissen. Obwohl auch 

hier scheinbar eine plausible Unterteilung des Gebietsabflusses in seine einzelnen 

Komponenten simuliert wurde (Abb. 10-9), treten große Abweichungen der Modellergebnisse 

zu den Ergebnissen der Tritium- und Ganglinienanalysen und der 

beobachteten Abflussspende R auf. Kontinuierlich wird R durch das Modell mit 

durchschnittlich 135 mm/a überschätzt (s. Tab. 10-3 und Abb. 10-11). Dieses 

schlechte Ergebnis verdeutlicht noch einmal, wie unsicher eine Simulationsbewertung 

allein anhand des Effizienzkriteriums nach Nash/Sutcliff (Gleichung 11) ist. 

0.3 

0.2 

0.1 


hypodermischer Direktabfluss 

schnelles Grundwasser 

Grundwasser 

Messwerte 

0.0 

1.1.98 1.7.98 1.1.99 1.7.99 1.1.00 1.7.00 1.1.01 1.7.01 1.1.02 1.7.02 1.1.03 1.7.03 1.1.04 

Abb. 10-9: Simulierte Abflusskomponenten des Forellenbaches für die Periode 1998-2003



Tab. 10-3: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten und gemessene Abflüsse RM im 

Einzugsgebiet des Forellenbachs (1.11.1991 – 31.10.2004) 

hydr. 

Jahr 

P PET AET AET 

PET 

R QRd QRint QRG1 QRG2 Bilanz R/P RM RM 

GNFB 

1992 1526 537 482 0.90 901 13 372 21 494 144 0.59 822 0.55 

1993 1557 555 524 0.95 1070 12 451 20 587 -38 0.69 932 0.60 

1994 1557 540 507 0.94 1142 13 405 103 621 -92 0.73 968 0.61 

1995 1977 503 461 0.92 1453 18 602 199 634 63 0.74 1232 0.62 

1996 1326 515 479 0.93 908 11 334 4 560 -61 0.68 747 0.57 

1997 1408 548 516 0.94 971 11 387 21 551 -79 0.69 892 0.62 

1998 1646 542 505 0.93 923 12 401 28 481 219 0.56 855 0.55 

1999 1505 494 447 0.91 1372 13 446 264 648 -315 0.91 1171 0.75 

2000 1873 530 457 0.86 1360 17 517 248 578 56 0.73 1244 0.68 

2001 1530 531 455 0.86 1064 12 425 31 596 11 0.70 1022 0.67 

2002 2214 523 451 0.86 1656 21 623 332 680 107 0.75 1434 0.65 

2003 1304 593 459 0.77 1085 10 351 109 613 -240 0.83 892 0.70 

2004 1337 480 397 0.83 940 11 372 18 538 -1 0.70 869 0.62 

Ø 1597 530 472 0.89 1142 13 437 108 583 -17 0.72 1006 0.63 

Der mit ArcEGMO berechneten langsamen Basisabfluss QRG2= 580 mm/a (37% 

des Gebietsniederschlages) liegt durchschnittlich um 160 mm/a über den Resultaten 

der Ganglinien- und Isotopenanalysen, die beide den identischen Wert von 

419 mm/a erbrachten (Tab. 6-2, Tab. 7-2). Die Folge davon sind zu hoch simulierte 

Niedrigwasserabflüsse (s. Abb. 10-4). 

Mögliche Ursachen für diese Abweichungen können u. a. eine Überschätzung des 

Gebietsniederschlages oder eine Unterschätzung der Gebietsverdunstung sein. Da 

die simulierten Gebietsniederschläge sehr gut mit den messwertgestützten Angaben 

in Tab. 4-5 übereinstimmen, kann wohl die erste Annahme ausgeklammert 

werden. 

Das Ganglinien-Separationsverfahren DIFGA weist für das Forellenbachgebiet 

eine mittlere Verdunstung von 739 mm/a aus. Dieser Wert ergibt sich, wie in 

Kap. 6.1 erläutert, aus der Auswertung der gemessenen Durchflüsse und der korrigierten 

Niederschläge, die jedoch mit 1710 mm/a um etwa 100 mm/a zu hoch 

angesetzt sind. Das heißt, im langjährigen Mittel ist die dort ausgewiesene Verdunstung 

gleich der Differenz zwischen beobachtetem Niederschlag und Durchfluss. 

Obwohl davon ausgegangen werden muss, dass die Transpiration in ArcEGMO 

durch das Vegetationsmodell etwas unterschätzt wurde, erscheinen die 

DIFGA-Verdunstungsmengen unrealistisch. Selbst bei Nutzung anderer Verfahren 

(z.B. Penman-Methode unter Einbeziehung der Windverhältnisse) lag die berechnete 

potenzielle Verdunstung (PET) mit im Mittel 600 mm/a unter diesen Werten 

(s. Abb. 11-4 links oben). Diese Unstimmigkeiten der Ergebnisse der einzelnen 

Methoden zeigen, dass für das EZG des Forellenbachs noch weiterer Forschungsbedarf 

zum Gebietswasserhaushalt besteht. 

Der in Tab. 10-1 auffällig höhere Oberflächenabflussanteil im Vergleich zum Markungsgraben 

wird durch den höheren Flächenanteil von Wegen im EZG des Forellenbachs 

(Tab. 3-6 und Abb. 10-7) erklärt. Der hypodermische Abflussanteil Rint 

wird allein in der Bodenzone in temporär wassergesättigten Schichten gebildet (s. 

Modellbeschreibung im Anhang A-4). Der für das EZG Forellenbach simulierte 

Anteil liegt nur geringfügig unter dem Wert für das Markungsgrabengebiet (Tab.



10-1). Ursache dieses erstaunlichen Ergebnisses sind die tiefgründigeren Böden 

der mittleren Hanglagen im Vergleich zu den gekappten Böden der Hochlagen. So 

kann trotz geringerer Hangneigung (8,4° gegenüber 16° im EZG Markungsgraben) 

mehr Niederschlag über diesen Pfad abflusswirksam werden. 

Da der Wasserhaushalt stark von den meteorologischen Bedingungen auch im 

Vorjahr bestimmt wird, müssen immer längere Perioden und möglichst relativierte 

Größen betrachtet werden, um Borkenkäfer-induzierten Effekte zu erkennen. In 

den folgenden Abbildungen wurden deshalb die Veränderungen der berechneten 

Abflussbeiwerte und der Verhältnisse zwischen realer und potentieller Verdunstung 

über den gesamten Simulationszeitraum dargestellt. 

AET/ PET und R/P 

1.2 

1.1 

1.0 

0.9 

0.8 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

Markungsgraben: 

AET/PET R/P R/P Messung P 

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

hydrologisches Jahr 

Abb. 10-10: Veränderung der Verhältnisse zwischen den Wasserhaushaltskomponenten 

Niederschlag P, Verdunstung (potentiell: PET, real: AET) und Abflussspende R 

im EZG Markungsgraben 

Es zeigt sich, dass in beiden Gebieten erst ab dem hydrologischen Jahr 1999 eine 

deutliche Veränderung beider Größen zu verzeichnen ist. Dieses Simulationsergebnis 

wird durch die beobachteten Abflussbeiwerte (R/P Messung in Abb. 

10-10 und Abb. 10-11) gestützt. Die dabei schon 1997 aufgetretene Erhöhung von 

R/P im Markungsgrabengebiet (hellgraue Säule in Abb. 10-10: Quotient aus GNMG 

aus Tab. 4-5 und RM) kann nicht eindeutig auf die einsetzende Ausweitung der 

Totholzflächen zurückgeführt werden. 

0 

1000 

2000 

3000 

4000 

5000 

6000 

7000 

8000 

P [mm]



AET/ PET und R/P 

1.2 

1.1 

1.0 

0.9 

0.8 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

Forellenbach: 

AET/PET R/P R/P Messung P 

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

hydrologisches Jahr 

Abb. 10-11: Veränderung der Verhältnisse zwischen den Wasserhaushaltskomponenten 

Niederschlag P, Verdunstung (potentiell: PET, real: AET) und Abflussspende R 

im EZG Forellenbach 

0 

1000 

2000 

3000 

4000 

5000 

6000 

7000 

8000 

P [mm]



10.2 Wasserhaushaltssimulation für das EZG der TWT Frauenau 

10.2.1 EZG Hirschbach 

Die erreichte Anpassungsgüte für die beiden Zuflüsse der TWT Frauenau ist aufgrund 

der schlechteren Eingangsdatenbasis geringer als für das EZG der Großen 

Ohe und ihrer beobachteten Teileinzugsgebiete. Wie der Nash/Sutcliffe-Wert (Gl. 

10-1) von E=0,55 und die in Abb. 10-12 dargestellten Ganglinien am RHB Hirschbach 

verdeutlichen, ist die Übereinstimmung zwischen Beobachtungen und Simulation 

befriedigend. Obwohl auch hier wieder die Hochwasserspitzen deutlich durch 

das Modell unterschätzt werden, werden im Mittel die richtigen Gebietsabflussmengen 

simuliert (Vergleich Simulationswert R zu beobachteten Wert RM in Tab. 

10-4). Das wird auch durch die in Abb. 10-13 gegenübergestellte Dynamik der 

Abflussbeiwerte belegt. 

6 

Q 

[m³/s] 

5 

4 

3 

2 

1 

Messwert RHB Hirschbach 

Simulation 

0 

Jan 1997 Jan 1998 Jan 1999 Jan 2000 Jan 2001 Jan 2002 Jan 2003 Jan 2004 Jan 2005 

Abb. 10-12: Gemessene und simulierte Durchflüsse Q am RHB Hirschbach 

0.8 

R/P 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

0.3 

R H B H irsch bach 

M essw erte R 


y = 0.0014x + 0.6161 

R 2 = 0.015 

y = 0.0033x + 0.5731 

R 2 = 0.0737 

Simulation mit VEG EN 

Linear (M essw erte R) 

Linear (Simulation mit 4C) 

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abb. 10-13: Abflussbeiwerte (Abflussfluss R/ Niederschlag P) der hydrologischen Jahre 

1986 bis 2004 für das EZG Hirschbach auf der Basis simulierter Gebietsniederschläge 

und gemessener bzw. simulierter Durchflüsse am Pegel RHB Hirschbach



Bei den in Tab. 10-4 aufgeführten Abflussanteilen handelt es sich um die auf den 

einzelnen Hydrotopen gebildeten Jahressummen. Da in den simulierten Gebietsabfluss 

Rsim auch die Gebietsretention mit einfließt, kann es in einzelnen Jahren zu 

größeren Abweichungen zwischen diesen Mengen und dem eigentlich durchflusswirksamen 

Gebietsabfluss kommen. 

Tab. 10-4: Simulierte Wasserhaushaltskomponenten für das EZG Hirschbach, Vergleich 

mit den gemessenen Gebietsabflüssen RM an der Vorsperre der TWT Frauenau 

HydJahr P PET AET 

AET 

PET 

RO Rint RG Rsim RM 

1986 1711 488 491 1,01 13 888 300 800 971 

1987 1961 418 437 1,05 15 1185 360 1401 1329 

1988 1906 471 489 1,04 15 1045 342 1287 823 

1989 1700 467 478 1,02 13 888 278 1073 932 

1990 1397 528 510 0,97 10 682 190 838 763 

1991 1331 478 480 1,00 9 700 198 825 849 

1992 1610 527 526 1,00 12 695 250 864 808 

1993 1607 536 567 1,06 11 842 252 982 946 

1994 1648 538 541 1,01 12 816 256 1007 977 

1995 2054 480 493 1,03 16 1165 373 1365 1434 

1996 1372 463 483 1,04 10 661 203 808 778 

1997 1476 508 509 1,00 10 756 218 908 890 

1998 1694 489 496 1,02 12 841 242 922 875 

1999 1716 479 487 1,02 13 981 345 1294 1301 

2000 1965 510 546 1,07 15 1017 376 1255 1145 

2001 1604 517 539 1,04 12 783 244 940 970 

2002 2210 469 486 1,04 17 1254 418 1471 1526 

2003 1340 588 540 0,92 9 636 183 871 876 

2004 1378 485 487 1,00 10 655 200 772 825 

Ø 1667 497 505 1,02 12 868 275 1036 1001 

Obwohl Abb. 10-13 einen leichten Anstieg sowohl der gemessenen als auch der 

simulierten Abflussbeiwerte im Beobachtungszeitraum zeigt, verdeutlichen die in 

Tab. 10-4 enthaltenen Wasserhaushaltskomponenten, dass es sich hier nicht um 

eine signifikant durch den Borkenkäfer verursachte Veränderung handelt. Voraussetzung 

dafür wäre, dass gleichzeitig das Verhältnis zwischen realer (AET) und 

potentieller Verdunstung (PET) abnehmen müsste. Bis auf die beiden warmen 

Trockenjahre 1990 und 2003 übersteigen jedoch die realen Verdunstungsmengen 

die PET, was auf ein relativ ungestörtes Waldökosystem schließen läst. Der Anteil 

von 5,3% der ausgeräumten Borkenkäfernester an der Gesamteinzugsgebietsfläche 

ist demnach zu klein, um nachweisbare Auswirkungen auf den Wasserhaushalt 

zu haben.



10.2.2 EZG Kleiner Regen 

Obwohl das Verfahren nach Nash/Sutcliffe mit E=0,51 keine wesentlich schlechtere 

Effizienz an der Vorsperre des Kleinen Regens zur TWT Frauenau ergibt, und 

die Dynamik von simulierter und beobachteter Ganglinie sich visuell nicht wesentlich 

unterscheidet (Abb. 10-14), ist die Modellierung hier als kritisch einzuschätzen. 

8 

Q 

[m³/s] 

6 

4 

2 

RHB Kleiner Regen 

Messung 

Simulation 

0 

Jan 1997 Jan 1998 Jan 1999 Jan 2000 Jan 2001 Jan 2002 

Abb. 10-14: Gemessene und simulierte Durchflüsse Q an der Vorsperre des Kleiner Regen 

1.0 

R/P 

0.9 

0.8 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

0.3 

0.2 

VS Kleiner Regen 

y = 0.0029x + 0.7403 

R 2 = 0.0478 

y = 0.0057x + 0.5916 

R 2 = 0.2175 

R(Messung)/P(Sim ulation) 

Sim ulation m it 4C 

Sim ulation m it VEGEN 

Linear (R(Messung)/P(Sim ulation)) 

Linear (Sim ulation m it VEGEN) 

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 


1986 bis 2004 für das EZG Kleiner Regen auf der Basis simulierter Gebietsniederschläge 

und gemessener bzw. simulierter Durchflüsse am Pegel RHB Kleiner 

Regen 

Abb. 10-15 zeigt, dass mit ArcEGMO-PSCN deutlich höhere Abflussbeiwerte bestimmt 

wurden, als sich aus Division der gemessenen Durchflüsse mit den modellierten 

Gebietsniederschlägen ergeben (s. Tab. 10-5). Das Bild gestaltet sich für 

die zwei Quelleinzugsgebiete des Kleinen Regens genau umgekehrt. Für beide 

wird ein mittlerer Abflussbeiwert von 0,76 berechnet, während die Quotienten aus 

gemessenen Abflüssen und simulierten Gebietsniederschlägen wesentlich höher 

sind. Legt man für das EZG des Verlorenen Schachtenbachs eine Gebietsgröße



von 0,8 km² zugrunde, so ergeben sich bis auf 1998 und 2000 Abflussbeiwerte von 

über Eins. Aber auch die Quelle des Kleinen Regen erreicht diese unrealistischen 

Werte, wenn mit einer Gebietsgröße von 2,06 km² gerechnet wird. 

1.8 

R/P 1.6 

1.4 

1.2 

1.0 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0.0 

Simulation Verlorener Schachtenbach 

Simulation Quelle Kleiner Regen 

Messwert Verlorener Schachtenbach 

Messwert Quelle Kleiner Regen 

1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 


1986 bis 2004 für die EZG des Verlorenen Schachtenbachs sowie des Quellgebietes 

des Kleinen Regens auf der Basis simulierter Gebietsniederschläge und 

gemessener bzw. simulierter Durchflüsse 

25 

R [mm/d] 

20 

15 

10 

5 

VS Kleiner Regen Herbstriegel Rachelhütte Verlorener Schachtenbach 

0 

01.11.1985 01.11.1987 31.10.1989 31.10.1991 30.10.1993 30.10.1995 29.10.1997 29.10.1999 28.10.2001 28.10.2003 

Abb. 10-17: Beobachtete Gebietsabflüsse R [mm/d] im EZG Kleiner Regen als 30-tägiges 

gleitendes Mittel 

Über Ursachen kann mangels verfügbarer meteorologischer und räumlicher Daten 

nur spekuliert werden. Vergleicht man die beobachteten Teilgebietsabflüsse untereinander, 

so werden schon hier Unstimmigkeiten deutlich. Die Abflüsse des EZG 

Verlorener Schachtenbachs liegen deutlich über denen der anderen Gebiete. Nur 

im Zeitraum 1995 bis 2000 ist eine Annäherung zu beobachten.



