Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

18 Einführung
a) die dabei zu berücksichtigenden Einzelflächen im Gebiet differenziert darzustellen,
b) die für den Stoffaustrag verantwortlichen Prozesse flächendistributiv nachzubilden und
c) den Stofftransport im Gebiet durch explizite Darstellung hydrologischer Topologien zu
repräsentieren,
um somit den gesuchten N-Gesamtaustrag in den Vorfluter zu ermitteln.
2. Die Prozesse, die den N-Austrag einer Teilfläche im Gebiet in Abhängigkeit des sich aus ihrer
Bewirtschaftung ergebenden N-Eintrags steuern, können durch eine lineare Interpolation auf
der Grundlage von Stützstellen adäquat dargestellt werden. Diese Stützstellen müssen dabei so
gewählt werden, dass sie die Bandbreite möglicher Bewirtschaftungsformen und N-Einträge in
repräsentativer Weise abdecken. Sie beinhalten dann auch implizit alle übrigen Einflussgrößen,
wie etwa physiografische Eigenschaften der zugehörigen Fläche. Die Ermittlung der Stützstellen
erfolgt mit einem geeigneten Modell, welches die relevanten Prozesse auf der Einzelfläche
darstellen kann.
3. Die Bearbeitung von Bewirtschaftungsfragestellungen erfordert vielfach die Lösung von multikriteriellen
Optimierungsproblemen, welche die Berücksichtigung gegenläufiger Zielstellungen
beinhalten. Auch die Suche nach Änderungen flächenbezogener N-Einträge zur Einhaltung vorgegebener
Grenzwerte in einem zugehörigen Vorfluter ist durch diese Charakteristik geprägt,
da neben ökologischen auch ökonomische Gesichtspunkte berücksichtigt werden müssen. Die
Lösung derartiger Optimierungsprobleme kann mit Hilfe von Lernverfahren für künstliche neuronale
Netze erfolgen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, gezielt nach Änderungen der Netzwerkstruktur
zur Sicherstellung einer vorgegebenen Netzerkausgabe zu suchen, können sie bei geeigneter
Problemrepräsentation die gesuchten Änderungen der N-Einträge ermitteln. Die ermittelten
Änderungen können zur Lösung praxisnaher Problemstellungen verwendet werden, indem
die Relevanz von Bewirtschaftungsänderungen einzelner Flächen vergleichend gegenübergestellt
wird. Darüber hinaus kann das Verfahren zur Identifikation von Flächen dienen, deren
Bewirtschaftung unabhängig von einer konkreten Zielvorgabe eine geringe Bedeutung für den
N-Gesamtaustrag aufweist.
4. Der Einsatz künstlicher neuronaler Netze ermöglicht skalenunabhängig einerseits die Darstellung
einer großen Anzahl von Einzelflächen sowie ihrer topologischen Beziehungen und andererseits
einen hohen Detailliertheitsgrad der Beziehung zwischen N-Eintrag und N-Austrag.
Ein Optimierungsverfahren auf ihrer Grundlage kann somit für verschiedene räumliche Diskretisierungsansätze
und unabhängig vom Detailliertheitsgrad der Prozessdarstellung im Modell
eingesetzt werden.
5. Bei der Simulation des N-Gesamtaustrags aus einem hydrologischen Einzugsgebiet kommt der
Berücksichtigung topologischer Beziehungen zwischen Einzelflächen eine besondere Bedeutung
zu. Im Modell wird dazu der für eine Einzelfläche ermittelte N-Austrag in angrenzende
Flächen weitergegeben, um ihn dort weiteren N-Abbauprozessen zuzuführen. Das so entstehende
zusätzliche N-Abbaupotenzial kann die Bedeutung einer Einzelfläche aus Sicht des Vorfluters
stark beeinflussen. Die Berücksichtigung topologischer Beziehungen hat daher einen