Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

4 Zusammenfassung und Ausblick
4.1 Zusammenfassung
Die Sicherung und nachhaltige Nutzung der Ressource Wasser stellt eine globale Problematik dar,
die nur durch eine Vielzahl von Einzelanstrengungen auf lokaler bis regionaler Ebene gelöst werden
kann. Hierbei gilt es, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Berücksichtigung von Anforderungen
an die Wasserqualität auf der einen und der Bewirtschaftung der zugehörigen Einzugsgebiete
auf der anderen Seite zu finden. Aufgrund der großen Anzahl teils gegenläufiger Einflussfaktoren sowie
der Komplexität der realweltlichen Systeme benötigen Entscheidungsträger Unterstützung bei der
Entscheidungsfindung. Ein Hilfsmittel stellen dabei Entscheidungsunterstützungssysteme dar. Hinsichtlich
der genannten Problematik sollten diese einerseits in der Lage sein, den jeweiligen Untersuchungsgegenstand
adäquat abzubilden, als auch andererseits Werkzeuge zur gezielten Suche nach
optimalen Bewirtschaftungsstrategien bereitzustellen.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, aufbauend auf einem
hydrologischen Modell mit Hilfe neuronaler Netze eine optimierte Bewirtschaftung eines Talsperreneinzugsgebietes
nach vorgegebenen Kriterien zu prognostizieren. Diese Kriterien umfassten neben
einer Minimierung des Stickstoffaustrags als wesentlichen Indikator für die Wasserqualität auch wirtschaftliche
Gesichtspunkte, da die Kosten zur Realisierung der Maßnahmen zur Austragsminderung
ebenfalls in die Suche mit einbezogen wurden. Die Bewirtschaftung wurde hierbei durch den anthropogen
verursachten N-Eintrag repräsentiert, da dieser aufgrund seiner engen Verknüpfung mit der
Bewirtschaftung als Leitparameter fungieren kann. Bei der Suche nach optimalen Bewirtschaftungsszenarien
für das betrachtete Einzugsgebiet ließen sich somit zwei Problemstellungen unterscheiden:
1. Bei gegebenen Kosten für Änderungen der N-Einträge auf den Einzelflächen soll der N-Gesamtaustrag
in den Vorfluter minimiert werden.
2. Bei vorgegebenem N-Gesamtaustrag in den Vorfluter sollen die Kosten der dafür notwendigen
Änderungen der N-Einträge auf den Einzelflächen minimiert werden.
Gelöst wurden diese Optimierungsprobleme durch den Einsatz eines neuartigen neuronalen Netzes
(HydroNet), welches nicht auf dem bisher in der hydrologischen Modellierung verbreiteten Black-
Box-Ansatz beruht. Wesentliche Voraussetzung einer Ausweisung optimaler N-Eintragsszenarien war
die Abbildung topologischer Beziehungen zwischen den einzelnen Einheiten, da diese insbesondere
in Form lateraler Stoffflüsse einen bedeutenden Einfluss auf die betrachteten Prozesse darstellen. Der
entwickelte Ansatz beinhaltete daher die Repräsentation der vom zugrunde liegenden Modell berücksichtigten
räumlichen Modelleinheiten als Neuronen eines Backpropagation-Netzes. Die individuellen