Wie Eingangs erwähnt, liegen die Einzugsgebiete des Verlorenen Schachtenbachs 

und der Quellbereich des Kleinen Regen bis zur Rachelhütte großteils auf tschechischem 

Gebiet (s. Abb. 10-18). Hierfür standen keine genauen Raumdaten (inklusive 

Totholzkartierungen) zur Verfügung. Beide Gebiete im Hochplateaubereich 

weisen große Moorareale auf. Inwieweit die Gebietsgrößen richtig bestimmt wurden, 

und welche nassflächenspezifische Prozesse hier zum Tragen kommen, 

konnte im Rahmen dieses Projektes nicht geklärt werden. 

Abb. 10-18: EZG Kleiner Regen mit den ausgewiesenen Teilregionen 

Werden die simulierten Wasserhaushaltsgrößen räumlich auf Teilregionsebene (s. 

Abb. 10-18) und zeitlich für die hydrologischen Jahre aggregiert, so ergibt sich die 

in Tab. 10-5 dargestellte Entwicklung. Der in Abb. 10-15 erkennbare Aufwärtstrend 

der Abflussbeiwerte wird allein durch die Entwicklung in den Regionen 1 und 5 

(Nordflanke Rachel und Kleiner Rachel) bewirkt, die wesentlich stärker als Region 

2 vom Borkenkäfer betroffen ist. Bei linearer Regression des simulierten Verhältnisses 

zwischen realer und potentieller Verdunstung ergeben sich hier Koeffizienten 

von –0,0027 (Region 1) bzw. –0,0035 (Region 5). Im übrigen Gebiet wird keine 

Änderung simuliert. Besonders für das Gebiet des Schachtenbachs ist das jedoch 

anzuzweifeln, da hier der Anteil der betroffenen Waldflächen bestimmt unterschätzt 

wurde. Ursachen für die oben angesprochene Unterschätzung der Abflüsse in den 

südwestlichen Bereichen bei gleichzeitiger Überschätzung des Gebietsabflusses 

könnten die zu hoch simulierten Gebietsniederschläge und eine Unterschätzung 

des Retentionsvermögens der Region 1 sein. 

Die unbefriedigenden Ergebnisse der Modellvalidierung für das EZG des Kleinen 

Regens erlauben keine Szenariosimulationen auf der Basis des gegenwärtig erstellten 

Gebietsmodells.



Tab. 10-5: Simulierte Niederschläge P, Verdunstungsmengen AET und Verhältnisse AP 

zwischen realer und potentieller Verdunstung in den Teilregionen des EZG 

Kleiner Regen, Gegenüberstellung von simulierten und beobachteten Abflüssen 

an den Pegeln



11 Szenariosimulationen zur Quantifizierung des Einflusses 

der Waldschäden auf den Gebietswasserhaushalt 

11.1 Referenz- und Modellszenario 

Nachdem durch ausführliche Modellvalidierungen die prinzipielle Eignung des Simulationsmodells 

für die Untersuchung des Einflusses des Borkenkäferbefalls auf 

den Gebietswasserhaushalt der Großen Ohe nachgewiesen worden ist, wurden im 

Folgenden Simulationsexperimente zur Untersuchung dieser Fragestellung durchgeführt. 

Grundgedanke war, den Einfluss aller übrigen Einflussgrößen auf den 

Gebietswasser- und Stoffhaushalt zu eliminieren. Die Überprägung der Wirkungen 

des Borkenkäferbefalls insbesondere durch Witterungsereignisse erschwert die 

Interpretation von beobachteten Effekten, wie in den vorangegangenen Kapiteln 

deutlich wurde. 

Die validierten Simulationen des Ist-Zustandes, der durch Folgewirkungen des 

Fichtensterbens geprägt ist, dienen als Referenzszenario. Diesem wurde ein Szenario 

ohne Borkenkäfermassenentwicklung, aber ansonsten identischen Standortbedingungen 

gegenübergestellt. Es wird im Folgenden als Szenario „Kein 

Borkenkäfer“ (KB-Szenario) bezeichnet. Die Unterschiede zwischen Referenz- und 

KB-Szenario werden als primär durch den Borkenkäferbefall verursachte 

Veränderungen interpretiert. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass 

hydrologische Einzugsgebiete keine linearen Systeme sind. Eine Störung im 

System kann unterschiedliche Reaktionen in Abhängigkeit von den konkreten 

Standortbedingungen auslösen. In Mischbeständen kann z.B. ein Absterben der 

schwächeren Bäume im Unterstand allein durch den Konkurrenzdruck simuliert 

werden. Beim Referenzszenario würden diese Bäume überleben, da die 

dominierenden Fichten dem Borkenkäfer zum Opfer fallen. In beiden Fällen sind 

Auswirkungen sowohl auf den Wasser- als auch auf den Stickstoffhaushalt des 

Gebietes zu erwarten. 

11.2 Veränderungen des Wasserhaushalts und des Gebietsabflusses 

Vor Beginn der Untersuchungen auf Einzugsgebietsebene erfolgte die Anwendung 

des Simulationsexperimentes auf die beiden Intensivmessflächen im Forellenbachgebiet 

(vgl. Kapitel 9). In Abb. 11-1 sind die Veränderungen in den Monatssummen 

der Grundwasserneubildung GWN, des hypodermischen Abflusses aus 

der Bodenzone Rint und der realisierten Verdunstung dargestellt. Entsprechend des 

Schädigungsgrades und der Bestandeszusammensetzung ist die Wirkung des 

Borkenkäferbefalls unterschiedlich. Auf beiden Flächen wird übereinstimmend eine 

Abnahme der Verdunstung und eine Zunahme der Abflüsse (GWN und Rint) simuliert; 

die Veränderungen sind jedoch auf der Buchen-Fichten-Fläche B1 nicht gravierend. 

Hier reagieren die gutwüchsigen Buchen fast sofort mit gesteigerten 

Wuchs- und Transpirationsleistungen auf den wegfallenden Konkurrenzdruck der 

Fichten, so dass die Veränderungen der Wasserhaushaltskomponenten moderat 

bleiben. Im Fichtenbestand kommt es dagegen zu einer Erhöhung des Abflusses 

(Sickerwasserrate GWN + hypodermischer Abfluss Rint) um bis zu 65 mm/Monat.



Abb. 11-1: Monatliche Veränderung der Wasserhaushaltskomponenten Sickerwasserrate 

(GWN), Interflow (Rint) und Verdunstung (AET) auf den Versuchsflächen B1 und 

F1 des ECE-IM, schwarzer Pfeil: entscheidende Bestandesveränderungen auf 

F1 (Fichten auf 40% bzw. 85% der Fläche abgestorben), Grauer Pfeil : Fichten 

auf 40% von B1 abgestorben 

Dieses Phänomen spiegelt sich auch in den Einzugsgebieten wider. Die Simulationsexperimente 

bestätigen, dass der Einfluss der Totholzflächen auf den Gebietsabfluss 

um so größer ist, je höher der Anteil der Fichten in der herrschenden 

Schicht der Bestände ist. 

Exemplarisch werden im folgenden die Ergebnisse der Szenariountersuchungen 

für die Einzugsgebiete des Markungsgrabens und des Forellenbachs dargestellt. 

Abb. 11-2 und Abb. 11-3 zeigen die Differenzen zwischen den mit beiden Szenarios 

berechneten Jahressummen der wichtigsten Wasserhaushaltskomponenten 

und deren Veränderungen im Simulationszeitraum. Mit Beginn des Borkenkäferbefalls 

wird in beiden Gebieten eine sofortige Abnahme der Interzeptionsverdunstung 

simuliert. Diese hat jedoch noch keine Auswirkungen auf den Gebietswasserhaushalt, 

da gleichzeitig alle übrigen Verdunstungskomponenten geringfügig ansteigen. 

Wie schon für den Buchen-Fichten-Bestand B1 simuliert wurde, kommt es sogar 

zu einem kleinen Anstieg der Transpiration, bis diese nach Erreichen eines bestimmten 

Gebietsanteils an Totholzflächen spürbar abnimmt. Erst dann wird 

gleichzeitig ein Anstieg des Gebietsabflusses simuliert. Dieser Schwellenwert ist 

für beide Gebiete unterschiedlich. Er liegt im Markungsgrabengebiet bei etwa 50%,



im Forellenbach jedoch schon bei 20% Totholzflächenanteil. Mögliche Ursache ist 

die unterschiedliche Form beider Einzugsgebiete. 

100 

% 

50 

0 

150 

mm/a 100 

50 

0 

-50 

-100 

-150 

-200 

Flächenanteil Totholz Markungsgraben 

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Interzeptionsverdunstung 

Schnee- und Muldenspeicherverdunstung 

Bodenevaporation 

Transpiration 

Abfluss 

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abb. 11-2: Vergleich der Veränderungen der wichtigsten Wasserhaushaltsgrößen durch 

die Borkenkäferkalamität (Differenz der Jahressummen berechnet mit Referenzsimulation 

und KB-Szenario) 

100 

% 

50 

0 

80 

mm/a 

40 

0 

-40 

-80 

-120 

Flächenanteil Totholz Forellenbach 

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Interzeptionsverdunstung 

Schnee- und Muldenspeicherverdunstung 

Bodenevaporation 

Transpiration 

Abfluss 

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abb. 11-3: Vergleich der Veränderungen der wichtigsten Wasserhaushaltsgrößen durch 

die Borkenkäferkalamität (Differenz der Jahressummen berechnet mit Referenzsimulation 

und KB-Szenario); EZG Forellenbach



Die Hauptursache wird aber in den unterschiedlichen und vegetationsunabhängigen 

hydrologischen Bedingungen in beiden Gebieten liegen. Schon im ungestörten 

Zustand unterscheiden sich Verdunstungspotential und realisierte Verdunstung 

beider Teilgebiete beachtlich (s. Abb. 11-4, links). Neben den ungünstigen meteorologischen 

Bedingungen beeinflusst die geringe Wasserspeicherkapazität der 

geringmächtigen (ca. 30 cm) und extrem skelettreichen Böden in den Hochlagen 

(Ranker und Hochlagen-Braunerde) die Verdunstungssituation im Markungsgrabengebiet 

negativ. Demzufolge sind hier die absoluten Veränderungen bodenwasserbeeinflusster 

Verdunstungskomponenten wie die Transpiration geringer als es 

normalerweise beim Totalzusammenbruch der Bestände zu vermuten wäre. 

Abb. 11-4: Entstehungsorte und Mengen des simulierten Wasserhaushaltskomponenten 

PET (nach Penman), AET (links) sowie hypodermischer Abfluss und Perkolation 

aus der Bodenzone (rechts) 

In beiden Gebieten tritt nach einer steilen Phase der Abnahme von Transpiration 

und Interzeptionsverdunstung eine Beruhigung mit abnehmendem Flächenzuwachs 

der Totholzareale ein. Dies erscheint durch die mittlerweile beginnende 

Sukzession und den beobachteten Vegetationszuwachs an den verbliebenen 

Bäumen plausibel. Gleichzeitig ist in beiden Gebieten eine Stabilisierung der Abflüsse 

auf dem erhöhten Niveau zu erkennen, was auch durch die beobachtete 

Entwicklung der Abflussbeiwerte (Abb. 10-10, Abb. 10-11) gestützt wird. Hinsichtlich 

der Gebietsmittel der Wasserhaushaltskomponenten Interflow und Perkolation 

aus der Bodensäule scheint auch langsam eine Beruhigung einzutreten.



Änderung [mm/a] 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

-10 

Zunahme Sickerwasser im EZG Markungsgraben 

Zunahme Sickerwasser im EZG Forellenbach 

Zunahme Interflow im EZG Markungsgraben 

Zunahme Interflow im EZG Forellenbach 

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abb. 11-5: Zunahme der Sickerwassermengen und des Interflows im Vergleich zum KB- 

Szenario als Gebietsmittel 

Eine weitere Auswirkung der Borkenkäferkalamität ist die Veränderung der Abflussdynamik 

(Abb. 11-6 und Abb. 11-7). Ursache hierfür sind insbesondere die 

Veränderung der Schneedeckendynamik durch veränderte Strahlungsverhältnisse 

an der Bodenoberfläche sowie die höheren Bestandesniederschläge. Diese Veränderungen 

wirken sich vor allem in dem ehemals durch Fichtenreinbestände dominierten 

Markungsbachgebiet aus (Abb. 11-6). Hier wird das Auftreten von 

schmelzwasserinduzierten Hochwasserspitzen ca. 2 Wochen eher als unter ungestörten 

Beständen simuliert. 

100 

[%] 

50 

0 

400 

[mm] 

300 

200 

100 

0 


1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abfluss 

-100 

Jan. 93 Jan. 94 Jan. 95 Jan. 96 Jan. 97 Jan. 98 Jan. 99 Jan. 00 Jan. 01 Jan. 02 Jan. 03 Jan. 04 

Abb. 11-6: Zeitliche Verschiebung der Hochwasserspitzen durch den Borkenkäferbefall 

(kumulative Veränderung des Gebietsabflusses in täglicher Auflösung im Vergleich 

zum KB-Szenario); EZG Markungsgraben



Im EZG des Forellenbachs sind diese Veränderungen nicht so gravierend (Abb. 

11-7). Ursachen sind sowohl die ursprüngliche Bestandesmischung (Buchen- 

Fichten-Mischwald dominierend) als auch der geringere Gebietsanteil der 

Totholzflächen. 

100 

[%] Flächenanteil Totholz Forellenbach 

50 

0 

150 

[mm] 

100 

50 

0 

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 

Abfluss 

-50 

Jan. 93 Jan. 94 Jan. 95 Jan. 96 Jan. 97 Jan. 98 Jan. 99 Jan. 00 Jan. 01 Jan. 02 Jan. 03 Jan. 04 

Abb. 11-7: Zeitliche Verschiebung der Hochwasserspitzen durch den Borkenkäferbefall 

(kumulative Veränderung des Gebietsabflusses in täglicher Auflösung); EZG 

Forellenbach



11.3 N-Austrag in das Grundwasser 

Analog zur Veränderung der Wasserhaushaltsgrößen ist auch bei den simulierten 

Stickstoffausträgen aus der Bodenzone ein vom Borkenkäfer induzierter Anstieg 

ab 1998 festzustellen (Abb. 11-8). Dabei wurde nach Zusammenbruch der Bestände 

im EZG Markungsgraben zunächst eine Verringerung der Auswaschung simuliert. 

Ursache dafür sind Immobilisationsprozesse im Boden bei einem Überangebot 

von frischer organischer Substanz. 

Zusätzlicher N-Austrag [kg-N/ha Monat] 

15 

10 

5 

0 

-5 

"01.1993" 

"07.1993" 

"01.1994" 


Forellenbach 


Flächenanteil Totholz Forellenbach 

"07.1994" 

"01.1995" 

"07.1995" 

"01.1996" 

"07.1996" 

"01.1997" 

"07.1997" 

"01.1998" 

"07.1998" 

"01.1999" 

Abb. 11-8: Zunahme der Stickstoffausträge (NO3-N und NH4-N) aus der Bodenzone im 

Vergleich zum KB-Szenario als Gebietsmittel 

Nitrat [mg/l] 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

Grundwasser 


"07.1999" 

"01.2000" 

"07.2000" 

"01.2001" 

"07.2001" 

"01.2002" 

"07.2002" 

"01.2003" 

Grundwasser 

Forellenbach 

0 

87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 

Abb. 11-9: Gemessene Nitrat-Konzentrationen im Grundwasser (LfW et al., 2004) 

Dieses Simulationsergebnis wird durch die gemessenen Nitratkonzentrationen im 

Grundwasser (Abb. 11-9) bestätigt. Jedoch zeigen die Messwerte, dass fast zeitgleich 

mit dem Einsetzen der Stickstoffauswaschung aus der Bodenzone des EZG 

"07.2003" 

"01.2004" 

"07.2004" 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

Totholzflächenanteil [%]



Markungsgraben auch ein Anstieg der Nitratkonzentrationen an der Grundwassermessstelle 

im Forellenbachgebiet stattfindet. Die Stickstoffauswaschung aus 

der Bodenzone des EZG Forellenbach setzt aber entsprechend des Borkenkäferbefalls 

erst 2000 in größerem Umfang ein und erreicht auch dank der Bestandeszusammensetzung 

und des insgesamt mächtigeren Bodenspeichers lange nicht so 

hohe Werte wie im Markungsgrabengebiet (s. auch Abb. 11-10). Hier müssen zusätzliche 

laterale Fließwege existieren, die bislang nicht berücksichtigt wurden. 

