Entwicklung eines ökohydrologischen Modellsystems auf der Einzugsgebietsskala und Anwendung in den sommerfeuchten Tropen

Ziel der Dissertation war die Entwicklung eines prozessorientierten, ökohydrologischen Modellsystems, das nicht nur den Anforderungen in gemäßigten, sondern auch in tropischen Klimaten gerecht wird. Dieses war auf das in den sommerfeuchten Tropen in Südvietnam gelegene Thi Vai Einzugsgebiet anzuwenden, zu testen sowie für Prognosen zu verwenden. Als besondere Herausforderung für die ökohydrologische Modellierung in den sommerfeuchten Tropen sind die extremen meteorologischen Randbedingungen, die intensive Nutzung des Einzugsgebietes und die geringe Datenlage anzusehen. Hierzu wurde das bestehende hydrologische Modellsystem PANTA RHEI unter anderem um die Module terrestrischer, biogeochemischer Stoffkreislauf (CNP-Modul), Pflanzenwachstum und Wasserqualität erweitert. Das entwickelte ökohydrologische Modellsystem umfasst Wasserqualitätsroutinen, die eine Interaktion zwischen der aquatischen Biomasse, Sauerstoff, Nährstoffen, Detritus und Sediment berücksichtigen. Darüber hinaus werden differenzierte Stoffformen betrachtet und ein Rechenzeitschritt unter einem Tag ermöglicht. Das implementierte Wasserqualitätsmodell schließt Defizite, die bei gängigen ökohydrologischen Modellen auftreten. Daher kann über eine rein frachtbezogene Betrachtung hinausgegangen werden. Da zu Beginn der Studie nahezu keine Daten zur Wasserquantität und -qualität des Einzugsgebietes vorlagen, wurde ein Monitoringprogramm initialisiert. Unter anderem wurden die Wasserqualitätsparameter DO, NH4, NO2, NO3, PO4 sowie TSS erhoben. Die Ergebnisse der Modellkalibrierung zeigen, dass das entwickelte Modellsystem in der Lage ist, die Hydrologie und Wasserqualität der untersuchten Teileinzugsgebiete abzubilden. Eine Sensitivitätsanalyse hat gezeigt, dass die Wasserqualitätsprozesse von Stickstoff besonders durch die Prozesse auf der Landphase geprägt werden. Mittels des entwickelten CNP-Modules konnte die charakteristische Dynamik der Mineralisierung in den sommerfeuchten Tropen plausibel nachgebildet werden. Neben dem verwendeten Verfügbarkeits-Bedarfs-Ansatz, der die Zwischenspeicherung von Nährstoffen in der mikrobiellen Biomasse berücksichtigt, sind die verwendeten Bodenfeuchte-Funktionen von Bedeutung. Weitere Schlüsselkomponenten sind die Prozessgleichungen des Periphytons und die Berücksichtigung von Sedimentkompartimenten. Des Weiteren wurden weitere Anwendungsmöglichkeiten sowie die Prognosefähigkeit des Modellsystems mit veränderten Randbedingungen aufgezeigt.