Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft
vertreten durch das
Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie
Abschlussbericht
Beak
-Nr.: 2004_0085
Forschungs- und Entwicklungsvorhaben Az.:
13-8802.3529/33
KliWEP – Abschätzung der Auswirkungen der für Sachsen prognostizierten
Klimaveränderungen auf den Wasser- und Stoffhaushalt im Einzugsgebiet
der Parthe
Teil 1
Parametrisierung, Anpassung und Kalibrierung des Bodenwasserhaushaltsmodells
WaSiM-ETH für das Einzugsgebiet der Parthe sowie Berechnung von
drei Landnutzungsszenarien auf Grundlage der Klimaprognose für Sachsen
Projektleiter Dr. Thomas Hertwig
November 2004
Consultants GmbH
Am St.-Niclas-Schacht 13
09599 Freiberg
Tel.: 03731 781350; Fax: 03731 781352
e-Mail: postmaster@beak.de;
http://www.beak.de
Ökologie
Geologie, Bergbau
Altlasten
Informationsverarbeitung
Kartographie

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KliWEP Teil 1 ─ Parthe-Einzugsgebiet: Parametrisierung, Kalibrierung von WaSiM-ETH; Berechnung Landnutzungs-/
Klimaprognose-Szenarien
BEAK Consultance GmbH, Freiberg/IBGW GmbH, Leipzig
Berichtskennblatt
1. Abschlussbericht Beak-Nr. 2004_0085
2. Berichtszeitraum
Juni – November 2004
3. Titel des Berichts
Parametrisierung, Anpassung und Kalibrierung des Bodenwasserhaushaltsmodells WaSiM-ETH für das Ein-
zugsgebiet der Parthe sowie Berechnung von drei Landnutzungsszenarien auf Grundlage der Klimaprognose von
Sachsen
4. Autor
5. Abschlussdatum
Dr. Th. Hertwig
01.12.2004
6. Durchführende Institution(en), Projektleiter
Beak Consultants GmbH, Am St. Niclas Schacht 13, 09599 Freiberg
7. Aktenzeichen
13-8802.3529/33
Projektleiter: Dr. Thomas Hertwig
8. Fördernde Institution(en)
9. Gesamtlaufzeit
Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft
21.05.2004 – 01.12.2004
Vertreten durch das
Sächsische Landesamt für Umwelt und Geologie
10. Zusätzliche Angaben, Sonstiges
11. Seitenzahl
143
12. Tabellen (Anzahl)
46
13. Abbildungen (Anzahl)
77
14. Anlagen (Anzahl)
22
15. Kurzfassung:
Das BWH-M WaSiM-ETH wurde für das unterirdische Einzugsgebiet der Parthe bis zum Pegel Thekla aufge-
baut. Der Aufbau beinhaltete die Parametrisierung der Boden- und Flächennutzungsarten sowie die Anpassung
wesentlicher Programmparameter. Die Flächennutzung wurde auf der Grundlage der CIR-Kartierung (1992)
sowie einer prognostischen Flächennutzung zum Zeitpunkt 2050 abgeleitet. Es erfolgte eine Kalibrierung des
Verdunstungsmodells an den Messwerten der Lysimeterstation Brandis, der Abflüsse im Gerinne von 6 Pegeln
an der Parthe und eines Pegels am Schnellbach. Auf der Grundlage der Klimaprognose für das Parthegebiet bis
zum Jahre 2050 sind Simulationsrechnungen durchgeführt worden.
Die Kopplung von WaSiM-ETH mit dem externen Grundwasser-/Oberflächenwassermodell (GW-M)
PCGEOFIM© basiert auf der monatlichen Übergabe der flächenkonkreten Grundwasserneubildungsrate an das
GW-M und des daraus berechneten Grundwasserstandes an WaSiM-ETH. Die Übereinstimmung der gemesse-
nen und simulierten Grundwasserstände für 1980-2003 ist zufriedenstellend, die simulierten Abflüsse am Pegel
Thekla sind im Schnitt 9 % geringer als die gemessenen.