Abb. 11-10: Jährliche Stickstoffauswaschung aus der Bodenzone (NO3-N und NH4-N) laut 

Referenzszenario mit den Entstehungsflächen 

Obwohl auf den meisten Flächen im Markungsgraben die jährlich ausgewaschenen 

Frachten langsam wieder zurückgehen, wird insgesamt noch keine Beruhigung 

der Situation simuliert.



12 Resümee 

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Auswirkungen der Borkenkäferkalamität 

auf den Wasser- und Stickstoffhaushalt unterschiedlich belasteter 

Gewässereinzugsgebiete im Nationalpark (NP) Bayerischer Wald. Der Schwerpunkt 

wurde dabei auf die Wirkungsanalyse bezüglich der Komponenten des Wasserhaushaltes 

gelegt. Durch die gleichzeitige Anwendung unterschiedlicher Methoden 

der hydrologischen Forschung sollten die einzelnen Ergebnisse so weit wie 

möglich wissenschaftlich abgesichert werden. Neben den beobachtungsorientierten 

Methoden der Ganglinienanalyse und isotopenhydrologischen Untersuchungen 

kam dabei auch ein dynamisches ökohydrologisches Einzugsgebietsmodell (ArcEGMO-PSCN) 

mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zum Einsatz. Im 

Gegensatz zu vorhergehenden Studien im Einzugsgebiet (EZG) der Großen Ohe 

konnten damit die Entstehungsräume der einzelnen Wasserhaushaltskomponenten 

besser untersucht werden. Erstmalig wurde dabei ein deterministisches Waldentwicklungsmodell 

(FORESEE) auf Bestandesbasis im Rahmen der 

gebietshydrologischen Untersuchungen angewandt. 

Die ausgewählten Einzugsgebiete von Großer Ohe, Kleiner Regen und Hirschbach 

sind unmittelbar benachbart und daher trotz kleinräumiger Unterschiede (z.B. Gebietsanteil 

von Mooren) hinsichtlich der naturräumlichen Ausstattung grundsätzlich 

vergleichbar. Ausschlaggebend für die Wahl der Gebiete war primär der unterschiedliche 

Befall ihrer Waldbestände durch den Borkenkäfer. 

Es zeigte sich, dass die Eingangsdatenbasis, insbesondere die Witterungsdaten 

und die z.T. als kritisch zu bewertenden Durchflussmessdaten, nur eine eingeschränkte 

Analyse der beiden Teileinzugsgebiete der Trinkwassertalsperre Frauenau 

(EZG Hirschbach und Kleiner Regen) erlaubten. Hier sollte in Zukunft die 

messtechnische Erfassung verbessert werden. Als ein erster Schritt wurde die 

Umverlegung einer Klimastation (nur Niederschlag und Luftfeuchte) von der Felsenkanzel 

(EZG Große Ohe) zur Schachtendiensthütte (EZG Kleiner Regen) sowie 

die Errichtung eines Totalisators an dieser Stelle initiiert. Die Probleme bei der 

Analyse und der Simulation der hydrologischen Prozesse in den Quellgebieten des 

Kleinen Regens können nur durch eine engere Kooperation mit den Kollegen des 

NP Sumava gelöst werden. Erste diesbezügliche Kontakte wurden im Rahmen des 

Projektes zwar aufgebaut, konnten aber durch fehlende Finanzierungsmöglichkeiten 

nicht weiter ausgebaut werden. 

Die Basis flächendifferenzierter gebietshydrologischer Untersuchungen sind ausreichende 

Standortinformationen zur Topographie, zu Landnutzung und Vegetation, 

zu den Böden, zur Hydrogeologie und zur Witterung. Deshalb wurden durch 

Zusammenführung von Basisinformationen aus unterschiedlichsten Quellen flächendeckende 

und (soweit wie möglich) parametrisierte Karten erstellt, welche die 

gesamte Fläche des NP Bayerischer Wald abdecken. Die in Form von ArcView- 

Shapes vorliegenden Karten stehen für eine breite Anwendung zur Verfügung. So 

wird die vereinheitlichte Totholzkarte bereits im Rahmen des NATURA-2000- 

Projektes eingesetzt. Im Rahmen des Projektes wurde für die EZG eine geprüfte 

und soweit erforderlich korrigierte meteorologische Datenbasis für den Zeitraum 

1.1.1980- 31.12.2004 erstellt. Die Daten der einzelnen Messstationen liegen in 

täglicher Auflösung als ASCII-Dateien vor, die problemlos in die unterschiedlichs-



ten Datenbanksysteme implementiert werden können. Hydrogeologische Rauminformationen 

zum Untersuchungsgebiet liegen nicht in der erforderlichen Auflösung 

vor. Dadurch wurde die Ausweisung der Bildungs- und Retentionsräume der unterirdischen 

Abflusskomponenten erschwert. 

Sowohl die Abflussanalysen als auch die Simulationen mit dem ökohydrologischen 

Modell ArcEGMO-PSCN erbrachten vergleichbare Ergebnisse bzgl. der Auswirkungen 

des Borkenkäferbefalls: 

• Der Befall lässt sich in drei Phasen untergliedern: 

o Phase 1 unbeeinflusst, d.h. intakte Waldbestände ohne großflächige 

Borkenkäferschäden, 

o Phase 2 Schock, schnelles Absterben der Fichten auf großen Arealen führt 

zur raschen Veränderung der Wasser- und Stoffhaushaltskomponenten, 

o Phase 3 Abklingen, mit Aufwachsen einer Alternativvegetation gehen die 

Veränderungen langsam zurück; Einstellung eines neuen hydrologischen 

Fließgleichgewichtes. 

Seit 2003 ist im EZG der Großen Ohe der Übergang von Phase 2 in die Abklingphase 

3 zu vermuten. 

• Das Absterben des Fichtenbestandes erzeugt eine nicht nur kurzfristige 

Veränderung im Bodenwasserhaushalt und im Abflusskomponentenregime. 

Diese Veränderung ist insbesondere in der Phase 2 durch eine drastische 

Verringerung der mittleren jährlichen Gebietsverdunstung auf unter 40% des 

Ausgangswertes gekennzeichnet. Als Folge steigt der Abfluss auf über 135% 

des Ausgangsniveaus an. Dabei erhöhen sich die Anteile schneller 

Abflusskomponenten am Gesamtabfluss überproportional stark. So steigt der 

Direktabfluss im Jahresmittel auf 162% des Referenzwertes an. Dieses 

Resultat aus der DIFGA - Wasserhaushaltsbilanz wird durch isotopenhydrologische 

Beobachtungen für ein typisches Einzelereignis bestätigt. Bei 

einem relativ kleinen Hochwasser (Wiederkehrintervall ca. 3 Jahre) war die 

Abflusssumme im extrem geschädigten EZG Markungsgraben fast dreimal so 

hoch wie im EZG Forellenbach. Die Scheitelabflussspende im Markungsgraben 

lag 2,2-mal höher als im Forellenbach. Auch wenn diese Relationen nicht 

verabsolutiert werden dürfen (der Einfluss der Gebietsform etc. ist nicht 

herausgerechnet, nur ein Ereignis), so zeigen sie doch eine Verschärfung der 

Hochwasserabflusssituation. In der Phase drei nimmt die Gebietsverdunstung 

zwar wieder zu und nähert sich allmählich den Werten der unbeeinflussten 

Phase an, aber die Abflussbeschleunigung bleibt! Der Direktabfluss liegt in 

Phase drei unverändert auf einem Niveau von ca. 170% des Referenzwertes. 

• Signifikante Auswirkungen des Borkenkäferbefalls auf das hydrologische Regime 

sind erst ab der Überschreitung eines Mindestanteils an Schadflächen 

(ca. 20% in zusammenhängenden Arealen) mit den zur Verfügung stehenden 

„Werkzeugen“ nachweisbar. Dabei haben Bestandeszusammensetzung und 

Standorteigenschaften, insbesondere die Bodeneigenschaften, großen Einfluss 

auf die absoluten Veränderungen sowohl der Wasserhaushaltskomponenten, 

als auch der einsetzenden Stickstoffflüsse. Borkenkäferinduzierte Veränderungen 

wurden daher nur im Gebiet der Großen Ohe und in Teilgebieten des Kleinen 

Regens erkannt, jedoch nicht am Hirschbach. Das gilt entsprechend für die 

Veränderung der Stickstoffflüsse. 

Für die Abflussanalyse war die zur Verfügung stehende Datenreihe relativ kurz. 

Insbesondere für die Phase 3 wäre eine längere Beobachtungsreihe nötig. Das 

relativ dichte meteorologisch-hydrologische Monitoring sollte deshalb auch zukünftig 

fortgesetzt werden.



Hauptproblem der Analysemethoden ist, dass der Gebietsabfluss als integrative 

Größe durch viele Einflussfaktoren bestimmt wird, die schwierig zu separieren 

sind. Bei den Szenariosimulationen mit dem Einzugsgebietsmodell konnten klimatische 

Einflüsse ausgeblendet und so der direkte Einfluss des Borkenkäferbefalls 

untersucht werden. Es wurden jedoch auch die derzeitigen Grenzen dieser deterministischen 

Simulationsmethode deutlich. Neben dem hohen Bedarf an Eingangsdaten, 

die zum Teil nicht in der erforderlichen Güte zur Verfügung standen, 

besteht auch weiterhin noch Entwicklungsbedarf hinsichtlich der im Modell berücksichtigten 

Prozesse. Unsicherheiten ergaben sich bei der Abbildung der extremen 

Hochwasserspitzen, aber auch bei der Simulation der Entwicklung von Mischbeständen 

unter den schwierigen Wachstumsbedingungen des Bayerischen Waldes. 

Ein besonderer Schwerpunkt war der Vergleich der atmosphärischen Deposition in 

den Untersuchungsgebieten. Dazu wurden in Ergänzung zu den Routinemessprogrammen 

an der Großen Ohe im EZG der Talsperre Niederschlagsmessstellen 

im Freiland und in 2 Waldbeständen eingerichtet. Abweichend vom Befund gleicher 

Freilanddepositionen sind die Einträge von versauernden und eutrophierenden 

Stoffen in die Baumbestände des EZG der Talsperre Frauenau etwas höher 

als im EZG Große Ohe in vergleichbarer Höhenlage. Als Ursache wird die Exposition 

der Messstationen im EZG der Talsperre auf der Nordseite des Rachelmassivs 

angesehen, wo sie stärker den anströmenden Luftmassen und mitgeführten 

Schadgaskonzentrationen ausgesetzt sind. In beiden EZG ist weiterhin mit steigenden 

Stofffrachten bei zunehmender Höhenlage zu rechnen. Da dies insbesondere 

Fichtenbestände betrifft, dürfte der flächenbezogene Eintrag an versauernden 

und eutrophierenden Stoffen im EZG TWT Frauenau so lange deutlich größer sein 

als im EZG Große Ohe, bis sich auf den großflächigen Totholzflächen der Hochlagen 

neue Bestände etabliert haben. Mit den Ergebnissen der bislang zweijährigen 

Messungen im EZG TWT Frauenau konnte gezeigt werden, dass sich die derzeitige 

Stoffdeposition in die dortigen Waldökosysteme durch die Ergebnisse der Monitoringprogramme 

im EZG Große Ohe beschreiben lässt. Deshalb kann das Messprogramm 

im EZG TWT Frauenau mit Ablauf des hydrologischen Jahres 2005 

beendet werden.



13 Danksagung 

Die Forschungsarbeiten erfolgten im Rahmen des Verbundprojektes „Forschung 

über Waldökosysteme“, Projekt HTO 33-7: Wasser- und Stoffhaushalt einer sich 

verändernden Naturlandschaft im Nationalpark Bayerischer Wald. Dieses Projekt 

wurde vom ehemaligen Leiter des Sachgebietes „Standort und Umwelt“ an der 

Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft, Herrn Prof. Dr. Teja 

Preuhsler, und seinem Stellvertreter Dr. Martin Kennel initiiert und in der Anfangsphase 

hilfreich begleitet. Die Arbeiten wurden durch das Regionalkonzept der Regierung 

von Niederbayern im Rahmen der High-Tech-Offensive der Bayerischen 

Staatsregierung gefördert. 

Die Durchführung war nur durch eine enge Kooperation mit der Nationalparkverwaltung 

Bayerischer Wald und dem Landesamt für Wasserwirtschaft möglich. Ohne 

die zuverlässige, inzwischen über Jahrzehnte reichende Arbeit der Nationalparkmitarbeiter 

bei Probenahme und Gerätewartung hätte diese Arbeit nicht erstellt 

werden können. Das rechtfertigt einen besonderen Dank an dieser Stelle, insbesondere 

mit Hinblick auf die naturgemäß saisonal extremen Witterungsbedingungen 

im Nationalpark Bayerischer Wald. Stellvertretend für die beteiligten Mitarbeiter 

des Landesamtes für Wasserwirtschaft sei hier Klaus Moritz gedankt, der durch 

die Bereitstellung von Messdaten aus dem „Messnetz Stoffeintrag-Grundwasser“ 

und seiner Fachexpertise wesentlich zum Gelingen des Projektes beitrug. 

Einen besonderen Dank möchten wir außerdem den Kollegen vom Wasserwirtschaftsamt 

Deggendorf aussprechen, die uns problemlos hydrologische und meteorologische 

Messdaten aus dem EZG der TWT Frauenau sowie Bodenprofildaten 

aus dem Projekt „Wissenschaftliche Grundlagen für den Vollzug des Bodenschutzgesetzes“ 

zur Verfügung stellten.



14 Literatur 

AG Boden, 1994. Bodenkundliche Kartieranleitung, 4. Aufl., 392 S., Hannover 

Assmann, E., Franz, F. 1972. Vorläufige Fichtenertragstafeln in Bayern. Bayerische 

Forstliche Versuchsanstalt, 104 S. 

Becker, A., Klöcking, B., Lahmer, W., Pfützner, B., 2002. The Hydrological Modelling 

System ArcEGMO. In: Mathematical Models of Large Watershed Hydrology 

(Eds.: Singh, V.P. and Frevert, D.K.). Water Resources Publications, Littleton/Colorado, 

321-384. ISBN 1-887201-34. 

Beudert, B., 1999. Ableitung des Gebietsniederschlags im Forellenbachgebiet. In: 

IBK: Sicherstellung des Integrated Monitoring-Programmes an der Messstelle 

Forellenbach im Bayerischen Wald, Abschlussbericht 1998, 29-36, Göttingen. 

Beudert, B., Breit, W., 2004. Zwölf Jahre Integrated Monitoring-Programm an der 

Messstelle Forellenbach im Nationalpark Bayerischer Wald, Fkz. 351 01 012; 

Nationalparkverwaltung Bayerischer Wald, 307 S., Grafenau 

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132 im naturnahen Einzugsgebiet Große Ohe



Anhang 

A-1 Böden im NP Bayerischer Wald.................................................................135 

A-2 Initialisierung der Waldbestände ...............................................................139 

A-2.1 Verarbeitung der Forstinventurdaten .................................................139 

A-2.2 Berücksichtigung der Borkenkäferschäden .......................................141 

A-3 Ergebnisse der DIFGA – Analyse ..............................................................145 

A-4 Das ökohydrologische PSCN-Modul innerhalb des 

Flussgebietsmodells ArcEGMO.................................................................149 

A-4.1 Überblick ............................................................................................149 

A-4.2 Verdunstung.......................................................................................151 

A-4.3 Schneedynamik..................................................................................152 

A-4.4 Vegetationsdynamik...........................................................................153 

A-4.4.1 Das Waldwachstumsmodell 4C...........................................153 

A-4.4.2 Das Modell für land- und forstwirtschaftliche Kulturen 

VEGEN ................................................................................157 

A-4.4.3 Dynamischer Ansatz auf der Basis von 

Tabellenfunktionen ..............................................................158 

A-4.4.4 Statisches Landnutzungsmodell..........................................158 

A-4.5 Simulation der Bodenprozesse ..........................................................159 

A-4.5.1 Bodenwasserdynamik .........................................................159 

A-4.5.2 Bodenwärmedynamik..........................................................161 

A-4.5.3 Kohlenstoff-/Stickstoffdynamik im Boden............................163 

A-4.5.4 Eingangsdaten für das Bodenmodell ..................................167 

A-4.6 Programmtechnische Umsetzung......................................................167 

A-4.7 Literatur ..............................................................................................168





A-1 Böden im NP Bayerischer Wald 

Als digitale Bodenkarten liegen die Forstlichen Standortkartierungen (1:10.000) für 

das ehemalige Forstamt Zwiesel (1982) und für das Altgebiet des Nationalparks 

(1971) durch Elling et al. (1987) vor, die im Referenz-GIS „Nationalpark Bayerischer 

Wald“ enthalten sind. Zusätzlich kam im März 2003 die Kartierung der Bodenformen 

der Gebietsanteile in Privatbesitz (EZG TWT/Kleiner Regen) hinzu. 

