Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

3.6 Optimierung mit dem HydroNet 105
duktion der N-Einträge auf einzelnen räumlichen Einheiten um eine vorgegebenene N-Gesamtmenge.
Die Verteilung der Einzelreduktionen über alle räumlichen Einheiten sollte dabei so erfolgen, dass
daraus eine möglichst große Reduktion des N-Gesamtaustrags resultierte. Diese Aufgabenstellung
entspricht in der Praxis der Suche nach Flächen, auf denen die Anwendung von Maßnahmen zur Reduktion
des N-Austrags eine optimale Wirkung entfalten kann. Der Umfang dieser Maßnahmen ist
dabei durch ein Budget beschränkt.
Neben dem BP ∗ -Verfahren sollten folgende Ansätze betrachtet werden:
1. Gleichverteilte Reduktion: Dieses Verfahren sollte sich an der Vorgehensweise orientieren, die
bisher von den Entscheidungsträgern der Thüringer Talsperrenverwaltung im betrachteten Einzugsgebiet
praktiziert wird. Dabei war jedoch zu berücksichtigen, dass für die Auswahl von
Maßnahmen zur Einschränkung des N-Eintrags sowie der Bestimmung der Flächen, auf denen
diese Maßnahmen zur Anwendung kommen sollten, keine formalisierbaren Regeln existieren.
Vielmehr ergeben sich Art und Umfang solcher Maßnahmen sowie der Ort ihrer Anwendung
aus einer großen Anzahl von Einzelinformationen und Erfahrungen der verantwortlichen Personen.
Um dennoch einen Vergleich mit dem BP ∗ A
-Algorithmus durchführen zu können, wurden
die vereinfachende Annahme getroffen, dass die Reduktion der N-Einträge für alle räumlichen
Einheiten um den gleichen prozentualen Anteil erfolgt.
2. Proportionale Reduktion: Dieser Ansatz berücksichtigt die N-Austräge aus Einzelflächen, die
durch eine Modellierung auf der Grundlage des Ist-Szenarios ermittelt werden. Die Reduktion
der N-Einträge auf den Einzelflächen erfolgt dann proportional zum ermittelten N-Austrag dieser
Flächen. Reiche (1991) beschreibt dieses Verfahren, um Flächen identifizieren zu können,
auf denen Maßnahmen zur Reduktion von N-Austrägen zu konzentrieren sind.
Die Gegenüberstellung der Verfahren erfolgte anhand dreier Szenarien R 10 , R 20 und R 30 , welche eine
Reduktion der N-Einträge um jeweils 10 %, 20 % und 30 % des ursprünglichen Eintrags beinhalteten.
Die Reduktionen bezogen sich dabei jeweils nur auf den anthropogenen Eintragsanteil, der Anteil der
athmosphärischen Düngung blieb unverändert. Da die Kosten als Summe der N-Eintragsänderungen
auf allen räumlichen Modelleinheiten definiert sind (Definition 2.2.6), können die den Szenarien zugeordneten
Reduktionen auch als Budgets angesehen werden. Ausgangspunkt für die Gegenüberstellung
waren wieder die durchschnittlichen N-Einträge für die Ist-Szenarien der Jahre 1996 bis 2000. Auf
der Austragsseite wurden ebenfalls die jeweiligen Durchschnittsausträge des fünfjährigen Modellierungszeitraums
berücksichtigt. Um eine direkte Vergleichbarkeit zu ermöglichen, wurden die aus den
Verfahren resultierenden N-Gesamtausträge mit Hilfe des HydroNet ermittelt.
Zunächst wurde der N-Gesamtaustrag auf Basis einer gleichverteilten Reduktion für jedes der drei
Szenarien berechnet. Die Reduktionen von N-Gesamteinträgen und -austrägen sind in Tabelle 3.6
dargestellt. Deutlich zu erkennen sind bereits hier die Unterschiede in den N-Gesamtausträgen.
Anschließend erfolgte eine Reduktion der N-Einträge aller räumlichen Einheiten proportional zu ihren
modellierten N-Austrägen. Im HydroNet wurden hierfür die Aktivierungen aller inneren Neuronen
nach der Berechnung des N-Gesamtaustrages für das Ist-Szenario verwendet, um die entsprechenden
Düngekantengewichte zu reduzieren. Dies geschah in einem iterativen Verfahren, währenddessen alle
Kantengewichte in jedem Schritt um einen jeweils kleinen Betrag proportional zur Aktivierung des