MOE-Fellowship

Lubos Mrkva

Entwicklung der GewĂ€ssergĂŒte in einem ausgewĂ€hlten Flussabschnitt der Elbe

Dieses Projekt setzt den Fokus auf die GewĂ€ssergĂŒte in einem ausgewĂ€hlten einem Flussabschnitt der Elbe. Im Rahmen meines Stipendiums arbeite ich an der Bundesanstalt fĂŒr GewĂ€sserkunde (BfG) in Koblenz. Ich arbeite im Referat U2 – Ökologische WirkungszusammenhĂ€nge – und kann dort das GewĂ€ssergĂŒtesimulationsmodell QSim verwenden. QSim ist ein Instrument zur Simulation und Prognose des Stoffhaushalts und der Planktondynamik in FließgewĂ€ssern. Die aktuelle Version ist das Resultat von 30 Jahren kontinuierlicher Entwicklungsarbeit und Erfahrungen. Das GewĂ€ssergĂŒtemodell QSim beschreibt in mathematischer Weise (beruhend auf Differrenzialgleichungen und algebraischen Gleichungen ohne den Einfluss des Zufalls) die komplexen chemischen und biologischen VorgĂ€nge in FließgewĂ€ssern. Ein wesentliches Merkmal ist die VerknĂŒpfung eines hydraulischen Model(HYDRAX) zur Simulation des Abflusses mit einem GewĂ€ssergĂŒtemodell (QSim) zur Simulation der GewĂ€ssergĂŒte, das verschiedene biologische Modellbausteine umfasst. Das Vorschalten des hydrodynamischen Modells fĂŒhrt zu genaueren Ergebnissen der GewĂ€ssergĂŒte. Es muss gesagt werden, dass dieses Modell nur eindimensional ist. Die betrachteten ZustandsgrĂ¶ĂŸen werden als gleichverteilt ĂŒber den gesamten GewĂ€sserquerschnitt betrachtet. An der BfG gibt es bereits ein mehrdimensionales Modell der Tideelbe, das die Werte in dem vertikalen Profil der Strömung modelliert. Dies fĂŒhrt zu einer besseren Modellierung im KĂŒstenbereich hauptsĂ€chlich durch BerĂŒcksichtigung von vertikalen Schichtungen in Stauseen und FlussmĂŒndungen.

Das Modell ist modular aufgebaut und wird in einer grafischen OberflĂ€che Gerris betrieben, die die Programmsysteme HYDRAX und QSim enthĂ€lt. Komponenten sind außerdem der Modelleditor, wobei hier Querprofil zur Eingabe morphologischer und hydrologischer Daten erstellt werden. Das erstellte Modell wird dann in Hydrax durch die Eingangsvariablen Abfluss und Wasserstand ergĂ€nzt. Die Ergebnisse der hydraulischen Modelliuerung Abfluss und den Wasserstandsdaten werden fĂŒr ökologische Modellierung in Qsim. In QSim werden dann meteorologische Daten, insbesondere Temperatur und Globalstrahlung ergĂ€nzt. Des Weiteren ist werden auch Eingangsparameterwerte der WasserqualitĂ€t ergĂ€nzt. Als Eingabedaten werden morphologische und hydrologische Informationen, Wetterdaten, physikalische, chemische und biologische Informationen benötigt. Diese Daten sind notwendig um die Randbedingungen in dem Modell zu bestimmen.

Der in diesem Projekt betrachte Flussabschnitt der Elbe liegt in der Tschechischen Republik, der an der BfG nicht modelliert wurde. Dieser Bereich wirkt sich stark auf den Rest des Flusses aus, der durch Deutschland fließt. Genauer gesagt, umfasst er etwa 240 km von der Stadt Pardubice zur Staatsgrenze der Tschechischen Republik - Deutschland (Dorf Schmilka). Auf diesem Teil der Elbe sind 23 Staustufen. AusgewĂ€hlt wurden die 9 wichtigsten NebenflĂŒsse, die an ihrer MĂŒndung eine MindestgrĂ¶ĂŸe von 5% des Abfluss der Elbe erreichen (auf lange Sicht).

Die Hauptaufgabe war alle Daten zu sammeln, die fĂŒr die volle FunktionsfĂ€higkeit des Modell benötigt werden. FĂŒr den Berichtszeitraum wurden die Jahre 2010 bis 2015 ausgewĂ€hlt. Es war nicht einfach, alle Daten zu erhalten. Deshalb, um das Funktionieren des Modells zu verstehen wurde in der Zwischenzeit ein begrenzter Datensatz verwendet. HierfĂŒr wurde die seit einigen Jahren frei verfĂŒgbare Webseite der Internationalen Kommission zum Schutz der Elbe genutzt. Es wurde den Betrieb des erstellten Modell ĂŒberprĂŒft.

Anfang Juni war die Validierung der Abflussraten aus den Jahren 2010 – 2015 fertig, und die Modellergebnisse zeigten eine große Ähnlichkeit mit den Messergebnissen.

WĂ€hrend meines Aufenthaltes an der BfG habe ich auch an Dienstreisen teilgenommen. Ich nahm an einer Reise an die MĂŒndung des Flusses Ems, der ElbemĂŒndung und der FlĂŒsse Weser und Havel teil. Auf diesen Reisen arbeite ich mit modernen Messinstrumenten, die der Überwachung der WasserqualitĂ€t dienen. Diese MessgerĂ€te wurden zur kontinuierlichen Überwachung von Änderungen im Fluss installiert. Arbeitsprozesse fĂŒr das Be- und Verarbeiten einer Wasserprobe aus dem Freiland wurden mir wermittelt. DarĂŒber hinaus beteiligte ich mich auch an der Arbeit im Labor fĂŒr die chemische Analyse von Proben von OberflĂ€chenwasser.

Im Juni werden die Ergebnisse des Modells QSim validiert zur Anpassung des Modells fĂŒr genauere Modellergebnisse. Dies ist wichtig zu beachten. Die Modellergebnisse dieses Modells des tschechischen Elbeabschnittes können auf andere Teile der Elbe gekoppelt werden, zum Beispiel den deutschen Elbeabschnitt. Ziel ist, besser zu verstehen, wie sich die WasserqualitĂ€t der Elbe im gesamten Flussgebiet in Zukunft entwickeln wird.

 


Übersicht

Förderzeitraum

07.02.2017 - 06.12.2017

Institut

Bundesanstalt fĂŒr GewĂ€sserkunde Referat U2 - Ökologische WirkungszusammenhĂ€nge

Betreuer

Andreas Schöl

Kontakt

Mail