Diese Kartierung unterscheidet 20 Bodenformen der drei Klassen 

• Fels- und Blockböden, 

• Sand- und Lehmböden, 

• Nassböden. 

Bei Berücksichtigung der Höhenlage der einzelnen Standorte wurde diesen Bodenformen 

ein Bodentyp auf der Grundlage der Höhenzonierung nach Elling et al. 

(1987) zugewiesen. Elling unterscheidet vier Höhenstufen, die neben der Höhe 

über Normal Null (NN) vor allem durch die vorherrschenden Bodentypen determiniert 

sind (s. Tab. A1). 

Tab. A1: Definition der Höhenstufen im Bayerischen Wald 

Höhenstufe Höhenlage [m über NN] 

Vorherrschende Bodentypen 

Tallage < 800 Braunerden 

Untere Hanglage 800 - 900 Braunerden 

Obere Hanglage 900 - 1150 Lockerbraunerden 

Hochlage > 1150 Podsol-Braunerden 

Für das Untersuchungsgebiet wurden insgesamt 17 Bodentypen ausgewiesen. 

Dazu kommen noch Aufschüttungs- und Wasserflächen, sowie Gebiete, für die 

keine Bodeninformationen vorliegen (tschechische Gebietsanteile). Da die vier 

Basiskarten (drei Standortkartierungen und die Höhenstufen des NP Bayerischer 

Wald) nicht exakt passfähig sind, entstanden bei der Verschneidung dieser Karten 

an den Randbereichen Splitterpolygone. Zur Entfernung dieser inhaltlich nicht begründeten 

Splitterflächen und zur Vereinfachung der Modellierung wurden nach 

der Zuweisung der Bodentypen, Kleinststrukturen mit Flächen unter 2000 m² eliminiert. 

Für Bodentypen, denen kein Leitbodenprofil zugeordnet werden kann (Aufschüttungen, 

undefinierte Bereiche) wurde dieser Schwellenwert auf 5000 m² erhöht. 

Ausgenommen sind lediglich Wasser- und Moorflächen, da diese auch bei 

geringer räumlicher Ausdehnung eine wichtige Rolle innerhalb des Gebietswasserhaushaltes 

spielen.



Tab. A2: Zuordnung von Bodentypen zu den Bodenformen in Abhängigkeit von der 

Höhenlage



Da keine Leitbodenprofile für diese Bodentypen vorliegen, erfolgte im Rahmen des 

Projektes eine Parametrisierung (Horizontierung, bodenphysikalische und bodenchemische 

Eigenschaften) auf der Basis vorhandener Profilinformationen für den 

Bayerischen Wald (Elling et al. 1987, Immler 1992, Beudert & Breit 2004, Profildatenbanken 

der LWF und des WWA Deggendorf, 2005) sowie der Ergebnisse der 

Humusuntersuchungen des Projektes HTO 33-6. Von großem Wert waren dabei 

die Bodenuntersuchungen an den Dauerbeobachtungsflächen im Einzugsgebiet 

der Großen Ohe (Markungsgraben und Forellenbach, Abb. A1-1). Fehlende Profilinformationen 

wurden anhand von Leitbodenprofilen ähnlicher Böden, wie sie von 

der BÜK 1000 (BGR, 1995) und TLUG (1996) angegeben werden bzw. entsprechend 

der Bodenkundlichen Kartieranleitung (AG Boden, 1994), abgeschätzt. Die 

in die Modellierung eingehende Horizontabfolge sowie die chemischen und physikalischen 

Bodenparameter der einzelnen Horizonte sind in Klöcking et al. (2005) in 

der EXCEL-Tabelle „Bodentyp_Standort.xls“ im Datenanhang beschrieben. 

Neben der so erstellten Bodentypskarte für den NP Bayerischer Wald (ArcInfo- 

Coverage: Bodentyp) wurden die nicht aggregierten Zwischenstufen, die neben 

dem Bodentyp auch die Bodenform und die Höhenstufe enthalten (Privatwaldgebiet: 

plo_h1, Nationalpark ohne Privatwald: stkf-hoehen als ArcInfo-Coverages im 

Datenanhang von Klöcking et al., 2005), archiviert, um die Vergleichbarkeit mit der 

Standortkartierung (Kölling, 2003) zu gewährleisten. 

Abb. A1-1: Bodentypen im zentralen Gebiet des NP Bayerischer Wald mit den 

Einzugsgebieten der Großen Ohe und der TWT Frauenau und den 

Dauerbeobachtungsflächen im Markungsgraben (LfW) und im Forellenbach 

(ECE-IM) 

Die hier zitierte Literatur findet sich in Kapitel 14 des Haupdokumentes.





A-2 Initialisierung der Waldbestände 

A-2.1 Verarbeitung der Forstinventurdaten 

Aussagen zur Waldzusammensetzung im Untersuchungsgebiet können aus Inventurdaten 

abgeleitet werden. Hierzu liegen in der Datenbank des Bayerischen 

Staatsministeriums für Landwirtschaft und Forsten und in der Sachdatenbank des 

„Referenz-GIS“ die Daten der Forsteinrichtungen 215, 339, 383 und 1086 des ehemaligen 

Forstamtes Zwiesel und des Nationalparks Bayerischer Wald vor. Eine 

Zuordnung der Forsteinrichtungskreise zu den Bestandesteilflächen des Altgebietes 

des NP Bayerischer Wald und des Forstamtes Zwiesel existiert ebenfalls im 

Referenz-GIS. Diese liegt jedoch nicht für alle Bestände sowie auch noch nicht für 

die aktuelle Inventur 2002 vor. Außerdem gab es Probleme mit der Vermessung 

der Lage der Inventurkreise bei den Erstinventuren. Zur Zeit wird im Nationalpark 

an der Korrektur der Koordinaten gearbeitet. Die Abweichungen können im Einzelnen 

mehr als 100 m betragen. Aus diesen Gründen wurde auf eine geostatistische 

Übertragung der Inventurinformationen auf Teilbestände verzichtet. Stattdessen 

erfolgt die Waldwachstums-Modellierung auf der Basis des Inventurpunktrasters. 

Dazu wurde mit ArcInfo auf der Basis der Koordinaten der Inventurkreise ein Raster 

mit der Gitterweite von 200 m erzeugt. Beim Vergleich dieses ebenmäßigen 

Gitters mit den einzelnen Inventurkreisen wird eine deutliche Verschiebung ihrer 

Lage vom eigentlich vorgesehenen 200 m Raster der Erhebung sichtbar. Insbesondere 

an den Rändern zwischen Alt- und Neugebiet und den Zukaufflächen 

kommt es zu Abweichungen. Trotzdem konnte durch entsprechende räumliche 

Ausrichtung des Gitters erreicht werden, dass in jeder Gitterzelle genau ein Inventurkreis 

liegt. Abb. A2-1 veranschaulicht, dass auch nach der zu erwartenden Lagekorrektur 

einzelner Punkte diese Inventurkreise noch durch die momentan zugeordnete 

Rasterzelle wiedergegeben werden. 

Abb. A2-1: Inventurraster (200m x 200m) und Lage der Inventurpunkte laut Referenz-GIS 

bzw. nach Lagekorrektur durch die NPV in einem Gebietsausschnitt



Es wurde im Folgenden angenommen, dass jede Rasterzelle genau einen Bestand 

repräsentiert, der durch den zugeordneten Inventurkreis beschrieben wird. 

Artenzusammensetzung und Bestandesstruktur zur Initialisierung des Waldwachstumsmodells 

4C wurden anhand folgender Kennwerte der einzelnen Inventurpunktkreise 

abgeleitet: 

• Kennnummer, 

• Informationen zu Bestandesschicht, 

• Baumart, 

• Alter, 

• mittlerer Brusthöhendurchmesser (dG), 

• Höhe, 

• Grundfläche und Volumen. 

Die Kohorten wurden entsprechend der gemessenen Verteilungen von Brusthöhendurchmesser 

und, soweit gemessen, Baumhöhe und Kronenansatzhöhe definiert. 

Eine Verteilung der Bäume auf Durchmesserklassen wird mit Hilfe der Weibull-Verteilung 

vorgenommen, wobei der maximale Durchmesser nach einer 

Schätzfunktion von Gerold (1990) und der minimale Durchmesser auf 10% des 

Durchmessers des Grundflächenmittelstamms festgesetzt wird. Die Weibull-Verteilung 

wird abschnittsweise über Klassenbreiten = 1/20 des dG integriert. Kontrollgröße 

für dieses Verfahren ist die Bedingung, dass die Summe der Stamm- 

Querschnittsflächen auf Brusthöhe gleich der Grundfläche sein muss. Wird die 

Bedingung nicht erfüllt, werden minimaler Durchmesser und Formparameter der 

Weibull-Verteilung modifiziert. Den Durchmessern der Bäume in den Durchmesserklassen 

werden Höhen nach den Einheitshöhenfunktionen von Weimann (1980) 

zugeordnet. Die Kronenansatzhöhe wird mit einer Funktion von Nagel (1995) ergänzt. 

Für Überhälter und Zeilen mit weniger als 30 Bäumen pro Hektar wird keine 

Aufteilung in Durchmesserklassen vorgenommen, sondern eine der Baumanzahl 

entsprechende Zahl gleicher Individuen in einer Kohorte initialisiert. 

In der weiteren Initialisierung werden verschiedene Durchmesser, Biomasse- 

Kompartimente und die Fraktion des Splintholzes bestimmt. Für Baumhöhen kleiner 

2 m wird eine spezielle Initialisierungsroutine für Jungwuchs entwickelt, die 

Kohorten nach baumartenspezifischen Verteilungen der Pflanzhöhen generiert und 

für die weiteren Berechnungen experimentell abgeleitete allometrische Beziehungen 

nutzt. Ist auch die Baumzahl nicht in der Inventur erfasst, wird die Fläche mit 

einer artspezifischen Dichte bepflanzt. 

Waldflächen, in denen keine Inventur durchgeführt wurde, bzw. die erhobenen 

Daten nicht zur Initialisierung des Modells 4C ausreichen, müssen mit dem allgemeinen 

Vegetationsmodell VEGEN beschrieben werden. Dafür ist eine Unterscheidung 

in Waldtypen, wie z.B. Fichtenreinbestand, Fichten-Buchen-Mischbestand, 

Laubwald, erforderlich. Eine vereinfachende Zuordnung erfolgte auf der 

Basis der Höhenstufen in Anlehnung an Elling et al. (1987). Fichtenreinbestände 

wurden in Höhenlagen unter 890 m ü. NN sowie über 1050 m ü. NN (nur N-, NO- 

und NW-Lagen) bzw. 1180 m ü. NN angenommen. Fichten-Laub-Mischbestände 

wurden im Übergangshöhenbereich vorausgesetzt. 

98,8% der Waldflächen im EZG der Großen Ohe konnten anhand der Forstinventurdaten 

für das Waldwachstumsmodell 4C initialisiert werden. Auf 1,2% der Waldflächen 

musste das generelle Pflanzenmodell VEGEN angewandt werden. Für die



EZG von Markungsgraben und Forellenbach konnte 4C vollständig initialisiert werden. 

Im EZG der TWT Frauenau konnten bedeutend weniger Waldflächen anhand der 

Forstinventurdaten für das Waldwachstumsmodell 4C initialisiert werden. Das betrifft 

vor allem die ehemaligen Privatwaldflächen im EZG des Kleinen Regen und 

die tschechischen Gebietsanteile in den Hochlagen. Im Hirschbach-EZG sind das 

40% und im EZG des Kleinen Regen sogar 47% der Waldflächen, für die die Vegetationsentwicklung 

mit dem wesentlich einfacheren Modell VEGEN simuliert werden 

musste. 

A-2.2 Berücksichtigung der Borkenkäferschäden 

Die jährliche Totholzerfassung im Altgebiet des Nationalparks (Rachel-Lusen- 

Gebiet) erfolgte ab 1988 durch die Auswertung von Luftbildern. Die daraus entstandenen 

ArcView-Karten unterscheiden zwischen den drei Kategorien „Totholz“, 

„Totholzgruppe“ und „Totholz geräumt“. Da diese Luftbildauswertung in der Vergangenheit 

an unterschiedlichen Einrichtungen durchgeführt wurden, unterscheiden 

sich die Karten z.T. beträchtlich. Deshalb wurde auch auf die Einbeziehung 

der Totholzgruppen verzichtet, da sich die ausgewiesenen Flächen teilweise mit 

denen der Totholzkartierung überschneiden, und ihr Flächenanteil insgesamt nicht 

sehr groß ist. Tab. A3 enthält die Übersicht über die für die weitere Bearbeitung 

genutzten aggregierten Karten, die durch Verknüpfung der Karten der jährlichen 

Veränderung entstanden. 

Tab. A3: Verfügbare Kartierungen der geräumten und ungeräumten Totholzflächen 

Ungeräumte Flächen Geräumte Flächen 

Karte (Shape) Quelle 

Totholz 198809- 

199305.shp 


200009.shp 


200108.shp 


200108.shp 


200210.shp 

NPV, Referenz-GIS 

(Altgebiet) 

LWF, Referenz-GIS 

(Altgebiet) 

NPV(Altgebiet), 

Referenz-GIS 

NPV (Erweiterungsgebiet) 

NPV 

Karte (ArcView- 

Shape) 

Totholz ausgeräumt 

198809-199305.shp 


199305-200009.shp 

Geräumte flächen.shp 


200009-200108.shp 


200009-200108.shp 


200108-200210.shp 

Freiflächen Frauenau 

2003.shp 

Quelle 

NPV, Referenz-GIS 

(Altgebiet) 

LWF, Referenz-GIS 

(Altgebiet) 

LWF, 7/1998, 

Erweiterungsgebiet 

NPV (Altgebiet), 

Referenz-GIS 

NPV 

(Erweiterungsgebiet) 

NPV (Altgebiet) 

NPV (EZG TWT 

Frauenau) 

Als problematisch sind die Totholzerfassungen 8/1988, 10/1989, 6/1990, 7/1991, 

7/1992 und 5/1993 einzuschätzen. Vergleicht man die hier erfassten Flächen mit 

den späteren Inventuren, so scheint das Ausmaß des Flächenbefalls insbesondere



zwischen 1988 und 1992 überschätzt worden zu sein. Gleiche Flächen wurden bei 

der Auswertung späterer Befliegungen sowohl von der LWF als auch der NPV als 

Neubefallsflächen ausgewiesen. Deutlich spiegelt sich auch der wiederholte 

Wechsel im Auswerteverfahren mit der Inventur 8/2001 im Kartenmaterial wider. 

Auch jetzt passen die neu kartierten Flächen nicht zu den bereits erfassten 

Totholzflächen. 

Zur Vereinheitlichung dieses heterogenen Kartenmaterials wurden folgende Annahmen 

getroffen: 

• Als Basiskarten wurden die Karten „Totholz 199305-200009.shp“ und „Totholz 

ausgeräumt 199305-200009.shp“ gewählt 

• Für alle Flächen, die sowohl in den Jahren 1988-1992 ausgewiesenen, als 

auch in einer späteren Aufnahme als Neubefallsflächen kartiert wurden, wurde 

dieses spätere Inventurjahr als Befallsjahr angenommen 

• Nur die Flächen der Karten „Totholz 198809-199305.shp“ und „Totholz ausgeräumt 

198809-199305.shp“, die außerhalb der Basiskarten (1993-2000) liegen, 

wurden als Totholzzuwachsflächen der frühen Befallsjahre berücksichtigt. 

