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Quantification of diffuse phosphorous inputs into surface water systems
Kovacs, Adam
Wien (Österreich)
Selbstverlag
2013, 142 S., Abb., Tab., Lit.
Sprache: Englisch
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[Quelle: https://repositum.tuwien.ac.at]
Kosten-effektives Phosphormanagement, welches sowohl der Sicherung einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion als auch des guter ökologischer Zustand von Oberflächengewässern dient, ist ein hochrelevantes Thema im Bereich des Einzugsgebietsmanagement. Politische Entscheidungen werden oft durch einen Mangel an Kenntnis über die relevanten "hot-spots" im Einzugsgebiet beeinträchtigt. Eine bessere Kenntnis über die relevanten Quellgebiete von Phosphoremissionen würde es ermöglichen geeigneten Maßnahmen in spezifischen Problembereichen zu planen und gezielt finanziell zu fördern. Durch sorgfältige Planung könnte die Notwendigkeit bedeutender Veränderungen in der Landnutzung vermieden und trotzdem eine relevante Verringerung der Gewässerbelastung erreicht werden. Dies würde sowohl die Umsetzungskosten als auch den Widerstand der Landwirte reduzieren. Eine wesentliche Voraussetzung für entsprechende Maßnahmenpläne ist die quantitative Erfassung des Phosphortransportes aus den landwirtschaftlichen Flächen in die Gewässer. Das Ziel dieser Dissertation ist es zum Verständnis des Verbleibes von Phosphor in landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebieten beizutragen und damit Grundlagen zur Entscheidungsfindung für ein optimiertes Phosphormanagement zu schaffen. So wurde im Rahmen der Dissertation ein rasterbasiertes und langfristiges Phosphoremissions- und Transportmodell mit dem Namen PhosFate entwickelt. Mit Hilfe von PhosFate können Grundlagen für die Erarbeitung von für kosten-effektiven Maßnahmenstrategien auf Einzugsgebietsebene geschaffen werden. Das Modell wurde in verschiedenen mittelgroßen Einzugsgebieten mit bedeutendem landwirtschaftlichem Anteil getestet. Es konnte gezeigt werden, dass das Modell die jährlichen Phosphorgewässerfrachten an den Auslasspunkten der Einzugsgebiete und auch an anderen Pegel im Einzugsgebiet realistisch abbilden kann. Trotz einigen Unsicherheiten, die meist mit lokalen Prozessen und Parametern zusammenhängen, kann PhosFate als geeignetes Instrument für die Identifizierung von in Hinblick auf eine Phosphorbelastung von Oberflächengewässer potentiell kritischen Gebieten betrachtet werden. PhosFate kann zum einen die wichtigsten Quellen der Phosphoremissionen durch eine räumlich verteilte Emissionsmodellierung identifizieren. Die Erkennung der Emissionsquellen ist eine wesentlich Basis für die Bestrebungen eines Ressourcenmanagements, welches die lokalen Boden- und Phosphorverluste von landwirtschaftlichen Flächen zu reduzieren beabsichtigt. Zum anderen kann PhosFate durch explizite Transportmodellierung den Beitrag jeder Zelle zur Belastung der Gewässer identifizieren und den Eintrag in die Gewässer quantifizieren. Trotz eines relativ hohen Flächenanteils der relevanten Emissionsquellen im Einzugsgebiet tragen nur einige wenige Prozente der Gesamtfläche effektiv zu den Emissionen in die Gewässer bei. Wenn Maßnahmen sich auf die relevantesten Quellen und auf jene Transferzonen konzentrieren, die das stärkste Potenzial zu Frachtverminderung aufweisen, ist ein sehr effizientes Management ohne einen massiven Eingriff in die generelle Landnutzung erreichbar. Um dies zu nutzen bietet das Modell ein Optimierungsverfahren an, mit welchem die finanziell effektivste Managementalternative für eine angestrebte Verbesserung der Wasserqualität ausgewiesen werden kann. Die Optimierungsmethode kann auch verschiedene Managementvarianten in Hinblick auf die Kosteneffektivität vergleichen und kombinierte Managementpläne mit räumlich differenzierten Maßnahmen und Kosten evaluieren. Das PhosFate Modell dient als Evaluierungsmethode auf Einzugsgebietsebene. Das Modell kann die möglichen "hot-spots" in dem Einzugsgebiet identifizieren, auf denen verbesserte Managementaktivitäten für die Reduktion von Sediment und Phosphoreinträgen effektiv sein können. Basierend auf den Ergebnissen von PhosFate können in einem nächsten Schritt vor Ort detailliertere Analysen (lokale Messungen und "field-scale" Modellierung) für die konkrete Maßnahmenplanung auf lokaler Ebene durchgeführt werden.
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