EMPLACE: Muster und Prozesshierarchien

Plattformprojekt - PP2.3

Die Sicherung von Wasserressourcen ist eine Aufgabe auf der Landschafts-Skala, doch die zugrunde liegenden hydrologischen und biogeochemischen Prozesse finden oft auf viel kleinerer Ebenen statt. In EMPLACE - Emergent patterns of water and pollutant fluxes in catchments under global change - untersuchen wir Muster in integralen Daten von Wassermenge und -qualität auf der Landschafts-Skala, um die zugrunde liegenden Prozesse und ihre Hierarchie zu erkennen.

Hintergrund und wissenschaftliche Herausforderungen

Die Beeinflussung der Quantität und Qualität von Wasserressourcen durch menschliche Aktivitäten stellt ein Risiko für die Wassersicherheit dar. Das beinhaltet beispielsweise Schadstoffeinträge aus punktuellen und diffusen Quellen wie Abwasser und Landwirtschaft. Für eine effektive Bewirtschaftung der Wassermenge und -qualität brauchen wir eine solide Wissensgrundlage auf der Skala von Einzugsgebiete, die die natürlichen Bewirtschaftungseinheiten für Oberflächen- und Grundwasserressourcen darstellen. Die Herausforderung liegt aber in der hohen Komplexität von Einzugsgebieten mit interagierenden Prozessen und oft unbekannten Hierarchien. Diese Herausforderung birgt aber auch die Chance, vorhandene Beobachtungen der Wassermenge und -qualität, die weltweit im Rahmen von Standard-Umweltüberwachungsprogrammen gewonnen werden, zu nutzen, um die Kontrollgrößen und Prozesse dahinter zu erforschen und zu verstehen.

Ziel

Wir versuchen, uns der Komplexität von Einzugsgebieten zu nähern, indem wir Wassermengen- und -qualitätsdaten analysieren, um emergente Archetypen und Trajektorien des Exportverhaltens zu kartieren und zu kategorisieren und daraus Hypothesen über die zugrunde liegenden dominanten Prozesse abzuleiten. Bei diesem Prozess kommen datengetrieben Methoden aber auch Modelle, Experimente und gezieltes Monitoring zum Einsatz. Auf diese Weise wollen wir räumliche und zeitliche Maßstäbe adressieren, die mit Experimenten nicht erfasst werden können, und schaffen die Voraussetzungen für robuste mechanistische Modellierungsansätze.

Inhalt und angestrebtes Ergebnis

Das Plattformprojekt ist in Teilprojekte gegliedert, die alle das gemeinsame Ziel verfolgen, Wassermengen- und -qualitätsdaten zu analysieren, um emergente Archetypen und Trajektorien des Exportverhaltens von Einzugsgebieten zu kartieren und zu kategorisieren:

• Archetypen und Trajektorien des Wasser- und Makronährstoffflusses unterschiedlicher Einzugsgebiete
• Pools des Stickstoffvermächtnisses und Zeitskalen von Transport und Reaktionen
• Organische Kohlenstoffquellen und Konzentrationstrends unterschiedlicher Einzugsgebiete
• Wasser- und Partikelflüsse in natürlichen, ländlichen und städtischen Wassereinzugsgebieten
• Entstehungsprozesse von Abfluss- und Hochwasserereignissen und Gefahren im globalen Wandel