• Neuzugangsflächen der Inventur 8/2001, die in bereits erfassten Arealen liegen, 

wurden nicht erfasst, sondern nur die Neuzugangsflächen, die von den 

vorhergehenden Inventuren als „nicht befallen“ ausgewiesen wurden. 

Ein weiteres Problem stellt die Erfassung der geräumten Flächen im Erweiterungsgebiet 

dar. Hier wurden mittlerweile zwei Kartierungen (LWF: 7/1998 und NPV 

8/2001, vgl. Tab. A3) gefunden, die sich jedoch stark unterscheiden. So sind in der 

Kartierung NPV 8/2001 viele der in der LWF-Kartierung erfassten Flächen nicht 

enthalten (vgl. Abb. A2-2). Im Frühjahr 2004 wurde eine Neukartierung der Freiflächen 

im Einzugsgebiet der TWT Frauenau auf der Grundlage der 2003er Befliegung 

durch die NPV durchgeführt. Bei dieser Kartierung wurde einerseits ein neues 

Verfahren zur Auswertung der Luftbilder verwendet und andererseits hochauflösender 

als bisher gearbeitet, so dass es wieder gravierende Unterschiede zu den 

vorhergehenden Kartierungen gibt. Dazu kommt, dass die mittlerweile vorhandene 

Naturverjüngung zu einer Unterschätzung der Totholz-Areale geführt haben kann. 

Diesmal wurden jedoch auch wieder die Flächen kartiert, die schon 1998 durch die 

LWF ausgewiesen, jedoch in der Kartierung 2001 durch die NPV nicht erfasst wurden. 

Folgende Annahmen wurden zur Erstellung der Karte der geräumten und nichtgeräumten 

Totholzflächen im Erweiterungsgebiet getroffen: 

• Als Basiskarten für das Erweiterungsgebiet wurden die Karten „Geräumte 

flächen.shp“ und „Freiflächen Frauenau 2003.shp“ gewählt 

• Für alle 1998 und 2001 ausgewiesenen Neubefallsflächen, die durch die 

2004er Neukartierung als Freiflächen kartiert wurden, wurde das Erst- 

Inventurjahr als Befallsjahr angenommen. 

• Als Flächengröße wurde hierbei die ursprünglich ausgewiesene Fläche 

angenommen, auch wenn die 2004 ausgewiesene Fläche deutlich kleiner ist 

(Fall (a) in Abb. A2-2/Abb. A2-3). 

• Geht die neukartierte Fläche geringfügig über die schon kartierte Fläche hinaus, 

so wird das vernachlässigt.



• Liegt eindeutig eine Verschiebung der Flächen vor, so wird die 2004 ausgewiesene 

Lage als richtig angenommen (Fall (b) in Abb. A2-2/Abb. A2-3). 

Abb. A2-2: Ausgeräumte Totholz-Areale 

im EZG der TWT Frauenau 

laut Inventur 7/98 (lila), Inventur 

8/2001 (gelb) bzw. Inventur 

2003 (grau) 

Abb. A2-3: Totholz-Areale im EZG der 

TWT Frauenau (ausgeräumt 

und nichtausgeräumt) 

entsprechend der Totholzkarte 

th_tha8803.shp 

Insgesamt wird damit eine um ca. 5% größere Totholzfläche für das Einzugsgebiet 

der TWT Frauenau angenommen, als die Freiflächeninventur 2004 angibt. Da jedoch 

auf ein einheitliches Vorgehen für das Gesamtgebiet des Nationalparks Wert 

gelegt wurde, muss diese Unsicherheit in Kauf genommen werden, solange keine 

Neuauswertung der vorhandenen Luftbilder mit einer einheitlichen Methodik vorliegt. 

Mit der erzeugten Totholzkarte „Th_tha8803.shp“ liegt somit flächendeckend 

für den Nationalpark eine vereinheitlichte Kartierung vor, welche die Zunahme der 

ungeräumten und geräumten Totholzflächen ab 1988 bis 2002 (2003 nur TWT 

Frauenau) enthält und als Basiskarte für viele Anwendungen dienen kann. Eine 

erste Nutzung erfolgt bereits im EU-Projekt „Natura 2000“ zur Lebensraumtypenkartierung, 

zur Bewertung der Lebensraumtypen sowie zur Erstellung von Habitatkarten. 

Die anhand der Totholzkarte „Th_tha8803.shp“ ermittelten Flächenzunahmen 

stimmen sehr gut mit den am NPV vorliegenden Angaben für das Einzugsgebiet 

der Großen Ohe überein (vgl. Beudert & Breit, 2004). Aus den oben erwähnten 

Gründen liegen die Werte für das Einzugsgebiet der TWT Frauenau jedoch deutlich 

über den in LfW et al. (2004) angegebenen Werten, die auf der Kartierung 

2004 beruhen. 

Die Zuordnung der Totholzflächen zu den einzelnen Inventurpunktrasterflächen 

erfolgte durch Verschneidung des Inventurpunktrasters (Abb. A2-1) und der 

Totholzkarte „Th_tha8803.shp“. So konnte jeder Inventurpunktrasterzelle pro Jahr 

der Flächenanteil an ausgeräumter bzw. belassener Totholzfläche zugewiesen 

werden. 

Die hier zitierte Literatur findet sich in Kapitel 14 des Haupdokumentes.





A-3 Ergebnisse der DIFGA – Analyse 

Abb. A3-1: Mittlere Wasserhaushaltsbilanz für das Gebiet Rachelhütte / Kleiner 

Regen für den Zeitraum 11/1978 bis 12/2002, Abkürzungen wie in 

Kap. 6.1



Abb. A3-2: Mittlere Wasserhaushaltsbilanz für das Gebiet Herbstriegel / Kleiner 

Regen für den Zeitraum 11/1977 bis 12/2002, Abkürzungen wie in 

Kap. 6.1



Abb. A3-3: Mittlere Wasserhaushaltsbilanz für das Gebiet Taferlruck / Große Ohe 

für den Zeitraum 11/1977 bis 10/2002, Abkürzungen wie in Kap. 6.1





A-4 Das ökohydrologische PSCN-Modul innerhalb 

des Flussgebietsmodells ArcEGMO 

A-4.1 Überblick 

Die moderne Flussgebietsbewirtschaftung erfordert neben der Betrachtung der 

Wasserflüsse auch die Berücksichtigung von Wasserinhaltsstoffen, wie z.B. gelöste 

Stickstoffkomponenten. Dazu wurde im Rahmen von ArcEGMO (Pfützner, 2002; 

Becker et al., 2002) ein neues Abflussbildungsmodul entwickelt, welches neben 

der Wasserdynamik im System Vegetation-Boden auch den Kohlenstoff- und 

Stickstoffhaushalt simuliert (Abb. 1). Dieses sogenannte PSCN-Modul (Plant-Soil- 

Carbon-Nitrogen Model) entstand durch die Kopplung komplexer Wachstumsmodelle 

für Wald- und landwirtschaftliche Flächen mit einem detaillierten Bodenmodell. 

Durch die Implementierung eines Fruchtfolgengenerators kann die landwirtschaftliche 

Anbaustruktur einer Region genau wiedergegeben werden. Einsatzbereich 

ist die mittelmaßstäbige (1 bis 1000 km²) Simulation des Wasser- und Kohlenstoff-/Stickstoffhaushaltes 

einer Region bei Berücksichtigung der Vegetations- 

und Ertragsentwicklung. 

Als treibende klimatische Größen werden Lufttemperatur, Niederschlag, Luftfeuchte 

und Globalstrahlung in täglicher Auflösung benötigt, die durch ArcEGMO für 

jedes simulierte Raumelement bereitgestellt werden. Die räumliche Auflösung erfolgt 

entsprechend des Aggregationsschemas von ArcEGMO (Becker et al., 2002; 

Pfützner, 2002) auf Hydrotopebene (Elementarfläche). Jedes Hydrotop ist durch 

eine bestimmte Landnutzung und einen Bodentyp charakterisiert und hat einen 

festen Raumbezug innerhalb des Untersuchungsgebietes. 

Vorteile dieser prozessbeschreibenden, räumlich und zeitlich hochauflösenden 

Modellierung gegenüber konzeptionellen Bilanzierungsansätzen wie z.B. MONE- 

RIS (Behrendt et al. 2002) werden vor allem hinsichtlich folgender Aspekte gesehen: 

a. Die Simulation der Prozesse auf der Basis räumlich determinierter Hydrotope 

ermöglicht die Ausweisung von Risikoflächen hinsichtlich 

• der Stoffausträge mit dem Oberflächen-, dem Drainage- bzw. dem hypodermischen 

Abfluss 

• der Stoffeinträge in den Grundwasserkörper 

• des landwirtschaftlichen Ertragsrisikos bedingt durch Wassermangel. 

b. Die deterministische Abbildung der Vegetationsentwicklung land- und forstwirtschaftlicher 

Kulturen und Bestände erlaubt die Abbildung der inner- und mehrjährigen 

Dynamik der untersuchten Zustandsgrößen des Gebietswasser- und 

Stoffhaushaltes. 

c. Das Modell ist Szenariotauglich hinsichtlich kurz- und langjähriger Veränderungen 

des Klimas und der Landnutzung. 

Wie Abb. A4-1 verdeutlicht, lässt sich das PSCN-Modul in die drei Hauptkomponenten 

Bodenmodell, Vegetationsmodell und Schneemodell untergliedern. Das 

Vegetationsmodell (Kap. A-4.4) enthält Wachstumsmodelle für Wald- und landwirtschaftliche 

Flächen. Das Bodenmodell besteht aus einem Kohlenstoff- 

/Stickstoffmodell (Kap. A-4.5.3), einem Bodenwärmemodell (Kap. A-4.5.2) und 

einem Bodenfeuchtemodell (Kap. A-4.5.1). Die einzelnen Teilmodelle sind streng



gekapselt. Der Datenaustausch zwischen ihnen erfolgt über spezifische Schnittstellen. 

Somit ist es möglich, einzelne Teilmodelle auszutauschen bzw. auf verteilten 

Systemen zu führen. Diese können dabei in unterschiedlichen Sprachen programmiert 

sein. 

Abb. A4-1: Das PSCN-Modul im Rahmen des hydrologischen Einzugsgebietsmodells 

ArcEGMO – Überblick über die simulierten Teilprozesse 

Die Vegetationsdynamik wird in Abhängigkeit von der Landnutzung in den einzelnen 

Hydrotopen simuliert. Die Modellierung der Bodenprozesse erfolgt unter Berücksichtigung 

der horizontalen Schichtung des Bodens bis hinunter zum Ausgangssubstrat. 

Dabei werden bei grundwasserbeeinflussten Standorten auch temporär 

gesättigte Bodenschichten einbezogen. 

Je nach Zielstellung der Simulation und der vorhandenen Eingangsdatenbasis 

kann auch mit einem vereinfachenden Landnutzungsmodell ohne Berücksichtigung 

der C/N-Dynamik im Boden und im Bestand gerechnet werden. 

Neben den Zustandsgrößen zur Beschreibung der Vegetationsdynamik und der 

Bodenprozesse werden für jedes Raumelement folgende Wasserhaushaltsgrößen 

in täglicher Auflösung berechnet und zur Weiterverarbeitung an die Lateraldomäne 

von ArcEGMO übergeben: 

• Aktuelle Verdunstung, 

• Oberflächenabflussbildung, 

• Hypodermischer Abfluss, 

• Perkolation aus der Wurzelzone bzw. Pflanzenentzug aus der gesättigten 

Zone bei grundwasserbeeinflussten Standorten. 

Zusätzlich zu den üblichen Eingabegrößen für ArcEGMO werden Eingaben für die 

einzelnen Teilmodelle benötigt, die in den folgenden Kapiteln beschrieben sind.



A-4.2 Verdunstung 

Die Verdunstung wird als Summe aus Interzeptionsverdunstung, Sublimation der 

Schneedecke, Verdunstung des Oberflächenwassers und des unbedeckten Bodens 

sowie der Transpiration der Vegetation auf der Basis der potenziellen Evapotranspiration 

berechnet. Die einzelnen Verdunstungsanteile sind Bestandteil der 

Schnittstelle zu den spezifischen Teilmodellen Schneemodell, Interzeptionsmodell, 

Vegetationsmodell, Bodenfeuchtemodell. 

Die potenzielle Evapotranspiration EP kann je nach Verfügbarkeit der notwendigen 

Eingangsdaten nach verschiedenen Verfahren der Standardbibliothek von ArcEG- 

MO ermittelt werden. Standard im PSCN-Modul ist das Verfahren nach 

Turc/Ivanov (DVWK, 1996): 

⎧ a Ω (ra 

(t) + b) T(t) / (T(t) + 15) 

(t) = ⎨ 

⎩0.000036 

(25 + T(t)) (100 - U(t)) 

Ep 2 

⇔ T(t) ≥ 5 ° C 

⇔ T(t) < 5 ° C 

ra - Globalstrahlung [J/(cm 2 *d)] 

a, b - Parameter; a = 0.0031 und b = 209.4 für ∆t = 1 d 

Ω - monatsabhängiges Korrekturglied nach Glugla (1989) 

U - relative Luftfeuchte [%] 

T - Tagesmittel der Lufttemperatur [°C] 

Auf der Basis der potenziellen Evapotranspiration wird die potenzielle Evaporation 

des unbedeckten Bodens Esp(t) in Abhängigkeit von dem aktuellen Entwicklungszustand 

der Vegetation, charakterisiert durch den Blattflächenindex, nach Belmans 

et al. (1983) berechnet: 

Esp(t) = Ep(t) exp(-0.6 LAI(t)) (2) 

LAI - Blattflächenindex 

Die Interzeption wird mittels eines abflusslosen Einzelspeichers mit Überlauf abgebildet. 

Der Interzeptionsspeicher fängt entsprechend seiner aktuellen Speicherkapazität 

einen Teil des Niederschlages ab und wird im gleichen Zeitschritt durch 

Interzeptionsverdunstung geleert. Die Kapazität des Interzeptionsspeichers hängt 

vom aktuellen Vegetationszustand ab und wird deshalb innerhalb des Vegetationsmodells 

berechnet. Die nicht innerhalb des Berechnungszeitschrittes interzeptierte 

Niederschlagsmenge erreicht die Bodenoberfläche als Niederschlagsdargebot. 

(1)



A-4.3 Schneedynamik 

Die Modellierung der Schneedynamik kann alternativ mit einem empirischen 

Schneemodell oder mit dem Ansatz nach Koitzsch/Günther (1990) auf der Basis 

der Energiebilanzgleichung erfolgen. Beide Ansätze unterscheiden zwischen Akkumulations- 

und Schmelzperioden in Abhängigkeit von der Lufttemperatur. 

Bei Lufttemperaturen unter einem Grenzwert Tm (Standard: Tm = 0.2 °C) ergibt sich 

die aktuelle Schneebedeckung (in Form des Wasseräquivalents) aus der Summe 

von Altschneemenge und dem Niederschlagsdargebot PO(t) abzüglich der aktuellen 

Sublimation. 

s(t) = max[0, s(t-∆t) + PO(t) – (Esp(t)- EI(t))] (3) 

s - Schneemenge [mm Wasseräquivalent] 

PO - den Boden erreichende Niederschlagsmenge [mm] 

Esp - potenzielle Evaporation [mm] 

EI - Interzeptionsverdunstung [mm] 

Überschreitet die Tagesmitteltemperatur der Luft den Grenzwert Tm, erfolgt ein 

Abschmelzen der Schneedecke. Bei Nutzung des empirischen Ansatzes nach 

Weise/Wendling (1974) wird die Schmelzrate allein in Abhängigkeit von der aktuellen 

Lufttemperatur simuliert: 

sm(t) = min[s(t), 0.45 T(t) + 0.1 T(t) 2 ] (4) 

sm - Schmelzwassermenge [mm] 



Der Ansatz nach Koitzsch/Günther (1990) berechnet neben der Schmelzrate auch 

die Sublimation und die Kondensation auf der Basis des konvektiven Wärmeübergangs 

an Grenzflächen mit der Wärmeübergangszahl 10 W(m²K) -1 (Hoffmayer- 

Zlotnik et al., 1981). Die Strahlungsbilanz der Schneeoberfläche wird aus der 

kurzwelliger Komponente mit einer Albedo von 0.5 für Altschnee und der langwelligen 

Komponente bei wolkenlosem Himmel (Brutsaert, 1975) berechnet. Vernachlässigt 

wird die Wärmezufuhr aus dem Boden an die Schneedecke und die Speicherung 

des Schmelzwassers in der Restschneedecke. 