Weitere Verbesserungen der Parametrisierung sowie eine weitere Kalibrierung beider Modelle sind notwendig,
um belastbarere Prognoseergebnisse zur Entwicklung der Verdunstung, der Boden- und Oberflächenwasserver-
hältnisse, der Grundwasserneubildungsraten sowie der Grundwasserstände im Untersuchungsgebiet zu erhalten.
Insbesondere sind entsprechende Modifizierungen an WaSiM-ETH durchzuführen, um die Kopplung mit einem
externen GW-M auf eine verbesserte Grundlage zu stellen.
16. Schlagwörter, Deskriptoren
Bodenwasserhaushalt, Simulationsmodell, WaSiM-ETH, Parthe-Einzugsgebiet, Szenariorechnungen

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Inhaltsverzeichnis
1
Zusammenfassung......................................................................................................................................... 10
2
Aufgabenstellung..........................................................................................................................................10
3
Datenübernahme...........................................................................................................................................11
3.1
Geobasis- und Landnutzungsdaten.....................................................................................................11
3.2
Meteorologie und Lysimeterergebnisse..............................................................................................11
3.3
Forst und Landwirtschaft....................................................................................................................11
3.4
Pegel...................................................................................................................................................12
3.5
Sonstige Daten....................................................................................................................................12
4
Theoretische Grundlagen des Modells WaSiM-ETH.................................................................................... 12
4.1
Einleitung und Definitionen...............................................................................................................12
4.2
Modellkomponenten........................................................................................................................... 13
4.2.1
Übersicht ............................................................................................................................................ 13
4.2.2
Preprocessing .....................................................................................................................................14
4.2.3
Teilmodule des Modells ..................................................................................................................... 15
4.2.4
Bodenmodell ......................................................................................................................................17
4.2.5
Güte der Modellierung ....................................................................................................................... 19
5
Modellaufbau................................................................................................................................................20
5.1
Grundlagen.........................................................................................................................................20
5.1.1
Untersuchungsgebiet .......................................................................................................................... 20
5.1.2
Zellgröße............................................................................................................................................20
5.1.3
Parameterdateien ................................................................................................................................20
5.1.4
Datenvorbereitung.............................................................................................................................. 20
5.2
Grids...................................................................................................................................................20
5.2.1
DGM ..................................................................................................................................................20
5.2.2
Flächennutzung ..................................................................................................................................21
5.2.3
Boden und Geologie...........................................................................................................................27
5.3
Meteorologie ...................................................................................................................................... 30
5.3.1
Datenvorbereitung.............................................................................................................................. 30
5.3.2
