Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

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102 Anwendung: Das Talsperrensystem Weida-Zeulenroda Abbildung 3.21: Durch WASMOD berechnete Reduktionen der N-Gesamtausträge auf der Basis von Ergebnissen des BP ∗ A -Algorithmus für Reduktionen um 20 % und 25 % tierenden Daten in die von WASMOD verwendeten Parameterdatensätze aller räumlichen Einheiten eingespeist. Dabei waren die ursprünglichen N-Einträge über Düngung für alle Einheiten um die Anteile verringert worden, die zuvor mit dem Lernverfahren ermittelt worden waren. Die Modellierung mit WASMOD erfolgte für den gleichen fünfjährigen Zeitraum, der auch schon bei der Ermittlung der Aktivierungsfunktionen zugrunde gelegt worden war. Gleiches galt für die mit WASMOD modellierte Landnutzung auf den räumlichen Einheiten. Die Ergebnisse der Modellierung mit WASMOD zeigten, dass der prognostizierte N-Gesamtaustrag in den Vorfluter anhand der ermittelten Einzelreduktionen gut durch WASMOD nachvollzogen werden konnte. Zunächst wurden dabei die Ergebnisse der 25 %-Reduktion betrachtet. Der Mittelwert der in den fünf Jahren durch WASMOD berechneten Reduktion des N-Gesamtaustrags betrug für diesen Fall 23,2 %, gegenüber dem vom HydroNet prognostizierten Wert von 25,2 %. In einem zweiten Schritt wurden anschließend die Ergebnisse des HydroNet für die 20 %-Reduktion validiert. Hierbei berechnete WASMOD eine durchschnittliche Reduktion von 17,8 % gegenüber einer vom HydroNet ermittelten Einschränkung um 20 %. Abbildung 3.21 zeigt den Verlauf der von WASDMOD berechneten Reduktionen für die einzelnen Jahre zusammen mit dem vom HydroNet prognostizierten Durchschnittswert. Am Ende des fünfjährigen Zeitraums werden die Ergebnisse des HydroNet durch die von WASMOD berechneten Rückgänge des N-Gesamtaustrages um 32,6 % (25 %-Reduktion) sowie um 24,5 % (20 %-Reduktion) sogar deutlich überschritten. Die Abweichungen zwischen den Ergebnissen des HydroNet und den von WASMOD berechneten Reduktionen ist auf die im Vergleich zum HydroNet deutlich detailliertere Berücksichtigung verschiedener Rahmenbedingungen durch WASMOD zurückzuführen, als eine der wichtigsten Einflussgrößen ist hier das Klima zu nennen. Trotz der zum Teil starken Generalisierung der von WASMOD berück-
3.6 Optimierung mit dem HydroNet 103 sichtigten Prozesse im HydroNet können die Ergebnisse der Validierung als sehr zufriedenstellend angesehen werden. 3.6.2.2 Einfluss des Klimas Nach der Validierung der Ergebnisse des BP ∗ A -Algorithmus sollte abgeschätzt werden, in welchem Umfang sich die im Gebiet auftretenden Klimaänderungen auf diese Ergebnisse auswirken können. Darüber hinaus sollte festgestellt werden, ob unterschiedliche klimatische Rahmenbedingungen einen Einfluss haben könnten auf das Verhältnis der ermittelten Reduktion des N-Eintrags einer räumlichen Einheit zu den entsprechenden Reduktionen auf anderen Einheiten. Die Beantwortung dieser zweiten Fragestellung war von großer Bedeutung, da sie nicht die Ergebnisse des BP ∗ A -Algorithmus für einzelne räumliche Einheiten isoliert betrachtete, sondern die für die Ableitung von Handlungsempfehlungen wichtigen Verhältnisse der Ergebnisse unterschiedlicher Einheiten zueinander. Im Mittelpunkt der Betrachtungen der Klimaänderungen stand die Niederschlagsmenge, da sie wesentlichen Einfluss auf N-Umsatz- sowie Transportprozesse im Boden ausübt und somit den N-Austrag erheblich beeinflusst (Fink 2004). Wie bereits ausgeführt wurde, wiesen die Klimaparameter im Zeitraum 1996–2000 für das Einzugsgebiet repräsentative Werte auf. Die für diese Jahre ermittelten Ergebnisse sollten daher mit denen aus zwei weiteren fünfjährigen Zeiträumen verglichen werden, die ein jeweils besonders trockenes sowie feuchtes Klima aufwiesen. Eine von Fink (2004) durchgeführte statistische Analyse der Niederschlagsmengen aus den zur Verfügung stehenden Klimadaten ergab, dass der Zeitraum 1979–1983 die trockenste, der Zeitraum 1989–1993 die feuchteste fünfjährige Periode war. Die genannten Zeiträume wurden zugrunde gelegt, um auf der Basis der in Abschnitt 3.3 (S. 78) beschriebenen Landnutzungsszenarien Aktivierungsfunktionen für alle inneren Neuronen des HydroNet zu ermitteln. Dabei wurden jedoch nicht wie beschrieben 13 Szenarien für den N-Eintrag berücksichtigt, sondern lediglich die 6 Szenarien T 0 , T 20 , T 50 , T 70 , T 100 und T 120 . Der Grund für diese Einschränkung war der erhebliche Aufwand, der für die Modellierung jedes dieser Szenarien betrieben werden musste. Auf der Grundlage der ermittelten Szenariendaten konnten anschließend zwei weitere neuronale Netze erzeugt werden. Um diese Netze mit dem urpsprünglichen, auf mittleren Niederschlagsmengen basierendem HydroNet vergleichen zu können, wurden die Aktivierungsfunktionen dahingehend modifiziert, dass zu ihrer Ermittlung ebenfalls nur die zuvor genannten 6 Szenarien verwendet wurden. Das Ergebnis dieser Vorgehensweise bestand schließlich aus drei HydroNet-Instanzen N trocken , N mittel und N feucht , die sich ausschließlich in ihren Aktivierungsfunktionen bzw. den diesen zugrunde liegenden Stützstellen unterschieden. Die Berechnung der Netzwerkausgaben aller drei Netze für das Ist-Szenario ergab • a uout = 168313 für N trocken , • a uout = 225213 für N mittel und • a uout = 232870 für N feucht . Die Abweichung der Netzwerkausgabe von N mittel von dem in Abschnitt 3.5 beschriebenen Wert
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