Die resultierende Schmelzwassermenge erhöht das Niederschlagsdargebot an der 

Bodenoberfläche.



A-4.4 Vegetationsdynamik 

In das PSCN-Modul wurden bisher vier unterschiedliche Pflanzenmodelle integriert: 

• Waldwachstumsmodell 4C, 

• dynamisches Vegetationsmodell VEGEN nach SWAT2000 (Neitsch et al., 

2001) auf der Basis eines sortenspezifischen Temperatursummenansatzes, 

• allgemeines dynamisches Pflanzenmodell auf der Basis von Tabellenfunktionen 

(ohne C/N-Dynamik), 

• allgemeines statisches Modell (nur Wasserhaushalt ohne C/N-Dynamik). 

Fruchtartenspezifische Modelle, wie z.B. für Grünland, Winterweizen, Mais oder 

Kartoffeln, sollen im weiteren Entwicklungsverlauf dazu kommen. Die Komplexität 

(und damit auch der Anspruch an die Eingangsdaten) nimmt vom ersten bis hin 

zum letzten Modell ab. Sind die verfügbaren Eingangsdaten für eine Simulation mit 

dem gewählten Pflanzenmodell nicht ausreichend, so wird modellintern automatisch 

das nächsteinfachere Modell aktiviert. Prinzipiell werden die beiden allgemeinen 

Vegetationsansätze für alle Flächen initialisiert, so dass auch bei fehlenden 

Eingangsdaten für die Wachstumsmodelle 4C und VEGEN eine flächendeckende 

Simulation des Gebietswasserhaushaltes ohne detaillierte Vegetationsmodellierung 

erfolgen kann. 

A-4.4.1 Das Waldwachstumsmodell 4C 

A-4.4.1.1 Grundlagen 

Das Waldwachstumsmodell 4C (FORESEE - FORESt Ecosystems in a changing 

Environment) beschreibt die Sukzessionsdynamik von Waldbeständen, die entweder 

auf Basis von simulierter natürlicher Regeneration oder ausgehend von einem 

durch eine Forstinventur definierten Anfangszustand aufwachsen (Schaber et al., 

1999, Suckow et al., 2001). Die Baumindividuen einer Art, die gleiches Alter und 

identische Baumdimensionen besitzen, sind in Kohorten zusammengefasst. Produktion 

und Wachstum werden für jede Kohorte berechnet. Die Konkurrenz der 

Kohorten um Licht, Wasser und Nährstoffe beeinflusst ihr Wachstum, ihre Mortalität 

und die Verjüngung im Bestand. Die Positionen der Individuen der Kohorten im 

Bestand sind nicht bekannt; es wird angenommen, dass die Bäume gleichmäßig 

auf der Bestandesfläche verteilt sind. Es werden keine Unterschiede in den 

Wachstumsbedingungen einzelner Individuen derselben Kohorte berücksichtigt. 

Der Kronenraum des Bestandes ist in 0.5 m hohe Schichten eingeteilt. Das Blattwerk 

ist auf die Kronenschichten zwischen Kronenansatzhöhe und Baumhöhe 

verteilt. 

Abb. A4-2 beschreibt das prinzipielle Zusammenwirken der Teilmodelle zur Vegetations- 

und Bodendynamik in 4C.



Abb. A4-2: Modellschema 4C 

A-4.4.1.2 Wasser- und Nährstoffbilanzierung 

Das Wasser- und Nährstoffangebot (Stickstoff, Kohlenstoff) wird in Abhängigkeit 

von Boden, Bestand und Wetter bilanziert (Einzelmodell 4C: Grote et al., 1999; 4C 

im Modellverbund ArcEGMO-PSCN: Kap. A-4.5). 4C berechnet zunächst für jede 

Kohorte einen aktuellen Transpirationsentzug in Abhängigkeit von der durch die 

Interzeptionsverdunstung reduzierten potentiellen Evapotranspiration und der aktuellen 

Bodenfeuchte der durchwurzelten Schichten, der als Wasserentzug pro 

Schicht an das Bodenwassermodell übergeben wird. 

Durch den täglichen Entzug von Wasser und Nährstoffen einerseits sowie die jährliche 

Bilanzierung des Streufalls und die Zufuhr zum Bodenkompartiment andererseits 

wird der Nährstoffkreislauf im System Pflanze – Boden geschlossen. Zusätzlichen 

Eintrag erhält das System durch Deposition, Verluste treten durch Auswaschung 

auf. 

A-4.4.1.3 Assimilation und Allokation 

Die photosynthetische Nettoassimilationsleistung wird nach einem Ansatz von 

Haxeltine & Prentice (1996) als Funktion von absorbierter photosynthetisch aktiver 

Strahlung, Lufttemperatur sowie Bodenwasser- und Nährstoffverfügbarkeit berechnet. 

Die Produktion der einzelnen Kohorten ist artenspezifisch und abhängig vom 

Anteil der Kohorte an der vom Bestand absorbierten Strahlung. Aus der jährlichen 

Bruttoassimilationsleistung wird nach Abzug der Respiration das Wachstum der 

Kompartimente Feinwurzeln, Stamm, Blattwerk, sowie Äste und Grobwurzeln berechnet. 

Die Allokationskoeffizienten für die einzelnen Kompartimente werden dabei 

so bestimmt, dass sie einem vorgeschriebenen Verhältnis des Querschnitts der 

leitenden Gewebe im Holz zu den zu versorgenden Blattmassen und einer ausgewogenen 

Leistung des Aufnahmevermögens der Feinwurzeln und der Produktionskapazität 

der Blätter entsprechen (functional balance und pipe model theory, 

siehe z.B. Mäkelä, 1986). Zusätzlich gehen in die Bestimmung der Allokationskoeffizienten 

eine Höhenwachstumsfunktion ein, die vom relativen Lichtgenuss und



dem Blattmassenzuwachs abhängig ist, sowie die zu ersetzenden Streuproduktionsflüsse. 

Die Kronenansatzhöhe wächst, wenn die Nettoproduktion der untersten 

Kronenschicht negativ wird. Damit sind die Baumdimensionen Höhe, Brusthöhendurchmesser 

und Kronenansatzhöhe im Modell berechenbar. 

A-4.4.1.4 Phänologie 

Das Modell enthält ein Modul zur Simulation des Blattaustriebstags der Buche, das 

mit dem phänologischen Datensatz des Deutschen Wetterdienstes parametrisiert 

wurde (Schaber & Badeck 2003). Bei der Berechnung des Blattaustriebs wird davon 

ausgegangen, dass die Regulation der ontogenetischen Entwicklung durch die 

Interaktion von wachstumsfördernden (Promotoren) und wachstumshemmenden 

(Inhibitoren) Verbindungen (Phytohormone) erfolgt und die Balance zwischen 

Promotoren und Inhibitoren den physiologischen Entwicklungszustand der Pflanze 

und ihre Reaktion auf externe Bedingungen bestimmt (Schaber, 2002). Wesentliche 

Einflussfaktoren sind dabei die Lufttemperatur und die Tageslänge. 

Der Blattwurf wird anhand eines festen durchschnittlichen Datums bestimmt. Für 

die Laubbaumarten wurden die erforderlichen Parameter an Daten des DWD angepasst. 

Für die immergrünen Baumarten werden gegenwärtig im Modell noch 

keine phänologischen Stadien unterschieden. 

A-4.4.1.5 Mortalität 

Die Mortalität der Individuen innerhalb der Kohorten wird aus der Kohlenstoffbilanz 

bestimmt (stressbedingte Mortalität) oder nach einer vorgegebenen altersbedingten 

Mortalitätsrate. Beide Ansätze können auch kombiniert werden. Stressbedingte 

Mortalität tritt auf, wenn die Kohlenstoffbilanz über einen bestimmten Zeitraum 

negativ wird und daher z.B. die Blattmasse der Individuen einer Kohorte eines 

Jahres geringer ist als die des Vorjahres. Sie führt damit zur Verringerung der Individuenzahl 

bzw. zum vollständigen Absterben der Kohorte. Die intrinsische artenspezifische 

Mortalität wird über ein maximales Alter der Baumart definiert (Botkin & 

Nisbet, 1992). 

A-4.4.1.6 Regeneration und Management 

Auf Bestandesebene können Verjüngungs- und Bewirtschaftungsmaßnahmen 

simuliert werden. Die Verjüngung beschreibt das Aufwachsen von gepflanzten 

Setzlingen oder von Sämlingen, die jährlich in Abhängigkeit von Umweltbedingungen 

im Bestand aufkeimen können, in die Baumschicht. 

Das Modell erlaubt die Simulation einer Vielzahl von Bewirtschaftungsvarianten, 

die durch die Kombination verschiedener implementierter Methoden möglich sind. 

Ein Bewirtschaftungsplan steuert die verschiedenen Eingriffe. In Abhängigkeit von 

der Bestandeshöhe werden Jungwuchspflege, Läuterung und Jungbestandespflege 

simuliert. Für die anschließenden Bestandeseingriffe kann Hoch– oder Niederdurchforstung 

gewählt werden. Die Durchforstung wird durch Durchforstungsstärke 

und Durchforstungsintervall beschrieben. Zur Ernte des Bestandes, gesteuert über 

die Umtriebszeit, ermöglicht das Modell den Kahlschlag mit anschließender Neuanpflanzung 

oder natürlicher Verjüngung oder einen Schirmschlag, ebenfalls kombiniert 

mit einer Unterpflanzung. Für die Pflanzung kann eine Artenspezifikation 

und Pflanzdichte vorgegeben werden. Die Generierung von Mischbeständen ist



möglich. Der Bewirtschaftungsplan erlaubt damit auch langfristige Simulationen 

über mehrere Umtriebszeiten. 

A-4.4.1.7 Störungen 

Störungen wie Windwurf oder Borkenkäferbefall im Bestand können im Modell 

durch Verarbeitung einer Störungszeitreihe simuliert werden. Diese Störungen 

wirken insbesondere durch eine zusätzliche Mortalität in den Baumkohorten auf die 

Bestandesdynamik: 

Die Störungsdynamik durch Borkenkäferbefall wird durch eine Zeitreihe der Störungsereignisse 

mit Information über befallene Fläche (Koordinaten), Störungstyp, 

Störungsjahr, Anteil der befallenen Fläche an der Gesamtfläche des Bestandes 

und Typ des Bestandes (bewirtschaftet oder unbewirtschaftet) beschrieben. Im Fall 

von Borkenkäferbefall wird Mortalität der Fichten, die älter als 50 sind, angenommen. 

Bei den bewirtschafteten Beständen werden alle befallenen und damit gestorbenen 

Fichten vollständig geerntet, Wurzeln und Benadlung verbleiben im Ökosystem. 

Bei den unbewirtschafteten Beständen werden diese Bäume komplett in 

die Zersetzungspools des Bodens überführt, für die Stämme, wird eine verzögerte 

Überführung in den Zersetzungspool für Stammholz angenommen, da die toten 

Bäume noch einige Jahre im Bestand stehen. 

Sowohl im bewirtschafteten als auch im unbewirtschafteten Fall, wird bei einem 

Anteil der Störungsfläche, akkumuliert über mehrer aneinanderfolgende Störungsjahre, 

von über 30% der Bestandesfläche, eine natürliche Verjüngung der vorkommenden 

Baumarten simuliert. 

A-4.4.1.8 Zeitregime 

Die Berechnung der Flüsse und die Änderung der Zustandsvariablen erfolgt prozessabhängig 

mit unterschiedlichen zeitlichen Schrittweiten. Die Wasser- und 

Nährstoffflüsse sowie die Phänologie werden im Tagestakt berechnet, die photosynthetische 

Produktion mit Schrittweiten zwischen wahlweise einem Tag bis zu 

einer Woche, während Allokation, Wachstum, Mortalität und Regeneration im Jahrestakt 

berechnet werden. 

A-4.4.1.9 Parameter, Initialisierung und Triebkräfte 

Die Artenzusammensetzung und die Bestandesstruktur können auf der Basis von 

Inventurdaten initialisiert werden. Die Kohorten werden dann entsprechend der 

gemessenen Verteilungen von Brusthöhendurchmesser sowie, falls vorhanden, 

Baumhöhe und Kronenansatzhöhe definiert. 

Als treibende klimatische Größen werden Tagesmittel bzw. -summen der Temperatur, 

des Niederschlags, der Luftfeuchte und der Strahlung benötigt, die wahlweise 

aus Messreihen eingelesen oder aus Monatswerten mit Hilfe eines Wettergenerators 

hergeleitet werden können. Außerdem wird eine Zeitreihen der atmosphärischen 

CO2-Konzentration und der Stickstoff-Deposition vorgegeben.



A-4.4.1.10 Validierung und Anwendung 

Das Modell liegt in einer ersten, hier umrissenen Ausbaustufe vor und wird an langen 

Zeitreihen von Dauerbeobachtungsflächen hinsichtlich der Bestandesdynamik 

getestet (Schaber, Badeck et al. 1999; Mäkelä et al. 2000). Es ist gegenwärtig für 

die Baumarten Buche (Fagus sylvatica L.), Fichte (Picea abies L.), Kiefer (Pinus 

sylvestris L.), Eiche (Quercus robur L.) und Birke (Betula pendula Roth) parametrisiert. 

Einzelne Komponenten des Waldwachstumsmodells 4C wurden für mehrere 

Baumarten an verschiedenen Standorten (v.a. an Level II Standorten in Brandenburg, 

Sachsen und Thüringen) validiert. 

Im Rahmen des BMBF-Projektes „Wälder und Forstwirtschaft im Globalen Wandel: 

Strategien für eine integrierte Wirkungsanalyse und –bewertung“ (LK9528-9533) 

und des EU-Projektes Projektes SilviStrat“: Silvicultural Response Strategies to 

Climatic Change in Management of European Forests” (EVK2-2000-00723) wurde 

das Modell für Analysen eingesetzt (Lasch et al. 2002; Lasch et al. 2005). 

A-4.4.2 Das Modell für land- und forstwirtschaftliche Kulturen 

VEGEN 

Für die Simulation des Wachstums und der Ertragsbildung landwirtschaftlicher 

Kulturen wurde das in SWAT2000 (Neitsch et al., 2001) enthaltene Pflanzenmodell 

mit geringen Modifikationen übernommen. Dieses Modell ist eine vereinfachte Version 

des EPIC-Wachstumsmodells (Williams et al., 1984; Engel et al., 1993), basierend 

auf dem Temperatursummenansatz zur Beschreibung der phänologischen 

Entwicklung der Pflanze. Durch den breiten weltweiten Einsatz dieses Vegetationsmodells 

stehen für fast alle Kulturarten geprüfte pflanzenspezifische Parametersätze 

zur Verfügung. 

Insgesamt wird zwischen sieben Pflanzentypen unterschieden: 

• einjährige Sommer- und Winterfrüchte, 

• einjährige Sommer- und Winterleguminosen, 

• Dauerfruchtarten (Dauergrünland etc.), 

• Dauerleguminosen, 

• Bäume 

Wurzelwachstum wird nur für die einjährigen Fruchtarten simuliert. Bei allen anderen 

wird als Wurzeltiefe die maximal mögliche pflanzen- und bodenspezifische 

Tiefe angenommen. Für Leguminosen wird die Stickstoffbindung modelliert. Bei 

den mehrjährigen bzw. den Winterfruchtarten erfolgt außerdem die Berücksichtigung 

der Vegetationspause im Winter bei Unterschreitung einer minimalen Tageslänge. 

Neben fruchtartspezifischen Parametern entsprechend Neitsch et al. (2001) benötigt 

das Modell Informationen zur Fruchtfolge auf den einzelnen Ackerflächen. Dazu 

wurde ein Fruchtfolgengenerator entwickelt, den Klöcking et al. (2003) detailliert 

beschreiben.



A-4.4.3 Dynamischer Ansatz auf der Basis von Tabellenfunktionen 

Grundprinzip dieses Ansatzes ist die Verarbeitung von Zeitfunktion zur Beschreibung 

der innerjährlichen bzw. mehrjährigen Dynamik der beiden, für den Gebietswasserhaushalt 

wichtigen, vegetationsspezifischen Parameter Wurzeltiefe und 

Blattflächenindex. Diese Funktionen werden für die einzelnen Vegetationstypen 

entweder über äqui- bzw. nicht äquidistante Stützstellen oder als Jahres- bzw. 

