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| thesis:hrb [2019/10/17 15:14] – mweiler | thesis:hrb [2021/02/08 08:50] – mweiler |
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| ===== Design und realer Einstau von Hochwasserrückhaltebecken ===== | ===== Evaluierung neuer Modellansätze zur Modellierung der Abflusskonzentration von Oberflächenabfluss ===== |
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| == Problemstellung == | == Problemstellung == |
| In den meisten kleineren Einzugsgebieten werden Abflüsse nicht kontinuierlich gemessen, so dass meistens auch keine Daten über Hochwasserereignisse vorliegen, obwohl dies für die Evaluierung von Strakregenereignissen eine grosse Hilfe wäre. Jedoch gibt es in vielen kleinen EZG Hochwasserrückhaltebecken (HRB), in Baden-Württemberg etwa 1000. | Um eine sich entwickelnde Bioökonomie nachhaltig zu gestalten, spielt die Pflanzenart oder -mischung und die Anbauintensität der eingesetzten Biomasse als Ausgangsrohstoff, eine entscheidende Rolle. Durch die zunehmende Nutzungskonkurrenz und der dadurch induzierten potenziell intensivieren Landnutzung, ist die Bewertung der Nachhaltigkeit beim Anbau von Biomasse von großer Bedeutung. Dabei sind in den letzten Jahren neben den abiotischen Umweltwirkungen der Landwirtschaft, wie z.B. Treibhausgasemissionen oder Nitratauswaschung durch den starken Rückgang der Agrarbiodiversität auch biotische Auswirkungen in den Fokus gerückt. Um die Herausforderung einer große Nachfrage nach landwirtschaftlicher Biomasse, bei gleichzeitiger Einhaltung von ökologischen Umweltzielen realisieren zu können, sind Konzepte einer nachhaltigen Intensivierung der Landwirtschaft notwendig. |
| | In Rahmen der Bioökonomie können verschiedene landwirtschaftliche Biomassen erzeugt und in unterschiedlichen Formen genutzt werden. So können traditionelle landwirtschaftliche Nutzpflanzen wie Winterweizen und Körnermais als Rohstoff für die energetische Nutzung genutzt werden indem daraus Bioethanol oder Biogas erzeugt wird. Ebenfalls können Kulturen die in der Vergangenheit bereits stofflich genutzt wurden, wie die Faserpflanzen Nutzhanf (Cannabis sativa) und Gemeiner Lein (Linum usitatissimum). Darüber hinaus können, im Kontext einer möglichst geringen Nutzungskonkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion, auch die Nebenprodukte wie Stroh oder Presskuchen von landwirtschaftliche Nutzpflanzen wie den Körnerleguminosen (Ackerbohne und Körnererbsen) eine wichtige Rolle spielen. Neben diesen traditionellen Nutzpflanzen sind auch innovative Pflanzen, wie der Anbau von durchwachsener Silphie (Silphium perfoliatum) als Biogas- substrat zu nennen, die eine hohe Biomasseproduktion mit Erosionsschutz und langer Blühdauer zur Insektennahrung verbindet und so eine attraktive Biomasseressource für die Bioökonomie darstellt. Neben der klassischen Produktion von Biomasse auf der landwirtschaftlichen Ackerfläche kann auch der Anbau von Wildblumenmischungen mit der Hauptproduktion von Ökosystemdienstleistungen und dem Nebenprodukt der Biomasse für die Bioökonomie eine Ergänzung zur bestehenden Biomasseproduktion für die energetische und stoffliche Nutzung darstellen. Dies ist vor allem interessant, weil eine Graslandmischung mit hoher Pflanzendiversität ähnliche Energiewerte erzielt wie Bioenergiepflanzen z.B. Getreide. Die Nutzung von artenreichen Grasland- und Blühmischungen fördert die Biodiversität vieler Organismen und sollte neben der Biomasseproduktion Refugien für naturschutzrelevante Arten der Agrarlandschaft herstellen und die Biotopverbindung verbessern. |
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| == Ziel der Arbeit == | == Ziel der Arbeit == |
| Wenn der Einstau bei diesen HRB eine gewisse Häufigkeit hat, die beobachtet wurde, kann bezogen auf die Designgrösse der HRBs der Abfluss für eine gewisse Jährlichkeit bestimmt werden. Somit kann eine wichtige Abflussinformation für das Strakregenmanagement ermittelt werden, die im Moment in dieser räumlichen Skala nicht vorliegt. | Eine Vielzahl von vorhanden Beregnungsversuche auf verschiedenen Oberflächen sollen mit zusätzlichen Oberflächenabflussversuchen auf verschiedenen natürlichen Oberflächen kombiniert und ausgewertet werden, um die notwendigen Parameter für die hydraulische Modellierung des Oberflächenabflusses mit dem Modell RoGeR-2D zu erhalten und in einer Sensitivitätsanalyse zu valideren. Auch der Vergleich mit anderen 2D oder 1D hydraulischen Modellen ist angedacht. |
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| == Methode == | == Methode == |
| Ermitteln der relevanten Daten der HRB (inklusive Anfragen bei Betreibern). Berechnung der Häufigkeiten und Jährlichkeiten der Designabflüsse aller HRB. Analyse ob es ein räumliches Muster gibt (reale Häufigkeiten grösser/kleiner als Designkriterien). Vergleich mit anderen Methoden um HW in kleinen EZG abzuschätzen. | DAISY ist ein eindimensionales, physikalisch basiertes Modell zur Simulation des Wasser- und Stoffhaushalts für landwirtschaftlich geprägte Boden-Pflanzen-Systemen. Das Modell wurde an der Professur für KUP (z.B. Salix) und für Miscanthus weiterentwickelt, parametrisiert und mit kontinuierlich gemessenen Nitratkonzentrationen und Tiefenprofilen validiert. Somit steht ein Modellsystem zur Verfügung, mit dem der Wasser-, Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf für annuelle und perennierende Kulturpflanzen in Baden-Württemberg bestimmt werden kann. Das Modell soll für verschiedenen Pflanzenmischungen erweitert werden (Paramatrisierung und Validierung). Dazu stehen verschieden Datensätze (Lysimeter etc) zur Verfügung. |
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| == Betreuung == | == Betreuung == |
| Markus Weiler | Markus Weiler und Stefan Seeger |
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| == Kontakt == | == Kontakt == |
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| == Herausforderung == | == Herausforderung == |
| Datenanalyse, Kommunikation mit Betreibern der HRB | Datenanalyse, Modellierung |
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| == Sprache == | == Sprache == |
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| == Literatur == | == Literatur == |
| {{tag>gelaende master daten offen}} | ABRAHAMSEN, P. und S. HANSEN (2000): Daisy: an open soil-crop-atmosphere system model. In: Environmental modelling & software 15 (3): 313–330. |
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| | {{tag>Feld master daten model offen}} |