Regionalisierung.................................................................................................................................31
5.4
Parametrisierung................................................................................................................................. 31
5.4.1
Quellen...............................................................................................................................................31
5.5
Flächennutzung im Jahr 2050 (Prognose) .......................................................................................... 32
5.5.1
Waldmehrung.....................................................................................................................................32
5.5.2
Allgemeiner Flächenverbrauch/Versiegelung....................................................................................35
5.5.3
Landwirtschaftliche Nutzung ............................................................................................................. 37
5.5.4
Parametrisierung der Landwirtschaftsflächen....................................................................................38
6
Meteorologische Bedingungen im Untersuchungsgebiet.............................................................................. 39
7
Kalibrierung 1980-2003................................................................................................................................47
7.1
Anpassung der modellierten Verdunstungshöhen an die Lysimetermessungen.................................47
7.1.1
Allgemeines........................................................................................................................................47
7.1.2
Wintergetreide.................................................................................................................................... 47
7.1.3
Zuckerrüben .......................................................................................................................................50
7.1.4
Futtergras und Futterklee....................................................................................................................52
7.1.5
Kartoffeln...........................................................................................................................................53
7.1.6
Grünbrache.........................................................................................................................................56
7.1.7
Dauergrünland.................................................................................................................................... 57
7.1.8
Sommergetreide ................................................................................................................................. 57
7.2
Anpassung der modellierten Abflüsse in den Teileinzugsgebieten (TE)............................................ 59
7.2.1
Allgemeines........................................................................................................................................59
7.2.2
Großbardau (Schnellbach).................................................................................................................. 59
7.2.3
Glasten (Parthe).................................................................................................................................. 61
7.2.4
Pomßen (Parthe).................................................................................................................................64
7.2.5
Thekla (Parthe)...................................................................................................................................65

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7.3
Gesamtfläche - Abflüsse an den Pegeln ............................................................................................. 69
8
Berechnungen 1980-2003 und Prognose 2004-2050 .................................................................................... 73
8.1
Klimatische Wasserbilanz..................................................................................................................73
8.2
Reale Evapotranspiration (ETR) ........................................................................................................80
8.3
Bodenwasservorräte ........................................................................................................................... 85
8.4
Abflüsse..............................................................................................................................................89
8.4.1
Oberflächenwasser ............................................................................................................................. 89
8.4.2
Landoberflächenabfluss, Interflow und Basisabfluss.........................................................................93
8.5
Grundwasserneubildungsrate (WaSiM-ETH) ....................................................................................97
