Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

3.2 Die Simulationssoftware WASMOD 75
handelt sich hierbei um ein modular aufgebautes System, das in der Lage ist, den Wasser- und Stoffhaushalt
eines Einzugsgebietes in verschiedener räumlicher und zeitlicher Auflösung zu beschreiben.
Das Modell umfasst dabei unter anderem die Abbildung des Wasser- und Energiehaushaltes, die
Nährstoffaufnahme in Abhängigkeit von der Vegetationsentwicklung und chemische Transformationsprozesse
im Boden. Zur räumlichen Diskretisierung des modellierten Einzugsgebietes wird dabei
das Konzept der kleinsten gemeinsamen Geometrien angewandt, welches die Eingangsdaten sowohl
inhaltlich als auch geometrisch weitgehend erhält. Somit können teilflächenspezifische Aussagen abgeleitet
werden, die sich eng an den vorhanden Gebietsinformationen orientieren. Von Vorteil ist es
hier, dass WASMOD auf physikalisch basierten Algorithmen beruht und somit auf eine Kalibration
weitgehend verzichtet werden kann (Beven 1989, Göbel 1997).
3.2.1 Modellbeschreibung
WASMOD unterscheidet die drei Ökosystemkompartimente Wasser, Boden und Vegetation. Diese
werden durch physikalisch basierte Eingabedaten spezifiziert und in Form von Differenzialgleichungen
abgebildet (Reiche 1996). Der Wasserhaushalt wird hierbei durch die Module Bodenwasserdynamik,
Evapotranspiration, Interzeption und Oberflächenabfluss beschrieben. Die vertikale Bodenwasserbewegung
als Teil der Bodendynamik lässt sich durch die Bewegungsgleichung des Bodenwassers
mit Hilfe der RICHARDS-Gleichung darstellen. Die Veränderung des Wassergehaltes eines Bodenkompartimentes
pro Zeiteinheit wird hierbei als Summe der Flüsse repräsentiert, die sich aus dem
Gradienten innerhalb der Bodenmatrix und dem Gravitationspotenzial ergeben. Als Grundlage zur
Berechnung des Grundwasser- und Dränabflusses dient das Gefälle zwischen dem betrachteten Punkt
und dem Vorfluter. Die Abschätzung der Interzeption erfolgt nach dem empirisch ermittelten Ansatz
von Hoynigen-Huene (1983). Die aktuelle Evapotranspiration lässt sich auf Basis der potenziellen
Evapotranspiration berechnen (Braun 1975). Sie erfolgt, je nach Einzugsgebiet, durch das Verfahren
nach Haude (1955) oder in küstennahen Regionen nach Wendling u. a. (1991). Daraufhin wird die
Differenz aus potenzieller Evapotranspiration und Interzeption mit einem phänologischen Korrekturfaktor
multipliziert (Ernstberger 1987). Oberflächenabfluss wird simuliert, wenn nicht in den Bodenkörper
infiltrierte Niederschläge eine von der jeweiligen Vegetation abhängige Höhe überschreiten
sowie ein entsprechendes Gefälle (>2 %) existiert. Diesem Prinzip folgt auch die Berechnung des Interflows,
wenn in einer oberhalb des Grundwasserspiegels gelegenen Bodenschicht Wassersättigung
auftritt. Die Böden werden in 15 Kompartimente unterschiedlicher Mächtigkeit unterteilt, wobei der
Grundwasserspiegel die untere Grenze repräsentiert. Sie werden über Größen wie Dichte, Leitfähigkeit,
pH-Wert oder auch den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt beschrieben. Aus diesen Größen lassen
sich z. B. Mineralisierungsvorgänge im Boden, die Denitrifikation oder auch die Auswaschung von
Stickstoff kalkulieren.
Die Vegetation wiederum lässt sich mit Hilfe dynamischer Variablen wie dem Blattflächenindex und
der Durchwurzelungstiefe modellieren. Hierbei wird angenommen, dass jeder Vegetationstyp seine
maximale Nährstoffaufnahmekapazität ausschöpft. Als Ergebnis der Simulation werden das Pflanzenwachstum,
der Ernteertrag oder auch die Dekompostierung ausgewiesen.
Die Stofftransportprozesse in den betrachteten Ökosystemkompartimenten werden in enger Kopp-