Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

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Zur Simulation der 3D-Grundwasserströmung wird das Programmsystem
MODFLOW (Mc Donald und Harbaugh 1988) eingesetzt. MODFLOW basiert auf der
Finite-Differenzen-Methode zur räumlichen Diskretisierung der systembeschreibenden
Differentialgleichung (DGL). MODFLOW ist das mit Abstand am häufigsten
eingesetzte Programmsystem zur Simulation der Grundwasserströmung weltweit und
weist einen entsprechend hohen Grad der Verifizierung auf.
Ergebnisse und Diskussion
Es wurde eine Konzeption für die Erstellung und Pilotanwendung eines gekoppelten
Modellsystems ReArMo entwickelt, das die prognostische Abschätzung künftiger
Entwicklungen des Grundwassers nach Menge und Beschaffenheit unter geänderten
Randbedingungen (Klima, Landnutzung, Bewirtschaftung) zum Ziel hat.
ReArMo besteht aus den Komponenten:
REPRO - für die Auswertung der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsdaten auf
Betriebsebene und Bilanzierung der Stickstoffsalden einschließlich der Stickstoffverluste
auf Schlag-(Teilschlag)ebene,
ArcEGMO - für die deterministische Simulation der Sickerwasserbildung und des
daran geknüpften Austrags von Nitrat und Ammonium aus der Bodenzone in
Abhängigkeit von den Umweltbedingungen und der Vegetationsentwicklung und bei
Berücksichtigung der Bewirtschaftung der landwirtschaftlich genutzten Flächen sowie
des Eintrags von anorganischen Stickstoffkomponenten mit dem Grundwasser,
MODFLOW - für die Abbildung der zeitlichen Entwicklung und räumlichen
Verteilung der Nitrat- und Ammoniumkonzentrationen im Grundwasser einschließlich
des Eintrages der Stickstoffverbindungen in die Randbedingungen über das
Grundwasser. Dieser Modellverbund wurde für detaillierte Untersuchungen von
Hotspots bzw. Schwerpunktgebieten konzipiert.
Durch den Modellverbund ReArMo werden die Wechselwirkungen zwischen den
einzelnen Kompartimenten des Systems Atmosphäre – Vegetation – Boden –
Wasserkörper (Grund- und Oberflächengewässer) deterministisch bzw. physikalisch
basiert simuliert. Somit können die Auswirkungen von Klima- und Nutzungsänderung
im System erfasst und abgebildet werden. Dabei werden die heute gültigen
Wechselbeziehungen in die Zukunft extrapoliert. Adaptionsprozesse (z.B. neue
Sorten etc.) können nur bedingt erfasst werden. In diesem Sinne wurden und werden
die Einzelmodelle REPRO, ArcEGMO/ PSCN und MODFLOW, aber auch eine
Modellkopplung ArcEGMO – MODFLOW bereits für Szenarioanalysen zu möglichen
Klima- und Landnutzungsänderungen deutschlandweit eingesetzt.
Literatur
Becker, A., Klöcking, B., Lahmer, W., Pfützner, B. 2002: The Hydrological Modelling System
ArcEGMO. In: Mathematical Models of Large Watershed Hydrology. Singh, V.P., Frevert, D.K. (eds.)
Water Resources Publications, Littleton/Colorado, ISBN 1-887201-34, 321-384.
Christen, O., Hövelmann, L., Hülsbergen, K.-J., Packeiser, M., Rimpau, J., Wagner, B. (Hrsg.) 2009:
Nachhaltige landwirtschaftliche Produktion in der Wertschöpfungskette Lebensmittel. Erich Schmidt
Verlag, Berlin, Initiativen zum Umweltschutz 78:187.
McDonald, M.G., A.W. Harbaugh 1988: MODFLOW - A Modular Three-Dimensional Finite-Difference
Ground-Water Flow Model. U.S. Geological Survey.