8.6
Grundwasserflurabstand (WaSiM-ETH)..........................................................................................101
9
Modellkopplung PCGEOFIM – WaSiM-ETH............................................................................................ 103
9.1
Methodik der Kopplung PCGEOFIM/WaSiM-ETH........................................................................103
9.2
Probleme bei der Kopplung PCGEOFIM/WaSiM-ETH .................................................................. 103
9.2.1
Berechnung der Grundwasserneubildung.........................................................................................103
9.2.2
Oberflächenlandabfluss und Interflow ............................................................................................. 106
9.3
Kalibrierung des Modells PART2004/WaSiM-ETH........................................................................ 106
9.4
Schlussfolgerungen zur Modellkopplung.........................................................................................110
10
Sensitivitätsanalyse ..................................................................................................................................... 111
11
Bilanzbetrachtungen.................................................................................................................................... 113
12
Zusammenfassende Ergebnisse und Schlussfolgerungen ........................................................................... 114
13
Literatur.......................................................................................................................................................118
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
Waldtypen im Parthegebiet........................................................................................................22
Tabelle 2:
Weitere forstliche Nutzungen ....................................................................................................23
Tabelle 3:
Flächeninhalt forstlicher Nutzung..............................................................................................23
Tabelle 4:
Flächenentwicklung Ackerbau Parthegebiet..............................................................................24
Tabelle 5:
Prozentuale Belegung der Landwirtschaftflächen in ausgewählten Gemeinden........................24
Tabelle 6:
Landwirtschaftliche Nutzung im Parthegebiet...........................................................................25
Tabelle 7:
Zusammenstellung Flächennutzung Zeitschnitt 1992 (Basis: CIR)...........................................25
Tabelle 8:
Waldtypen Parthegebiet 1992 und Prognose 2050 ....................................................................34
Tabelle 9:
Zusammenstellung der Flächennutzungsänderungen.................................................................37
Tabelle 10:
Zusammenstellung landwirtschaftliche Anbauanteile ...............................................................38
Tabelle 11:
Langjährige Monatsmittelwerte der Niederschläge und Tagestemperaturen im UG.................39
Tabelle 12:
Schwankungsbreite der mittleren monatlichen Niederschlagssummen .....................................40
Tabelle 13:
Langjährige Monatsmittelwerte des Niederschlags je Dekade ..................................................41
Tabelle 14:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Winterweizen (
Modell: ETR +EI
) 1988......................47
Tabelle 15:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Zuckerrüben (
Modell: ETR + EI)
1981 ......................50
Tabelle 16:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Zuckerrüben (
Modell: ETR +EI)
1990 .......................50
Tabelle 17:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Futter (
Modell: ETR + EI)
1984 .................................52
Tabelle 18:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Futter
(Modell: ETR + EI
) 1995 .................................52
Tabelle 19:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Kartoffeln (
Modell: ETR + EI)
1985 ..........................53
Tabelle 20:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Kartoffeln
(Modell: ETR + EI)
1987 ..........................54
Tabelle 21:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Grünbrache (
Modell: ETR + EI
) 1993........................56
Tabelle 22:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Grünbrache (
Modell: ETR + EI
) 1994........................56
Tabelle 23:
Vergleich der Verdunstungshöhen für Sommergetreide
(Modell: ETR + EI)
1997.................58
Tabelle 24:
Abflussanteile Pegel Parthe, Monatsmittel, Simulationsergebnisse ..........................................63
Tabelle 25:
Abflussanteile Pegel Thekla ......................................................................................................67

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Tabelle 26:
