Kurzbeschreibung

Die zeitliche Variabilität und räumliche Heterogenität der Oberflächenabflussentstehung steuert die Dynamik der Sedimentherkunftsflächen und der sedimentgebundenen Nährstoffe. Eine verlässliche hydrologische Modellierung, auch von außergewöhnlichen Situationen, wie z.B. Schneeschmelzen ist daher von großer Bedeutung für die Qualität der Modellierung diffuser Stoffeinträge. Daten aus dem Untersuchungseinzugsgebiet “Schäfertal” (Harz) belegen den individuellen Charakter von Schneeschmelzereignissen durch unterschiedliche Oberflächenabflusskoeffizienten und Sedimentaustragsraten. Das Wintererosions- und Nährstofffrachtmodellsystem nimmt diese dynamischen Aspekte durch die Verknüpfung eines hydrologischen Modells mit einem Nährstoffumsatzmodell und einem Nährstofffrachtmodell auf. Zusätzlich wird die Bodenerosion während der Schneeschmelze mit einem neu entwickelten und erstmals auf Einzugsgebietsebene angewandten Modell simuliert. Eine Sensitivitätsanalyse dieses Modellteils zeigt die Plausibilität des Modellansatzes und die Robustheit des Modellsystems. Die Ergebnisse der langfristigen hydrologischen Modellierung der Jahre 1991 bis 2003 sind zufrieden stellend. Insgesamt wurden sechs Schneeschmelzereignisse, die im “Schäfertal” erfasst wurden, modelliert. Die berechneten Gesamtabflussmengen für diese Ereignisse stimmen mit den gemessenen gut überein. Die modellierten Oberflächenabflusskoeffizienten schwanken zwischen 0,001 und 0,72. Die deutliche räumliche Differenzierung der Ergebnisse wird durch die Heterogenität der Bodenfeuchte und das Auftreten von Bodenfrost verursacht. Die durchschnittlichen Werte der simulierten Zellerosion, die für die sechs Ereignisse mit einem angepassten Parametersatz berechnet wurden, liegen zwischen 0,0006 und 0,96 t ha-1. Die Summe der Erosion für die Ereignisse ohne Bodenfrost und nur geringem Oberflächenabfluss aus der Schneeschmelze ist um einen Faktor 50 geringer als bei gefrorenen oder teilgefrorenen Böden. Neben diesen Unterschieden wird eine weitere Differenzierung durch die Abflusskonzentration in kleinen Depressionen in unterschiedlichen Teilen des Einzugsgebiets hervorgerufen. Die simulierten Gesamtfrachten am Gebietsauslass sind mit einer Ausnahme zufrieden stellend. Ein Grund dafür könnte die zu einfache Darstellung der Gerinneprozesse sein. Die Variabilität des Parameters für die Oberflächenrauhigkeit, die als besonders sensitiv identifiziert wurde, verursacht ebenfalls Unsicherheiten in der Parameterabschätzung. Dennoch liefert das Modellsystem, das erstmals für ein Einzugsgebiet angewandt wurde, zufrieden stellende Ergebnisse.