@phdthesis{Wriedt2004,
  author    = {Wriedt, Gunter},
  title     = {Modelling of nitrogen transport and turnover during soil and groundwater passage in a small lowland catchment of Northern Germany},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001307},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Stoffumsatzreaktionen und hydraulische Prozesse im Boden und Grundwasser k{\"o}nnen in Tieflandeinzugsgebieten zu einer Nitratretention f{\"u}hren. Die Untersuchung dieser Prozesse in Raum und Zeit kann mit Hilfe geeigneter Modelle erfolgen. Ziele dieser Arbeit sind: i) die Entwicklung eines geeigneten Modellansatzes durch Kombination von Teilmodellen zur Simulation des N-Transportes im Boden und Grundwasser von Tieflandeinzugsgebieten und ii) die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Gebietseigenschaften und N-Transport unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der potentiellen N-Zufuhr in die Oberfl{\"a}chengew{\"a}sser. Der Modellansatz basiert auf der Kombination verschiedener Teilmodelle: das Bodenwasser- und -stickstoffmodell mRISK-N, das Grundwassermodell MODFLOW und das Stofftransportmodell RT3D. Zur Untersuchung der Wechselwirkungen mit den Gebietseigenschaften muss die Verteilung und Verf{\"u}gbarkeit von Reaktionspartnern ber{\"u}cksichtigt werden. Dazu wurde ein Reaktionsmodul entwickelt, welches chemische Prozesse im Grundwasser simuliert. Hierzu geh{\"o}ren die Mineralisation organischer Substanz durch Sauerstoff, Nitrat und Sulfat sowie die Pyritoxidation durch Sauerstoff und Nitrat. Der Modellansatz wurde in verschiedenen Einzelstudien angewandt, wobei jeweils bestimmte Teilmodelle im Vordergrund stehen. Alle Modellstudien basieren auf Daten aus dem Schaugrabeneinzugsgebiet (ca. 25 km\&\#178;), in der N{\"a}he von Osterburg(Altmark) im Norden Sachsen-Anhalts. Die folgenden Einzelstudien wurden durchgef{\"u}hrt: i) Evaluation des Bodenmodells anhand von Lysimeterdaten, ii) Modellierung eines Tracerexperimentes im Feldmaßstab als eine erste Anwendung des Reaktionsmoduls, iii) Untersuchung hydraulisch-chemischer Wechselwirkungen an einem 2D-Grundwassertransekt, iv) Fl{\"a}chenverteilte Modellierung von Grundwasserneubildung und Bodenstickstoffaustrag im Untersuchungsgebiet als Eingangsdaten f{\"u}r nachfolgende Grundwassersimulationen, und v) Untersuchung der Ausbreitung von Nitrat im Grundwasser und des Durchbruchs in die Oberfl{\"a}chengew{\"a}sser im Untersuchungsgebiet auf Basis einer 3D-Modellierung von Grundwasserstr{\"o}mung und reaktivem Stofftransport. Die Modellstudien zeigen, dass der Modellansatz geeignet ist, die Wechselwirkungen zwischen Stofftransport und \–umsatz und den hydraulisch-chemischen Gebietseigenschaften zu modellieren. Die Ausbreitung von Nitrat im Sediment wird wesentlich von der Verf{\"u}gbarkeit reaktiver Substanzen sowie der Verweilzeit im Grundwasserleiter bestimmt. Bei der Simulation des Untersuchungsgebietes wurde erst nach 70 Jahren eine der gegebenen Eintragssitutation entsprechende Nitratkonzentration im Grundwasserzustrom zum Grabensystem erreicht (konservativer Transport). Die Ber{\"u}cksichtigung von reaktivem Stofftransport f{\"u}hrt zu einer deutlichen Reduktion der Nitratkonzentrationen. Die Modellergebnisse zeigen, dass der