Jahresmittelwerte Abflüsse Pegel Thekla (Messung und Simulation).......................................72
Tabelle 27:
Abflüsse an den Pegeln 1986.....................................................................................................73
Tabelle 28:
Monatsmittel der KWB je Dekade.............................................................................................77
Tabelle 29:
Mittlere jährliche Verdunstungshöhen in den Dekaden.............................................................81
Tabelle 30:
ETR für Flächennutzungsarten, Dekaden und Flächennutzungsszenarios.................................82
Tabelle 31:
Bodenfeuchtigkeit in der Wurzelzone, nFK [1/1]......................................................................88
Tabelle 32:
Gesamtmittelwerte und Tagesminima und -maxima Bodenwassergehalte................................89
Tabelle 33:
Hauptzahlen Durchflüsse Pegel Thekla, FN92 ..........................................................................89
Tabelle 34:
Hauptzahlen Durchflüsse Pegel Thekla, FN2050 ......................................................................92
Tabelle 35:
Direktabfluss im Parthe-Einzugsgebiet, FN92...........................................................................93
Tabelle 36:
Interflow im Parthe-Einzugsgebiet, FN92 .................................................................................94
Tabelle 37:
Basisabfluss im Parthe-Einzugsgebiet, FN92 ............................................................................94
Tabelle 38:
Direktabfluss im Parthe-Einzugsgebiet, FN2050.......................................................................95
Tabelle 39:
Interflow im Parthe-Einzugsgebiet, FN2050 .............................................................................95
Tabelle 40:
Basisabfluss im Parthe-Einzugsgebiet, FN2050 ........................................................................95
Tabelle 41:
Zusammenstellung der Abflusskomponenten im Parthe-Einzugsgebiet, FN92 und
FN2050 ......................................................................................................................................96
Tabelle 42:
Abflüsse auf Landwirtschafts- und Siedlungsflächen................................................................96
Tabelle 43:
Langjährige Mittelwerte der GWN im Parthegebiet [mm] ........................................................97
Tabelle 44:
Online-Kopplung PCGEOFIM/WaSiM-ETH..........................................................................103
Tabelle 45:
Bilanzen 1984-1986 und 1994-1996........................................................................................113
Tabelle 46:
Bilanzen 1981-2050 (Dekadenwerte) ......................................................................................114
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1:
Der Aufbau des Modells (aus SCHULLA &, JASPER, 1998) ........................................................14
Abbildung 2:
DGM und Expositionsverhältnisse im UG ................................................................................21
Abbildung 3:
Einzugsgebiete, Fließkonzentration und Fließzeitenschema im UG..........................................21
Abbildung 4: Niederschläge und Lufttemperaturen in Abhängigkeit von der Höhenlage der
Stationen im Parthegebiet 1980-2003).......................................................................................31
Abbildung 5:
Waldmehrungsfläche Glasten....................................................................................................33
Abbildung 6:
Waldmehrungsfläche westlich Belgershain (Legende vgl. Abbildung 5)..................................34
Abbildung 7:
Wald- und Siedlungsflächenvergrößerung südlich Grimma (Legende vgl. Abbildung
5)................................................................................................................................................36
Abbildung 8:
Änderung der Flächennutzung bis 2050 ....................................................................................37
Abbildung 9:
Klimadiagramm 1980-2003.......................................................................................................39
Abbildung 10:
Klimadiagramm 2004-2050.......................................................................................................40
Abbildung 11:
Monatliche Niederschläge im Zeitraum 1980-2019...................................................................42
Abbildung 12:
Monatliche Niederschläge im Zeitraum 2020-2050...................................................................43
Abbildung 13:
Jahresniederschläge im Parthegebiet .........................................................................................44
Abbildung 14: Niederschlagsverteilung im Gesamtgebiet, 7 Einzelbilder 1980-2050 und Legende
vgl. S. 45....................................................................................................................................44