Monatsmittelwerte eingelesen. Bei der Vorgabe von Stützstellen werden die benötigten 

Tageswerte über eine lineare Interpolation ermittelt. Die Landnutzungskennwerte 

Versiegelungsgrad und Oberflächenrauhigkeit werden wie im statischen 

Ansatz (Kap.A-4.4.4) betrachtet. 

Die potenzielle Transpiration ergibt sich aus der potenziellen Evapotranspiration 

Ep(t) nach Abzug von Interzeptionsverdunstung, Sublimation und Muldenspeicherverdunstung. 

Sie steuert den täglichen Transpirationsentzug bis zur aktuellen 

Durchwurzelungstiefe, der in Abhängigkeit von der aktuellen Bodenfeuchte der 

durchwurzelten Bodenschichten berechnet und an das Bodenwassermodell übergeben 

wird. 

A-4.4.4 Statisches Landnutzungsmodell 

Dieser Ansatz dient insbesondere zur Beschreibung von Flächen, die nicht primär 

durch ihre Vegetation bestimmt sind, wie z.B. Siedlungen, Gewerbegebiete, Halden, 

Brachflächen. 

Für die jeweiligen Landnutzungen werden mittlere Kennwerte wie Versiegelungsgrad, 

Interzeptionsspeicherkapazität, Bedeckungsgrad, Albedo und Oberflächenrauhigkeit 

(Strickler-Wert nach Bollrich & Preissler, 1992) mit Angabe eines Toleranzbereiches 

(zur Unterstützung von Sensitivitätsstudien) eingelesen. Die Zuordnung 

erfolgt anhand von Erfahrungswerten und Literaturangaben. 

Die innerjährliche Dynamik der Wurzeltiefe r(t) wird bei Angabe des jährlichen Minimums 

und Maximums mittels einer trigonometrischen Funktion wie folgt beschrieben. 

⎧ 

r( 

t) 

= ⎨ 

⎩r 

min 

− cos( d π / 182. 

5)( 

r 

s 

max 

− r 

min 

s - Dicke der ungesättigten Bodenzone 

d - Tag im Jahr (1, 366) 

) 

⇔ r( 

t) 

≥ s 

⇔ r( 

t) 

< s 

Wird dieses Landnutzungsmodell angewendet, so erfolgt bei der Abbildung der 

Oberflächen- und Bodenwasserdynamik keine Unterscheidung in Evaporation und 

Transpiration. Die aktuelle Evapotranspiration ergibt sich aus der potenziellen Evapotranspiration 

nach Abzug von Interzeptionsverdunstung, Sublimation und Muldenspeicherverdunstung 

und limitiert durch das pflanzenverfügbare Wasser in den 

durchwurzelten Bodenschichten. 

(5)



A-4.5 Simulation der Bodenprozesse 

A-4.5.1 Bodenwasserdynamik 

Die Modellierung der Bodenwasserdynamik erfolgt mit einem Mehrschicht- 

Kapazitätsmodell nach Koitzsch (1977) und Glugla (1969), welches die Bodenwasserdynamik 

mittels abgeleiteter bodenspezifischer Kennwerte wie Feldkapazität 

und Permanenter Welkepunkt zur Charakterisierung der Wasserspeicherung unter 

bestimmten Spannungsverhältnissen beschreibt. Das Originalmodell wurde jedoch 

insbesondere hinsichtlich der Terme zur Abbildung der Verdunstungsintensität 

überarbeitet, da im Rahmen des PSCN-Moduls der aktuelle Transpirationsbedarf 

durch vegetationsspezifische Pflanzenmodelle berechnet wird. Außerdem wurde 

das Modell um einen Ansatz zur Beschreibung der hypodermischen Abflussbildung 

und ein Makroporenflussmodell erweitert. 

Grundannahme des empirischen Makroporenflussmodells ist, dass die Bildung von 

Makroporen von den Bodeneigenschaften, der Landnutzung und der aktuellen 

Bodenfeuchte beeinflusst wird. Hinsichtlich der Bodeneigenschaften werden Skelett- 

und Tonanteil berücksichtigt. Bezüglich der Landnutzung wird vorausgesetzt, 

dass Makroporen vor allem unter Wald, unter Wiesen und bei konservierender 

Bodenbearbeitung auftreten. 

Für jede Bodenschicht zj wird eine Makroporosität MP (0 ≤ MP ≤ 1) wie folgt berechnet: 

⎡ 

⎛ z ⎤ 

max − z ⎞ 

( z j , t) 

= rθ 

( z j , t) 

⎢k 

sSkelett 

( z j ) + ktTon 

( z j ) + k 

⎜ 

⎟ 

⎟⎥ 

⎢⎣ 

⎝ zmax 

⎠⎥⎦ 

MP v 

mit 

⎧⎛ 

θ FK ( z j ) −θ 

( z j , t) 

⎞ 

⎪⎜1 

+ 

⎟ ⇔ 

rθ 

( z j , t) 

= ⎨⎜ 

⎟ 

⎝ θWP 

( z j ) 

⎠ 

⎪ 

⎩ 

1 

⇔ 

θ ( z , t) 

< θ ( z ) 

j 

θ ( z , t) 

≥ θ ( z ) 

zmax - maximale Tiefe der landnutzungsgebundenen Makroporen [mm] 

z - aktuelle Tiefe [mm] 

t - Zeit 

θ - Wassergehalt [mm] 

θWP - Wassergehalt am Permanentwelkepunkt [mm] 

θFK - Wassergehalt bei Feldkapazität [mm] 

ks,kt,kv - Parameter (kv=0, wenn z>zmax) 

In der obersten Bodenschicht ist MP der Anteil des infiltrierenden Niederschlags, 

der sofort in die darunter liegende Schicht weitergeleitet wird. Je nach Makroporosität 

der weiteren Schichten wird dieser weiter geleitet, bzw. kann anteilig in die 

Bodenmatrix infiltrieren. 

Dem Mehrschicht-Kapazitätsmodell zur Beschreibung der Feuchtedynamik in der 

Bodenmatrix liegt die Annahme zugrunde, dass es erst nach Überschreiten der 

Feldkapazität zu einem Abfluss (vertikal und horizontal) aus der betrachteten Bodenschicht 

kommt. Anstelle der Kenntnis der hydraulischen Eigenschaften des 

Bodens wird nur noch der von der Bodenart abhängige Leitfähigkeitsparameter 

benötigt. 

j 

FK 

FK 

j 

j 

(6) 

(7)



Die Änderung des Wassergehaltes θ(zj,t) der Schicht zj in der Zeit t ergibt sich zu: 

∆θ ( z j , t ) ∆θ 

w ( z j , t ) 

= 

= 

∆t 

∆t 

P ( z 

j-1 

, t ) - E ( z 

Nebenbedingungen: θWP(zj) ≤ θ(zj,t) ≤ V(zj) 

P(zj-1,t) = I(t) 

Anfangswerte: θ(zj,0) = θFK(zj) 

j 

, t ) - P ( z 


P - Perkolationsrate [mm/d] 

P h - horizontaler (hypodermischer) Abfluss [mm/d] 

E - Entzugsrate [mm/d] 

θWP - Wassergehalt am Permanentwelkepunkt [mm] 

V - Porenvolumen [mm] 

I - Infiltrationsmenge 


j 

h 

, t ) − P ( z , t) 

Der aktuelle Entzug E(t) setzt sich aus dem Bodenevaporations- Es und dem 

Transpirationsanteil Etr zusammen. 

E(t) = Es 

(t) + E tr (t) 

Wenn der potentielle Evaporationsbedarf Ep(t) noch nicht durch die Interzeptions- 

und Muldenspeicherverdunstung gedeckt ist, kann aus den unversiegelten Flächen 

des Hydrotops ein Evaporationsentzug aus dem Boden bis zu einer bodenspezifischen 

Tiefe zE erfolgen: 

E (t) = E ( t) 

⋅ R 

s 

Sp 

SE 

z 

i 

∫ f(x) dx 

z i−1 

⋅ 

z E 

∫ f(x) dx 

Esp - potentielle Bodenevaporation[mm] 

f(x) - Entzugsdichtefunktion 

RSE - Reduktionsfunktion 

0 

Die Entzugsdichtefunktion f(x) wird nach Gl. 9 beschrieben. 

f(x) = 

z 

E 

⋅ ( p 

S 

⋅ z 

E 

+ x) ⋅ 

z 

− x 

E 

−1 

( (1 + p ) ⋅ ln( 

1+ 

p ) −1) 

S 

S 

j 

(8) 

(9) 

(10) 

(11) 

Diese ursprünglich durch Koitzsch (1977) für äquidistante Schichten entwickelte 

Funktion wurde mittels des Parameters pS = 0.05 auch für Schichten optionaler 

Dicke angepasst. Die evaporierte Wassermenge aus allen Schichten zj oberhalb 

der maximalen Tiefe zE wird durch das Minimum aus dem verbleibenden Evaporationsbedarf 

und dem verfügbaren Bodenwasser oberhalb des Welkepunktes limitiert. 

Letzteres wird durch die Reduktionsfunktion RSE(z) realisiert:



⎧1 

⎪ 

( θ ) = ⎨( 

θ −θ 

⎪ 

⎩0 

⇔θ 

≥ θ 

FK 

R SE 

WP ) /( θ FK −θWP 

) ⇔θ 

WP 

⇔θ 

< θ 

≤ θ < θ 


θWP - Wassergehalt am Permanentwelkepunkt[mm] 


WP 

FK 

(12) 

Der Transpirationsanteil Etr(t) wird in seiner Menge und vertikalen Verteilung durch 

das Vegetationsmodell in Abhängigkeit vom pflanzenverfügbaren Wasser berechnet. 

Die aktuelle Versickerung P(zj,t) aus der Schicht zj ergibt sich zu: 

⎧ 

0 

P( 

z j , t) 

= ⎨ 

⎩λ(max( 

0, 

θ ( z j , t) 

− θ FK ( z j ))² 

B(zj,t) - Bodentemperatur der Schicht zj [mm] 

⇔ θ ( z , t) 

≤ θ ( z ) ∨ B( 

z , t) 

< 0° 

C 

j 

⇔ θ ( z , t) 

> θ ( z ) ∨ B( 

z , t) 

≥ 0° 

C 

j 

FK 

FK 

j 

j 

j 

j 

(13) 

Liegt der aktuelle Bodenwassergehalt nach Realisierung von Entzug und Perkolation 

immer noch oberhalb der Feldkapazität, so kann auch ein horizontal gerichteter 

Abfluss in Abhängigkeit von der Schichtneigung erfolgen. 

⎧ 

0 

h 

P ( z j, 

t) 

= ⎨ 

⎩sin(arctanα) 

λ(max( 

0, 

θ( 

z j, 

t) 

− θ 

α – Neigung der Bodenschicht 

A-4.5.2 Bodenwärmedynamik 

FK 

( z ))² 

j 

⇔ θ( 

z , t) 

≤ θ 

j 

⇔ θ( 

z , t) 

> θ 

j 

FK 

FK 

( z ) ∨ B( 

z , t) 

< 0° 

C 

j 

( z ) ∨ B( 

z , t) 

≥ 0° 

C 

j 

j 

j 

(14) 

Die Simulation der Wärmedynamik basiert auf dem Modell von Suckow (1986). Die 

Bodenwärmeänderung wird dabei mittels der vereinfachten eindimensionalen 

Wärmeleitungsgleichung 

∂ T (z , t ) ∂ ⎡ ∂ T (z , t ) ⎤ 

Ch (z , t ) = 

∂ ∂ ⎢λ 

h (z , t ) 

t z 

⎥ 

⎣ 

∂ z ⎦ 

(15) 

mit der Zeit t ∈ (0, te) und der Tiefe z ∈ (0, ∞) für veränderliche Wärmekapazität 

Ch(z,t) und Wärmeleitfähigkeit λh(z,t) beschrieben. Die Lösung der Gl. 13 erfolgt 

numerisch (Suckow, 1986). Der Beitrag des Bodeneises an der Wärmeleitung und 

der Phasenübergang der Bodenflüssigkeit werden nicht betrachtet. 

Die Wärmekapazität des Bodens Ch(z,t) wird als Summe der Wärmekapazitäten 

der festen Bodenbestandteile und des Bodenwassers beschrieben: 

Ch(z,t) = ρs cs θs(z) + ρwcwθw(z,t) (16) 

ρs Dichte der festen Bestandteile 

θs Volumenanteil der festen Bestandteile 

cw spezifische Wärmekapazität des Wassers 

ρs Dichte des Wassers 

θs volumetrischer Wassergehalt 

cs spezifische Wärmekapazität der Festsubstanz



Die Wärmeleitfähigkeit wird nach einem Ansatz von Neusypina (1979) berechnet: 

(3 ρ t - 1.7 ) 10 

λh 

= 

1 + (11.5 - 5 ρ ) exp (-50 [ θ / ρ ] 

t 

-3 

λh Wärmeleitfähigkeit [kJcm-1s-1K-1] 

ρt Trockenrohdichte [g/cm³] 

θ volumetrische Feuchte [Vol.%] 

t 

1.5 

) 

(17) 

Die obere Randbedingung für die Lösung der Wärmeleitgleichung (13) ist durch die 

Bodenoberflächentemperatur gegeben. Für deren Berechnung werden zwei konzeptionelle 

Algorithmen angeboten, die für eine Simulation auf Tageszeitschrittbasis 

entwickelt und kalibriert wurden. 

Der Williams-Algorithmus wurde im Rahmen der Entwicklungsarbeiten am “Erosion-Productivity 

Impact Calculator” (EPIC) durch Williams et al. (1984) erarbeitet. 

Dieses Bodentemperatur-Modell fand in Original- oder bearbeiteter Form Eingang 

in weitere Bestandesmodelle und Gebietsmodelle wie z.B. CERES (Jones et al., 

1986) und SPASS (Wang, 1997). Die tägliche Bodenoberflächentemperatur B0 

wird als Funktion der Globalstrahlung ra [MJ/m²], der Albedo A und der minimalen 

bzw. maximalen Lufttemperatur (Tmin, Tmax) eines Tages berechnet: 

B0(t) = (1-al(t)) [Tmin(t) + (Tmax(t)–Tmin(t))( 0.03ra(t)) 0.5 ]+ A(t) B0(t-∆t) (18) 

Die Albedo als Kombination aus Boden- und Pflanzenalbedo wird unter der Annahme, 

dass die Pflanzenalbedo im Mittel 0.25 beträgt, und der mittlere Extinktionskoeffizient 

der Pflanzenbedeckung für kurzwellige Strahlung 0.5 ist, mittels Gl. 

17 berechnet. 

A(t) = Asoil exp(-0.5 LAI(t)) + 0.25 [1-exp(-0.5) LAI(t))] (19) 

Asoil - Bodenalbedo 

LAI - Blattflächenindex 

Alternativ dazu kann die Bodenoberflächentemperatur mittels eines empirischen 

Ansatzes durch näherungsweise Berechnung des Faltungsintegrals über die Lufttemperatur 

T der letzten drei Tage (Suckow, 1989) berechnet werden. 

0 

2 

( ) ( ) 

∑ 

B (t) = a + b⋅ K(t) F(i) ⋅T(t − i ⋅∆t 

i= 0 

K - mittlerer Korrekturfaktor 

F(i) - Faltungskoeffizient 

a,b - Bestandeskoeffizienten (Brache: a=0, b=1) 

(20)



Bei Vorhandensein einer Schneedecke wird die Bodenoberflächentemperatur mit 

einem empirischen Ansatz, der die Schneemenge berücksichtigt (Klöcking, 1991), 

berechnet: 

B0(t) = l B1(t-∆t) + α T(t) / (β + γ s(t)) (21) 

B1 - Temperatur der obersten Bodenschicht 



α,β,γ - Parameter 

A-4.5.3 Kohlenstoff-/Stickstoffdynamik im Boden 

A-4.5.3.1 Das C/N-Modell im Überblick 

Die Simulation der Kohlenstoff-/Stickstoffdynamik des Bodens umfasst den biochemischen 

Umsatz im Boden und die Verlagerung der löslichen Komponenten mit 

der Bodenlösung. Sie ist eng an die Vegetationsmodellierung (Kap. A-4.4) gekoppelt, 

welche die Stickstoffaufnahme und die Nachlieferungen toter organischer 

Substanz durch die Vegetation simuliert. 

