\u00d6kohydrologische und hydraulische Flie\u00dfgew\u00e4ssermodellierung zur Beschreibung aquatischer Habitate<\/p>\n
Naturnahe Einzugsgebiete, Flie\u00dfgew\u00e4sser und die aquatische Vielfalt wurden prim\u00e4r aufgrund der Auswirkungen der industriellen und urbanen Entwicklung sowie der Intensivierung der Landwirtschaft weltweit degeneriert. Diese Ver\u00e4nderungen haben auf verschiedenen Skalen stattgefunden und daher sind Rehabilitationsma\u00dfnahmen in Flie\u00dfgerinnen und Einzugsgebieten notwendig, um die Bedingungen f\u00fcr aquatische Lebewesen zu verbessern. Modelle, die f\u00fcr die Planungen von Renaturierungsma\u00dfnahmen angewendet werden, zielen meist auf einzelne Komponenten der komplexen Kette, die Abiotik und Biotik verbindet; so werden Modelle z.B. f\u00fcr die Prognose von hydrologischen und hydraulischen Zielgr\u00f6\u00dfen verwendet. Dadurch wird die Wirkungskette unterbrochen, die die Antriebskr\u00e4fte, Belastungen, Zustand und Auswirkungen auf das Gew\u00e4ssersystem verbindet. Es gibt kaum Modelle, die das Gesamtsystem Einzugsgebiet-Flie\u00dfgew\u00e4sser-Habitat-aquatische Lebewesen betrachten. Daher fehlt es an Werkzeugen, mit denen die Auswirkungen solcher Ma\u00dfnahmen auf den aquatischen Lebensraum, m\u00f6glichst schon w\u00e4hrend der Planungsphase, getestet werden k\u00f6nnen.
Ziel dieser Dissertation ist daher die Erstellung eines integrierten, geographischen Informationssystems (GIS)-basierten Modellverbundes, der eine ganzheitliche Betrachtung der Wirkungskette vom Einzugsgebiet \u00fcber das Flie\u00dfgerinne zum aquatischen Lebewesen erm\u00f6glicht. Der Datenbedarf der Modelle umfasst die klimatischen und physischen Eigenschaften von Einzugsgebieten, sowie die Geometrie und Struktur der Flie\u00dfgerinne. Dies erm\u00f6glicht es, den Einfluss des globalen Wandels sowie regionale und lokale Ver\u00e4nderungen auf den Lebensraum im Flie\u00dfgew\u00e4sser zu bewerten. Der Ansatz dieser Arbeit basiert auf dem “Driver-Pressure-State-Impact-(Response)” (DPSI(R)) Konzept, und beinhaltet die Verkn\u00fcpfung von einem \u00f6kohydrologischen-, zwei hydraulischen-, und zwei Habitatmodellen:
Das \u00f6kohydrologische Modell “Soil and Water Assessment Tool” (SWAT) wurde genutzt, um das Abflussregime und die Erosionsprozesse auf Einzugsgebietsebene in Abh\u00e4ngigkeit von Landnutzung und Klima abzubilden. Im Rahmen dessen wurden zwei flachlandspezifische Werkzeuge entwickelt und in der hydrologischen Modellierung angewendet: Erstens, eine Methode zur Ber\u00fccksichtigung des hohen Oberfl\u00e4chenretentionspotentials des Einzugsgebietes und zweitens, ein Absch\u00e4tzungsmodell f\u00fcr die Bestimmung der Proportionen der Sedimenteintragspfade, um den Sedimenteintrag aus der Fl\u00e4che, den Drainagen und Ufererosion zu quantifizieren.
Auf Flie\u00dfgew\u00e4sserebene wurden dann die Abfluss- und Sedimentzeitreihen aus der hydrologischen Modellierung genutzt, um hydraulische Simulationen durchzuf\u00fchren. Hierf\u00fcr wurden mit dem Modell “Hydrologic Engineering Center River Analysis System” (HEC-RAS) eindimensional und mit dem “Adaptive Hydraulics Modelling system” (AdH) zweidimensional Wassertiefe, Flie\u00dfgeschwindigkeit, Substratver\u00e4nderungen und Sedimenttransport in variablen Aufl\u00f6sungen simuliert.
Zusammen mit Gew\u00e4ssertrukturkartierungen wurden die zeitlich und r\u00e4umlich dynamischen hydraulischen Modellergebnisse genutzt, um den Makrozoobenthoslebensraum zu beschreiben. Basierend auf verschiedenen Parametern fanden zwei unabh\u00e4ngige Simulationen statt: Erstens wurde mit dem Habitatmodell BIOMOD die Flussmuschel Sphaerium corneum basierend auf verschiedenen Sedimenttransport- und hydraulischen Habitatparametern abgebildet. Dies fand in Zusammenarbeit mit dem Senckenberg Forschungsinstitut Gelnhausen statt. Zweitens wurde im Rahmen dieser Arbeit und in Zusammenarbeit mit der Fakult\u00e4t f\u00fcr Biologie, Aquatische \u00d6kologie, Universit\u00e4t Duisburg-Essen das “Habitat Evaluation Tool” (HET) entwickelt. Mit dem HET Modell wurde die im Flie\u00dfgew\u00e4sser vorhandene Makrozoobenthosgemeinschaft basierend auf dem Gew\u00e4ssersubstrat modelliert.
Die Modellausgabe sind Karten und Statistiken des r\u00e4umlichen Vorkommens der Arten an unterschiedlichen Zeitpunkten, die mit den vorherrschenden Umweltbedingungen verbunden sind. Das Modellsystem wurde am Beispiel des l\u00e4ndlich gepr\u00e4gten Kielstau Einzugsgebietes im Norddeutschen Tiefland erstellt und erfolgreich angewendet. Die Ergebnisse der Teilmodelle zeigen eine sehr gute \u00dcbereinstimmung mit gemessenen hydrologischen und hydraulischen Parametern und eine gute \u00dcbereinstimmung mit beobachteten r\u00e4umlichen- und zeitlichen Erosionsformen. Simulierte r\u00e4umliche Artenverteilungen sind realistisch im Vergleich zu beobachteten Verteilungen, abgeleitet aus Probenahmekampagnen. Die Methodik ist \u00fcbertragbar und wurde bereits w\u00e4hrend der Entwicklung in anderen Einzugsgebieten angewendet.
Die Entwicklung des Modellsystems f\u00fchrt zu einem Voranschreiten der integrierten Modellierung, aber zuk\u00fcnftige Verbesserungen sind notwendig. Dies betrifft vor allem die Simulation von abiotischen Parametern, die Erforschung von Pr\u00e4ferenzen der Organismen, die kombinierte Simulation mehrerer Organismengruppen sowie die Simulation von Interaktionen und R\u00fcckkopplungseffekten. Solch ein umfassenderer Modellierungsansatz k\u00f6nnte am effektivsten durch interdisziplin\u00e4re Teams entwickelt werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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