Abbildung 15:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 5, Wintergetreide 1988..........................48
Abbildung 16: Differenzen zwischen gemessener und modellierter Verdunstung, Wintergetreide
1988 ...........................................................................................................................................49
Abbildung 17:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Wintergetreide 1988..........................49
Abbildung 18:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 11, Zuckerrübe 1981 .............................51
Abbildung 19:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Zuckerrübe 1990 ...............................51
Abbildung 20:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Futtergras 1984..................................53

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Abbildung 21:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Kartoffeln 1985 .................................54
Abbildung 22:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Kartoffeln 1987 .................................55
Abbildung 23: Gemessene und modellierte (WaSiM-ETH und BOWAM) Verdunstung, Lysimeter
7, Kartoffeln 1996......................................................................................................................55
Abbildung 24: Gemessene und modellierte (WaSiM-ETH und BOWAM) Verdunstung, Lysimeter
7, Grünbrache 1993....................................................................................................................57
Abbildung 25:
Gemessene und modellierte Verdunstung, Lysimeter 9, Sommergetreide 1997 .......................58
Abbildung 26: Geländemodell (links), Gesamtlegende zum DGM (Mitte), Zonengrid TE
Großbardau: Unterteileinzugsgebiete, Routingstrecken (rechts) ...............................................59
Abbildung 27:
Anpassung der Abflüsse am Pegel Großbardau 1986................................................................60
Abbildung 28:
R²-Werte von drei Simulationsergebnissen Großbardau............................................................61
Abbildung 29:
Anpassung der Abflüsse am Pegel Glasten 1986.......................................................................62
Abbildung 30: Geländemodell (links), Gesamtlegende zum DGM (Mitte), Einzugsgebietsgrid TE
Glasten ca. 1:50 000: Unterteileinzugsgebiete (rechts)..............................................................62
Abbildung 31:
Anteile der Abflussarten Pegel Glasten 1980-2003, Simulationsergebnisse .............................63
Abbildung 32: Geländemodell (links), Gesamtlegende zum DGM (Mitte), Einzugsgebietsgrid TE
Pomßen ca. 1:200 000: Unterteileinzugsgebiete, Routingstrecken (rechts)...............................64
Abbildung 33:
Anpassung der Abflüsse am Pegel Pomßen 1986......................................................................64
Abbildung 34:
R²-Werte der Simulationsergebnisse Pomßen............................................................................65
Abbildung 35: Geländemodell (links), Gesamtlegende zum DGM (Mitte,) Einzugsgebietsgrid TE
Thekla ca. 1:400 000: Unterteileinzugsgebiete, Routingstrecken (rechts).................................66
Abbildung 36:
Anpassung der Abflüsse im TE Thekla, Pegel Thekla 1986......................................................66
Abbildung 37: Anteile der Abflussarten Pegel Thekla, langjährige Monatsmittel 1980-2003,
Simulationsergebnisse ...............................................................................................................67
Abbildung 38: Anteile der Abflussarten Pegel Thekla in den Jahren 1980-2003,
Simulationsergebnisse ...............................................................................................................68
Abbildung 39:
Abflüsse am Pegel Thekla 1986 ................................................................................................69
Abbildung 40:
Abflüsse an den Pegeln Großbardau und Pomßen 1986............................................................70
Abbildung 41:
Anpassungsgüte R² Gesamtgebiet (Abszisse: Zeitschritte, Ordinate: R²-Werte).......................71
Abbildung 42:
Niederschläge (Gesamtgebiet) und Abflüsse Pegel Thekla 1980-1997.....................................72
Abbildung 43:
Mittlere jährliche klimatische Wasserbilanz, Mittelwert über UG ............................................73
Abbildung 44: Monatsmittel von KWB; Niederschlag und Lufttemperatur Zeiträume 1980-2003
und 2004-2050..........................................................................................................................74
Abbildung 45:
Monatssummen der KWB in ausgewählten Dekaden................................................................75
Abbildung 46:
Mittlere jährliche klimatische Wasserbilanz im UG (Legende vgl. S. 79) ................................78
Abbildung 47:
Jährliche ETR und Niederschläge im UG..................................................................................80