Im PSCN-Modul wird hierfür das ursprünglich für Waldstandorte entwickelte und in 

4C implementierte Bodenmodell des Kohlenstoff- und Stickstoffhaushalts (Suckow 

et al. 2001) aufgerufen, wobei sowohl auf Seiten des Vegetationsmodells für landwirtschaftliche 

Kulturen (VEGEN, Kap. A-4.4.2) als auch auf Seiten des Bodenmodells 

entsprechende Anpassungen vorgenommen werden mussten, um dieses 

C/N-Modell auch für Nichtwaldflächen nutzen zu können. 

Im Modell wird zwischen primärer organischer Substanz (POM) in mehreren Fraktionen, 

dem Humus (aktive organische Substanz AOM) und dem mineralisierten 

Stickstoff in Form von Ammonium und Nitrat unterschieden. Mineralisierung, Nitrifizierung, 

Pflanzenaufnahme und Transport werden für jede einzelne Bodenschicht 

in Abhängigkeit von Bodenfeuchte, Bodentemperatur, pH-Wert und den Entzugsansprüchen 

durch die Vegetation berechnet (s. Abb. A4-3). 

Abb. A4-3: Modellierung des Stickstoffkreislaufes innerhalb des Bodenmodells



A-4.5.3.2 Kohlenstoff- und Stickstoffeintrag 

Die in den Ernteresten und der Streu (Nadeln, Blätter, Zweige) enthaltenen Kohlenstoff- 

und Stickstoffmengen werden den jeweiligen NPOM and CPOM-Pools der 

ersten Bodenschicht zugeordnet. In der gleichen Weise werden die in den abgestorbenen 

Feinwurzeln enthaltenen C/N-Mengen den POM-Pools der jeweiligen 

Bodenschicht hinzugefügt. 

Als atmosphärischer Eintrag wird die Nassdeposition von Nitrat und Ammonium 

berücksichtigt, die zu einer Erhöhung der mineralischen Pools NNH4 and NNO3 führt. 

A-4.5.3.3 Kohlenstoff- und Stickstoffumsatz 

Der Umsatz zwischen den einzelnen C/N-Bindungsformen (Abb. 3) wird durch eine 

Kinetik erster Ordnung beschrieben (Chertov and Komarov, 1997; Franko, 1990; 

Parton et al., 1987). Die Umsatzgeschwindigkeit wird durch reaktionsspezifische 

Umsatzkoeffizienten bestimmt. 

Abb. A4-4: Modell des Kohlenstoff-Stickstoff-Umsatzes mit den Reaktionskoeffizienten 

k1+k2 = k*1+k*2 = kPOM für die Primärsubstanz, kAOM für die aktive 

organische Substanz, den entsprechenden C/N-Verhältnissen QPOM 

bzw. QAOM und der Nitrifikationskonstante knit 

Der dominante Prozess ist die C-Mineralisierung, welcher die Energie für den gesamten 

Umsatz der organischen Substanz liefert. Entsprechend des obigen Konzeptes 

ergibt sich die Änderung der Kohlenstoffmenge in der organischen Primärsubstanz 

POM wie folgt: 

d 

C 

dt 

C in toter 

Biomasse 

N in toter 

Biomasse 

POM 

(t) 

QPOM 

= −kPOM 

⋅ R 

min 

(t) ⋅ C 

k * 

2 

C im 

Humus 

Q AOM 

k k 1 AOM knit 

N im 

NH4 Humus 

k 2 

POM 

(t) 

k AOM 

mineralisiertes 

C 

(22) 

mit dem Reaktionskoeffizienten kPOM = k1+k2 (s. Abb. A4-4). Die Reduktionsfunktion 

Rmin repräsentiert den Einfluss von Wassergehalt, Bodentemperatur und pH- 

Wert auf den Mineralisierungsprozess (Franko, 1990; Kartschall et al., 1990). 

Die Transformation der organischen Primärsubstanz CPOM(z,t) in aktive organische 

Substanz CAOM(z,t) wird durch den Reaktionskoeffizienten k1 = ksyn ⋅ kpom beschrieben, 

der als Produkt aus dem substratabhängigen Humussynthesekoeffizienten 

ksyn und dem Zersetzungskoeffizienten der POM berechnet wird. Der Übergang 

NO3



von Kohlenstoff in aktive organische Substanz wird bestimmt vom neu synthetisierten 

Anteil und der Menge, die zur Mineralisierung benötigt wird: 

d 

C 

dt 

AOM 

(t) = ksyn 

⋅ kPOM 

⋅ R min (t) ⋅ CAR POM (t) − kAOM 

⋅ R 

min 

(t) ⋅ C 

AOM 

(t) 

(23) 

Wieviel Stickstoff in die aktive organische Substanz eingelagert wird, und wieviel 

mineralisiert wird, hängt vom C/N-Verhältnis der beiden organischen Fraktionen 

und dem Kohlenstoffbedarf der Humussynthese ab. Die Nettomineralisierung von 

Stickstoff aus der organischen Primärsubstanz ist analog zu Gl. (20). Der Stickstoffumsatz 

in der aktiven organische Substanz verläuft ähnlich wie der Kohlenstoffumsatz, 

wobei das C/N-Verhältnis beider organischen Fraktionen QPOM and 

QAOM den Synthesekoeffizient ksyn zu k * 

syn modifiziert (Kartschall et al., 1990). 

* Q 

ksyn = ksyn 

⋅ 

Q 

POM 

AOM 

(24) 

Außerdem wird die Veränderung des Ammonium- (NNH4) und Nitrat-Stickstoffs 

(NNO3) betrachtet. Somit wird der Stickstoff-Nettoumsatz durch das folgende System 

von Differentialgleichungen (Klöcking, 1991) für jede Bodenschicht beschrieben. 

d 

dt 

d 

dt 

N 

N 

d 

N 

dt 

d 

dt 

N 

POM 

AOM 

NH4 

NO3 

(t) = −kPOM 

⋅R 

min 

(t) ⋅N 

POM 

(t) 

* 

(t) = k syn ⋅ kPOM 

⋅ R min (t) ⋅ N POM (t) − k AOM ⋅ R 

min 

(t) ⋅ N 

AOM 

* 

(t) = ( 1− 

k syn ) ⋅kPOM 

⋅R 

min (t) ⋅N 

POM (t) + k AOM ⋅R 

min (t) ⋅N 

AOM (t) −k 

nit ⋅ R 

(t) 

= knit 

⋅ R 

nit 

(t) ⋅ N 

NH4 

(t) 

(t) 

nit 

(t) ⋅ N 

NH4 

(t) 

(25) 

(26) 

(27) 

(28) 

Das Differentialgleichungssystem (23)-(26), mit den entsprechenden Anfangswerten 

wird mittels der Laplace Transformation gelöst. Die optimalen Reaktionskoeffizienten 

dieser Prozesse können durch spezielle Untersuchungen oder aus der 

Literatur bestimmt werden. 

Analog zum Kohlenstoffumsatz erfolgt auch hier eine Reduktion der Mineralisierung 

und Nitrifizierung durch die Reduktionsfunktionen Rmin(z,t) bzw. Rnit(z,t). Durch 

sie wird der Einfluss von Umweltbedingungen (Feuchte, Temperatur, pH-Wert) auf 

die Mineralisierung und die Nitrifizierung (Franko, 1990; Kartschall et al., 1990) 

beschrieben. Jede Einflusskomponente wird durch eine Einzelfunktion beschrieben, 

deren Produkt die gesamte Reduktionsfunktion ergibt. Die Mineralisation wird 

verzögert, wenn die Bodenfeuchte Werte von weniger als der Hälfte des Wassergehaltes 

bei Feldkapazität annimmt, der Einfluss der Bodentemperatur auf die 

Mineralisierung wird durch das van't Hoff-Gesetz beschrieben, außerdem wird die 

Mineralisierung durch ein saures Bodenmilieu (pH < 5) gehemmt. Die Reduzierung 

der Nitrifizierung durch Trockenheit erfolgt ähnlich wie für die Mineralisierung, wobei 

jedoch auch eine Verminderung bei hohen Wassergehalten durch Sauerstoffmangel 

berücksichtigt wird.



Die Temperaturabhängigkeit der Nitrifizierung wird analog zur Mineralisierung beschrieben 

mit einem Optimum bei 25°C. Der pH-Wert wirkt sich noch stärker als 

bei der Mineralisierung aus. Unterhalb eines pH-Wertes von 3 kommt die Nitrifizierung 

zum Erliegen. Optimale Nitrifizierungsbedingen werden oberhalb eines pH- 

Wertes von 7 angenommen. 

A-4.5.3.4 Stickstofftransport 

Der Transport und die Pflanzenaufnahme UN von löslichen chemischen Substanzen 

erfolgt gekoppelt an die Bodenwasserbewegung und wird für jede Bodenschicht 

betrachtet. Der Transport von organischen Verbindungen wird nicht berücksichtigt, 

da ihr Flux vernachlässigbar klein im Vergleich zu ihrer Gesamtmenge 

im Boden ist. Da Ammonium und Nitrat z.T. eng an die Bodenmatrix gebunden 

sind, wird nicht die gesamte Menge als frei beweglich angesehen. Die Menge des 

verlagerten gelösten Ammoniums bzw. Nitrats NPi ist proportional zum Anteil der 

perkolierenden Wassermenge P. 

N = F ⋅ N 

Pi Ni i 

P 

θ + P + Eχ , 

i = NH4, NO3 

FNi - Fraktion des löslichen Ammoniums bzw. Nitrats 

P - perkolierende Wassermenge 

Eχ - Entzugsrate [mm/d] 

θ - Wassergehalt 

A-4.5.3.5 Stickstoffaufnahme 

(29) 

Ähnlich wie beim Stickstofftransport ist die Stickstoffaufnahme an den Wasserstrom 

gekoppelt. Im Gegensatz zum Transport steht aber der gesamte, als Ammonium 

oder Nitrat vorliegende Stickstoff zur Verfügung, da die Pflanzen auch den an 

die Bodenmatrix gebundenen Stickstoff aktiv aufnehmen können. Es wird angenommen, 

dass keine der Verbindungen bevorzugt durch die Pflanzen aufgenommen 

wird. Die Stickstoffaufnahme UN wird wie folgt berechnet: 

E 

U N χ 

= 

Ni i 

θ , i = NH4, NO3 (30) 

Der gesamte Entzug ist die Summe über alle Fraktionen in allen durchwurzelten 

Schichten.



A-4.5.4 Eingangsdaten für das Bodenmodell 

Die Modellierung der Bodenprozesse (Wasser-, Wärme- und C/N-Dynamik) erfolgt 

unter Berücksichtigung der horizontalen Schichtung des Bodens bis hinunter zum 

Ausgangssubstrat. Dabei werden bei grundwasserbeeinflussten Standorten auch 

temporär gesättigte Bodenschichten einbezogen. Als Eingangsdaten werden für 

jeden Horizont folgende Parameter benötigt: 

• Horizontmächtigkeit, 

• Porenvolumen, 

• Lagerungsdichte, 

• Skelettgehalt, 

• Tongehalt, 

• gesättigte hydraulische Leitfähigkeit, 

• Feldkapazität und Welkepunkt, 

• Gehalt an organischem Stick- und Kohlenstoff, 

• pH-Wert. 

A-4.6 Programmtechnische Umsetzung 

Wie das Gesamtsystem ArcEGMO ist das PSCN-Modul in C (Microsoft Visual 

C/C++) programmiert. Die Teilmodelle, die aus dem Waldwachstumsmodell 4C 

stammen (Bodenwärme, Boden-C/N-Haushalt und Waldwachstumsmodell), sind in 

FORTRAN 90 geschrieben. Das Modell wurde bislang auf dem PC (Betriebssystem 

Windows98, 2000, NT und XP) getestet. 

Der Aufruf der Teilmodelle des PSCN-Moduls erfolgt über prozessspezifischen 

Schnittstellen. Somit ist auch die Einbindung von externen Modellen direkt bzw. 

über Bibliotheken möglich.



A-4.7 Literatur 

Becker, A., Klöcking, B., Lahmer, W., Pfützner , , B., 2002. The Hydrological Modelling 

System ArcEGMO. In: Mathematical Models of Large Watershed Hydrology 

(Eds.: Singh, V.P. and Frevert, D.K.). Water Resources Publications, Littleton/Colorado, 

321-384. ISBN 1-887201-34. 

Behrendt, H., Huber, P., Kornmilch, M., Opitz, D., Schmoll, O., Scholz, G., Uebe, 

R., 2002. Estimation of the nutrient inputs to river basins – experiences from 

German rivers. Regional Environmental Chances, 3, 107-117 

Belmans, C., Wesseling, J.G., and Feddes, R.A., 1983. Simulation of the water 

balance of a cropped soil: SWATRE. Journal of Hydrology, 63:217-286. 

Bollrich, G., Preißler, G. 1992. Technische Hydromechanik. Bd.1: Grundlagen. 3. 

Auflage. Berlin: Verlag für Bauwesen. 

Botkin, D.B., Nisbet, R.A., 1992. Forest response to climatic change: effects of 

parameter estimation and choice of weather pattern on the reliability of projections. 

Climatic Change, 20, 87-111. 

Brutsaert, W., 1975. On a derivable formula for long wave radiation from clear 

skies. Water Resources Research, 11, 742-744. 

Chertov, O.G., Komarov, A.S., 1997. SOMM: A model of soil organic matter dynamics. 

Ecological Modelling, 94, 177-189. 

DVWK, 1996. Ermittlung der Verdunstung von Land- und Wasserflächen. DVWK 

Merkblätter zur Wasserwirtschaft 238. 

Engel, T., Klöcking, B., Priesack, E., Schaaf, T., 1993. Simulationsmodelle zur 

Stickstoffdynamik - Analyse und Vergleich. Agrarinformatik, Bd. 25, Ulmer Verlag, 

Stuttgart, 484 S. 

Franko, U., 1990. C- und N-Dynamik beim Umsatz organischer Substanz im Boden. 

Dissertation B Thesis, Akademie der Landwirtschaftswissenschaften der 

DDR, Berlin. 

Glugla, G., 1969. Berechnungsverfahren zur Ermittlung des aktuellen Wassergehaltes 

und Gravitationswasserabflusses im Boden. Albrecht-Thaer-Archiv, 13, 

371-376. 

Grote, R., Suckow, F., Bellmann, K., 1999. Modelling of carbon-, nitrogen-, and 

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Bisher sind in der Schriftenreihe „Wasserhaushalt und Stoffbilanzen im naturnahem 

Einzugsgebiet der Großen Ohe“ (ISSN 0937 – 0056) erschienen: 

Heft 1: Teichmann, U. (1984): Die Ermittlung des Gebietsniederschlages 

zur Lösung hydrologischer Bilanzen 

Heft 2: Bosse, M. (1987): Säure- und Stoffeinträge mit dem Niederschlag 

im Einzugsgebiet “Große Ohe” unter 

Berücksichtigung von Jahreszeiten und 

Witterungseinflüssen 

Heft 3: Kennel, M. (1987): Validierung, Anpassung und Modifikation 

des forsthydrologischen Modells BROOK 

zur Simulation des Wasserhaushaltes im 

Einzugsgebiet “Große Ohe” 

Heft 4: Stang, A. (1988): Die Entwicklung der Schneedecke im Einzugsgebiet 

“Große Ohe” in den Wintern 

1981/82 und 1982/83 unter besonderer 

Berücksichtigung der Baumart und der 

Geländeausformung 

Heft 5: Thums, S. (1991): Niederschlags- und Abflussauswertung der 

10jährigen Messreihe 1980 – 1989 für das 

Einzugsgebiet der Großen Ohe im Nationalpark 

Bayerischer Wald in Anlehnung an 

die Auswerteempfehlungen des Deutschen 

IHP/OHP – Nationalkomitees 

Heft 6: Haag, I. (1997): Hydrochemische Dynamik und Versauerungsmechanismen 

im Quellgebiet der 

Großen Ohe 

Heft 7: Symposiumsbericht (1999): Einzugsgebiet Große Ohe – 20 Jahre hydrologische 

Forschung im Nationalpark Bayerischer 

Wald 

Das Einzugsgebiet „Große Ohe“ ist dokumentiert in: 

IHP/OHP – Sekretariat (Hrsg.) (1983): Hydrologische Untersuchungsgebiete in der 

Bundesrepublik Deutschland, Koblenz

Bericht 8 - Nationalpark Bayerischer Wald

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