Grundwasserzustrom die beobachtete Nitratbelastung im Grabensystem nicht erkl{\"a}ren kann, da der Großteil des Nitrates durch Denitrifikation verloren geht. Andere Quellen, wie direkte Eintr{\"a}ge oder Dr{\"a}nagenzufl{\"u}sse m{\"u}ssen ebenfalls in Betracht gezogen werden. Die Prognosef{\"a}higkeit des Modells f{\"u}r das Untersuchungsgebiet wird durch die Datenunsicherheiten und die Sch{\"a}tzung der Modellparameter eingeschr{\"a}nkt. Dennoch ist der Modellansatz eine wertvolle Hilfe bei der Identifizierung von belastungsrelevanten Teilfl{\"a}chen (Stoffquellen und -senken) sowie bei der Modellierung der Auswirkungen von Managementmaßnahmen oder Landnutzungsver{\"a}nderungen auf Grundlage von Szenario-Simulationen. Der Modellansatz unterst{\"u}tzt auch die Interpretation von Beobachtungsdaten, da so die lokalen Informationen in einen r{\"a}umlichen und zeitlichen Zusammenhang gestellt werden k{\"o}nnen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Krause2005,
  author    = {Krause, Stefan},
  title     = {Untersuchung und Modellierung von Wasserhaushalt und Stofftransportprozessen in grundwassergepr{\"a}gten Landschaften am Beispiel der Unteren Havel},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-3487},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wasserhaushaltsprozesse und Stofftransportvorg{\"a}nge innerhalb der grundwassergepr{\"a}gten Talauenlandschaften von Tieflandeinzugsgebieten am Beispiel der im Nordostdeutschen Tiefland gelegenen Havel. Die Arbeiten in verschieden skaligen Teileinzugsgebieten der Havel besch{\"a}ftigen sich dabei zum einen mit der experimentellen Untersuchung und vorrangig qualitativen Beschreibung der Wasserhaushaltsdynamik, zum anderen mit der Entwicklung eines zur quantitativen Analyse von Wasserhaushalts- und Stofftransportprozessen geeigneten Modells und der anschließenden Modellsimulation von Wasserhaushalt und Stickstoffmetabolik im Grundwasser sowie der Simulation von Landnutzungs- und Gew{\"a}sserstrukturszenarien. F{\"u}r die experimentelle Untersuchung der Abflussbildung und der Wasserhaushaltsprozesse in den Talauenlandschaften des Haveleinzugsgebiets wurde Einzugsgebiet der \&\#8221;Unteren Havel Niederung\&\#8220; ein umfangreiches Messnetz installiert. Dabei wurden an mehreren Messstationen und Pegeln meteorologische Parameter, Bodenfeuchte sowie Grundwasserst{\"a}nde und Abfl{\"u}sse beobachtet. Die Analyse der Messergebnisse f{\"u}hrte zu einem verbesserten Verst{\"a}ndnis von Wasserhaushaltsprozessen in der durch das oberfl{\"a}chennahe Grundwasser und die Oberfl{\"a}chengew{\"a}sserdynamik beeinflussten Talauenzone. Dar{\"u}ber hinaus konnten durch die Implementierung der Messergebnisse konsistente Anfangs- und Randbedingungen f{\"u}r die Wasserhaushalts- und Grundwassermodellierung im Modellkonzept IWAN realisiert werden. Mit dem Modell IWAN (Integrated Modelling of Water Balance and Nutrient Dynamics) wurde ein Werkzeug geschaffen, welches die Ber{\"u}cksichtigung spezifischer hydrologischer Eigenschaften von Tieflandauen, wie z. B. den Einfluss des oberfl{\"a}chennahen Grundwassers bzw. der Dynamik von Oberfl{\"a}chenwasserst{\"a}nden auf den Wasserhaushalt, erm{\"o}glicht. Es basiert auf der Kopplung des deterministischen distribuierten