Das Projekt "Grundlagen zur nachhaltigen Entwicklung von Oekosystemen bei veraenderter Umwelt - Teilprojekt C4: Modellierung des Einflusses von Nutzungsaenderungen auf die Stickstoffdynamik in Boeden des oberen Eger-Einzugsgebiets im Fichtelgebirge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Bayreuther Institut für Terrestrische Ökosystemforschung, Abteilung für Bodenphysik durchgeführt. Der Wasserhaushalt gemischter, forst- und landwirtschaftlich genutzter Einzugsgebiete und Landschaften wird entscheidend gepraegt durch die Interaktionen zwischen den Kompartimenten Boden, Vegetation und Atmosphaere im Raum. Dem pflanzenverfuegbaren Stickstoff im Boden kommt hierbei sowohl unter produktionstechnischen Gesichtspunkten als auch im Hinblick auf potentielle Umweltbelastungen eine besondere Stellung zu. In dem Vorhaben soll zunaechst die Frage geklaert werden, welcher Grad an Komplexitaet fuer die Modellierung des Wasser- und Stickstoffhaushalts von Boeden auf Landschaftsebene erforderlich ist. Diese Analysen werden durchgefuehrt auf der Basis des, bezueglich der Stickstoffdynamik komplexen, deterministischen Gebietsmodells DYNAMIT unter Einbeziehung des auf Waldstandorte zugeschnittenen Stickstoffhaushaltsmodells SIMFONI. Hauptziel dieser Untersuchungen ist die Optimierung der Modellkomplexitaet im Hinblick auf die Anwendbarkeit in Landschaften und die Ableitung vereinfachter, effektiver Modell. Auf deren Basis sollen schliesslich Modellrechnungen zum Einfluss von Landnutzungsaenderungen auf den Wasser- und Stickstoffhaushalt von Landschaften fuer das obere Egereinzugsgebiet durchgefuehrt werden. Zwischenbericht 1999: Bei der Modellierung von Stofffluessen auf Landschaftsebene tritt das Problem ungenauer und nur punktuell vorhandener Modelleingangsparameter mehr und mehr in den Vordergrund. In den letzten Jahren kamen verschiedene Verfahren zur Beherrschung unpraeziser Eingangsdaten zur Anwendung, darunter auch die Fuzzy-Set-Teorie, die mit unscharfen Eingabeparametern arbeitet und auch die Verwendung 'weicher Daten', wie Expertenaussagen in Interviews, ermoeglicht. Fuer das 32 km2 grosse Einzugsgebiet 'Obere Eger' wird ein Stickstoffbilanzmodell mit raeumlich verteilten Parametern erstellt. Schwerpunkte hierbei sind zum einen die Berechnung der Ergebnisgenauigkeit und -verlaesslichkeit mit Hilfe der Fuzzy-Set-Theorie, zum anderen die Datengewinnung und -bereitstellung mit Hilfe von GIS (Geographische Informationssysteme). Mit den GIS-Daten wird der Einfluss von Landnutzungsaenderungen auf die Nitratbelastung des Sickerwassers berechnet. Hierbei werden nicht unrealistische Extremsituationen, wie komplettes Aufforsten, betrachtet, sondern realistische Szenarien, wie sie sich beispielsweise schon durch geringfuegige Aenderungen in den Foerdermodalitaeten des bayrischen Kulturlandschaftsprogramms (KULAP) ergeben. Beispielrechnungen mit einem Programm des Bayrischen Landesamts fuer Wasserwirtschaft (Attenberger, 1996) zeigen die Anwendbarkeit der Fuzzy-Set-Theorie fuer empirische Stickstoffmodelle.
Das Projekt "Hydromechanische Prozesse in Nachklärbecken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen durchgeführt. Das bearbeitete Forschungsvorhaben beschäftigte sich mit den hydrodynamischen Prozessen in Nachklärbecken und ihrer Umsetzung in 0-dimensionalen Modellen (Schichtenmodellen, quasi-1-d-Modellen) sowie in räumlich hochauflösenden Modellen. Der Fokus des Vorhabens lag dabei auf der Erweiterung und Optimierung bestehender Modellansätze mit dem Ziel, die Güte der Prozessabbildungen zu steigern, um eine realitätsnahe Approximation der Systemverhältnisse zu ermöglichen. Durch eine Verknüpfung des abwassertechnischen Bereichs (ISAH) mit dem der Strömungsmechanik (ISEB) war eine günstige Plattform für die Bearbeitung der komplexen Prozessdynamik gegeben. Diese gegenseitige Verknüpfung wird besonders gut an der Integration einer zweiten Raumrichtung und den in ihr ablaufenden Transportprozessen in einem quasi-1-d-Modell (ISAH) deutlich. Durch die Analyse hochauflösender Modellrechnungen, aber auch durch detaillierte Messungen konnte der signifikante Einfluss der horizontalen Transportvorgänge ermittelt werden und darauf basierend ein Vorgehen zur Integration dieses Prozesses in einem quasi-1-d-Modell entwickelt werden. Dieses ermöglicht nun im Gegensatz zu den bekannten Schichtenmodellen mit ihren Modifikationen die Berücksichtigung des horizontalen Massentransportes infolge der bei Nachklärbecken typischen oberflächennahen Rückströmung (interne Rückströmung). Des Weiteren wurde eine Funktion zur Ermittlung der Schlammspiegellage erarbeitet, auf deren Grundlage der Bereich dieser internen Rückströmung ermittelt wird. Neben einer freien Wahl der Schichtanzahl ist auch eine Variation der Schichthöhe möglich. Durch diese Ergänzungen in einem quasi-1-d-Modell ist ein effizienter Baustein im Rahmen der 0-dimensionalen Kläranlagenberechnung entstanden, der eine realitätsnahe Approximation der Verlagerungsprozesse zwischen Belebung und Nachklärung bietet und eine realistischere Abbildung der Feststoffverteilung im Nachklärbecken ermöglicht. Parallel zu dieser Modellentwicklung am ISAH widmete sich das ISEB der räumlich hochauflösenden Abbildung der Prozessabläufe in Nachklärbecken mit einem besonderen Fokus auf den Vorgängen im Einleitungs- und im Schlammbereich. Gerade diese Bereiche weisen einen großen Einfluss auf die Systemverhältnisse auf. So konnte ein Ansatz entwickelt werden, der es ermöglicht, die 3-dimensionale Strömungsstruktur eines runden Nachklärbeckens in einem 2-dimensionalen Modell zu integrieren, so dass eine rechenauwändigeund damit auch zeitaufwändige vollständig 3-dimensionale Berechnung eines solchen Beckens nicht notwendig wird. Hauptsächliches Augenmerk der Forschungsarbeit des ISEB lag jedoch auf dem Einfluss der steigenden Feststoffkonzentration im Bereich des Schlammspiegels und des Schlammbetts auf die sich ausbildenden Strömungsvorgänge. usw.