hydrologischen Modells WASIM-ETH mit dem dreidimensionalen Finite-Differenzen-basierten Grundwassermodel MODFLOW. Die Modellierung der Stickstoffmetabolik im Grundwasser erfolgt durch das mit Grundwassermodell gekoppelte Stofftransportmodel MT3D. Zur modellbasierten Simulation des Wasserhaushalts der Tieflandauenlandschaften wurde das Modellkonzept IWAN f{\"u}r verschieden skalige Teileinzugsgebiete an der Havel f{\"u}r Simulationszeitr{\"a}ume von 2 Wochen bis zu 13 Jahren angewandt. Dabei wurden die Teilmodelle f{\"u}r Wasserhaushalts- und Grundwassermodellierung in zwei unterschiedlichen Teileinzugsgebieten der \&\#8221;Unteren Havel Niederung\&\#8220; kalibriert. Die anschließende Validierung erfolgte f{\"u}r das gesamte Einzugsgebiet der \&\#8221;Unteren Havel\&\#8220;. Die Unsicherheiten des Modellansatzes sowie die Anwendbarkeit des Modells im Untersuchungsraum wurden gepr{\"u}ft und die Limitierung der {\"U}bertragbarkeit auf andere grundwasserbeeinflusste Tieflandeinzugsgebiete analysiert. Die Ergebnisse der Wasserhaushaltssimulationen f{\"u}hren einerseits zum erweiterten Prozessverst{\"a}ndnis des Wasserhaushalts in Flachlandeinzugsgebieten, andererseits erm{\"o}glichten sie durch die Quantifizierung einzelner Prozessgr{\"o}ßen die Beurteilung der Steuerungsfunktion einzelner Wasserhaushaltsprozesse. Auf der Basis lokaler Simulationsergebnisse sowie geomorphologischer und gew{\"a}ssermorphologischer Analysen wurde ein Algorithmus entwickelt, welcher die Abgrenzung des direkten Eigeneinzugsgebiets der Havel als Raum der direkten Interaktion zwischen Oberfl{\"a}chengew{\"a}sser und umgebendem Einzugsgebiet beschreibt. Durch Simulation des Wasserhaushalts im Eigeneinzugsgebiet mit dem Modell IWAN konnten die Interaktionsprozesse zwischen Fluss und Talauenlandschaft quantitativ beschrieben werden. Dies erm{\"o}glichte eine Bewertung der Abflussanteile aus dem Eigeneinzugsgebiet sowie eine Quantifizierung der zeitlich variablen Retentionskapazit{\"a}t der Auenlandschaft w{\"a}hrend Hochwasserereignissen. Zur Absch{\"a}tzung des Einflusses ver{\"a}nderter Landnutzung und angepassten Managements auf den Wasserhaushalt der Talaue wurden Szenarien entwickelt, welche {\"A}nderungen der Landnutzung sowie der Gew{\"a}ssergeometrie implizieren. Die Simulation des Wasserhaushalts unter jeweiligen Szenariobedingungen erm{\"o}glichte die detaillierte Analyse sich {\"a}ndernder Randbedingungen auf den Gebietswasserhaushalt und auf die Austauschprozesse zwischen Grundwasser und Oberfl{\"a}chengew{\"a}sser. Zur Untersuchung der Stickstoffmetabolik im Grundwasser der Talauenlandschaft wurde das im Modellkonzept IWAN integrierte Stofftransportmodell MT3D f{\"u}r das Eigeneinzugsgebiet der Havel angewandt. Dies erm{\"o}glichte eine Bilanzierung der aus dem Grundwasser des Eigeneinzugsgebiets stammenden Nitratfrachtanteile der Havel sowie von Nitratkonzentrationen im Grundwasser. Szenariensimulationen, welche verminderte Nitrateintr{\"a}ge aus der durchwurzelten Bodenzone annehmen, erm{\"o}glichten die Quantifizierung der Effizienz von Managementmaßnahmen und Landnutzungs{\"a}nderungen in Hinblick auf die Minimierung von Eintr{\"a}gen in Grundwasser und Oberfl{\"a}chengew{\"a}sser.},
  subject      = {Grundwasser},
  language  = {de}
}