Abbildung 48:
Mittlere Monatssummen ETR, beide Flächennutzungsvarianten ..............................................81
Abbildung 49:
ETR auf Lysimetern und WaSiM-ETH-Ergebnisse für Landwirtschaftsflächen.......................82
Abbildung 50:
Mittlere jährliche reale Evapotranspiration im UG, FN92.........................................................83
Abbildung 51:
Mittlere jährliche reale Evapotranspiration im UG, FN92 und FN2050....................................84
Abbildung 52:
Mittlere jährliche reale Evapotranspiration im UG, FN92 und FN2050....................................84
Abbildung 53: Bodenwassergehalte (Anteil (1/1) der nFK) in der Wurzezone und der gesamten
ungesättigten Zone 1980–2050..................................................................................................85
Abbildung 54:
Jahresmittel der Bodenwassergehalte (Anteil (1/1) der nFK) in der Wurzezone und
der gesamten ungesättigten Zone 1980-2050.............................................................................86
Abbildung 55:
Monatsmittel der Bodenwassergehalte (Anteil (1/1) der nFK)..................................................87
Abbildung 56:
Monatliche Schwankungsbreiten der Bodenwassergehalte (Anteil (1/1) der nFK)...................87
Abbildung 57:
Hauptzahlen Durchflüsse Pegel Thekla, 1980-1990, FN92.......................................................91
Abbildung 58:
Hauptzahlen Durchflüsse Pegel Thekla, 2041-2050, FN92.......................................................91
Abbildung 59:
Hauptzahlen Durchflüsse Pegel Thekla 2041-2050, FN92 und FN2050...................................93

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Abbildung 60:
Basisabfluss, FN92, 1991-2000 und 2041-2050........................................................................94
Abbildung 61:
Q
Direkt
auf LW-Flächen FN92 und FN2050................................................................................97
Abbildung 62:
Jährliche Grundwasserneubildungsrate, FN92 und FN2050......................................................98
Abbildung 63:
Monatliche Grundwasserneubildungsrate, FN92 und FN2050..................................................99
Abbildung 64
GWN 1991-2000, FN92 ..........................................................................................................100
Abbildung 65:
GWN 2041-2050, FN92 und FN2050 (Legende vgl. Abbildung 64) ......................................100
Abbildung 66:
GW-Flurabstände TE Thekla, FN92 und FN2050...................................................................101
Abbildung 67:
GW-Stand (Grid) und Isohypsen, 01.01.2004 .........................................................................102
Abbildung 68:
Grundwasserneubildung und Grundwasserflurabstand im August 1982 nach WaSiM-
ETH (gelb: GWN ≤ -1 mm/Mon, grau: -1 mm/Mon < GWN < 1mm/Mon, zyan:
GWN ≥ 1 mm/Mon, Isolinien: Grundwasserflurabstand [m]).................................................104
Abbildung 69:
Ausschnitt aus dem von WaSiM-ETH genutzten digitalen Geländemodell ............................105
Abbildung 70:
Oberflächenlandabfluss und Interflow am Pegel Thekla.........................................................106
Abbildung 71:
Messstelle 47410222................................................................................................................107
Abbildung 72:
Berechnete Grundwasserneubildung Modell PART2004/WaSiM-ETH..................................108
Abbildung 73:
Berechnete Grundwasserneubildung Modell PART2004/Lysimeter.......................................109
Abbildung 74:
Vergleich der mit dem Modell PART2004/Lysimeter (durchgezogene Linien) und
PART2004/WaSiM-ETH- ETH (gestrichelte Linien) berechneten
Grundwasserstände im GW 1.5, GWL 1.6 und GWL 1.7 am 01.01.2004...............................110
Abbildung 75:
Erhöhung der ETR bei Verringerung von Rsc.........................................................................111
Abbildung 76: Abflüsse Pegel Glasten, unterschiedliche Entwässerungsdichten (verschiedene
Farben).....................................................................................................................................112
Abbildung 77:
Bilanz Niederschlag, ETR und Abfluss ...................................................................................113

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Anlagenverzeichnis
Anlage 1:
Übersichtsplan; oberirdische Teileinzugsgebiete mit Durchflusspegeln des Oberflächenabflus-
ses, Maßstab 1:50 000
Anlage 2:
Übersichtsplan; digitales Geländemodell (DGM) Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 3:
Geologie, Maßstab 1:50 000
Anlage 4:
Flächennutzung, aus CIR abgeleitet, Stand 1992; Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 5:
Flächennutzung, Prognose, Stand 2050; Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 6:
Waldnutzungen, aus CIR abgeleitet, Stand 1992; Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 7:
Landwirtschaftliche Nutzflächen und Fruchtfolgen, aus CIR und Feldblöcken abgeleitet, Stand
1992; Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 8:
Waldnutzungen, Prognose 2050, Stand 2004; Rasterweite 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 9:
Landwirtschaftliche Nutzflächen und Fruchtfolgen, Prognose für 2050, Stand 2004; Rasterwei-
te 125 m, Maßstab 1:50 000
Anlage 10:
Leitprofile der geologischen Einheiten
Anlage 11:
landuse- und soil-tables für WaSiM-ETH
Anlage 12:
Steuerdateien für WaSiM-ETH
Anlage 13:
Kalibrierung der Kopplung PCGEOFIM/WaSiM-ETH
Anlage 14:
Grundwasserstände an GWMS 2004-2050, FN92
Anlage 15:
Grundwasserstände an GWMS 2004-2050, FN2050
Anlage 16:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Grundwassergleichen 01.01.1984, Maßstab 1:50 000
Anlage 17:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Grundwassergleichen 01.01.1994, Maßstab 1:50 000
Anlage 18:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Grundwassergleichen 01.01.2004, Maßstab 1:50 000
Anlage 19:
Grundwassergleichen, Vergleich der Modellierungsergebnisse von WaSiM-ETH- und
PCGEOFIM, 01.01.2004, Maßstab 1:50 000
Anlage 20:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Flächennutzungsszenario FN92, Grundwassergleichen
Prognose 2025 und 2050, Maßstab 1:50 000
Anlage 21:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Flächennutzungsszenario FN2050, Grundwasserglei-
chen Prognose 2025 und 2050, Maßstab 1:50 000
Anlage 22:
WaSiM-ETH-Modellierungsergebnisse, Vergleich der Flächennutzungsszenarien FN92 und
FN2050, Grundwassergleichen Prognose 2050, Maßstab 1:50 000

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Abkürzungsverzeichnis
AG Auftraggeber
AN Auftragnehmer
BWH-M Bodenwasserhaushaltsmodell
BZT Bestandeszieltyp
CIR Colorinfrarot(-Kartierung)
DGM digitales Geländemodell
ETP Potenzielle Evapotranspiration
ETR Reale Evapotranspiration
FN Flächennutzung(-sszenario)
GWL Grundwasserleiter
GW-M Grundwassermodell
GWN Grundwasserneubildungsrate
HN Höhennormal
HQ
höchster Durchflusswert gleichartiger Zeitabschnitte in der betrachteten Zeitspanne
IBGW
Ingenieurbüro für Grundwasser GmbH, Leipzig
IDW Inversdistanzwägung
kf
gesättigte hydraulische Leitfähigkeit
KWB Klimatische Wasserbilanz
LfL
Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft
LFP Landesforstpräsidium Sachsen
LFQ Lithofascieskarte Quartät
LfUG
Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie
MQ
Mittlerer Durchflusswert gleichartiger Zeitabschnitte in der betrachteten Zeitspanne
MHQ
Mittlerer höchster Durchflusswert gleichartiger Zeitabschnitte in der betrachteten Zeitspanne
MNQ
Mittlerer niedrigster Durchflusswert gleichartiger Zeitabschnitte in der betrachteten Zeitspanne
mm/Mon Niederschlag pro Monat
NQ Niedrigster Durchflusswert gleichartiger Zeitabschnitte in der betrachteten Zeitspanne
nFK nutzbare Feldkapazität
P Niederschlag
pF
dekadischer Logarithmus der Wasserspannung
PWP permanenter Welkpunkt
Q Durchfluss
TE Teileinzugsgebiet
UBG Staatliche Umweltbetriebsgesellschaft
UG Untersuchungsgebiet
WG Wassergehalt

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1
Zusammenfassung
Wir legen hiermit die zusammengefassten Arbeitsergebnisse zum F & E-Vorhaben "Parametrisierung, Anpas-
sung und Kalibrierung des Bodenwasserhaushaltsmodells WaSiM-ETH für das Einzugsgebiet der Parthe sowie
Berechnung von zwei Landnutzungsszenarien auf Grundlage der Klimaprognose von Sachsen" vor.
Für dieses Gebiet baute der AN das Bodenwasserhaushaltsmodell (BWH-M) WaSiM-ETH (Basis: Richards-
Gleichung und angeschlossenes Grundwassermodell) auf, parametrisierte und kalibrierte es. Als Grundlagenkar-
ten entstanden ein DGM, eine geologische Karte mit 18 geologischen Einheiten und 166 Untereinheiten (mit 166
geologischen Normalprofilen) und Flächennutzungskarten mit Stand 1992 und 2050 (Prognosekarte).
Es erfolgte eine Kalibrierung des Verdunstungsmodells an den Messwerten der Lysimeterstation Brandis sowie
der berechneten Abflüsse im Gerinne an den Pegelmesswerten von 6 Pegeln an der Parthe sowie dem Schnell-
bach für den Zeitraum 1980 bis 2003.
Für den Prognosezeitraum 2004 bis 2050 standen die Klimadaten der Klimaprognose von Sachsen zur Verfü-
gung.
Es konnten Ableitungen zur Entwicklung der Niederschlags- und Temperaturverhältnisse, zur Prognose der
klimatischen Wasserbilanz, der ETR, der Grund- und Bodenwasserverhältnisse sowie der Abflüsse in den Vor-
flutern getroffen werden.
Die Kopplung des BWH-M mit dem externen Grundwassermodell PCGEOFIM basierte auf einer monatlichen
Übergabe der Grundwasserneubildungsrate an das GW-Modell und des daraus berechneten Grundwasserstandes
an WaSiM-ETH. Die Übereinstimmung der gemessenen und simulierten Grundwasserstände für 1980-2003 ist
zufriedenstellend, die simulierten Abflüsse am Pegel Thekla sind im Schnitt rd. 9 % geringer als die gemessenen.
Weitere Verbesserungen der Parametrisierung sowie eine weitere Kalibrierung beider Modelle sind notwendig.
Im Verlaufe des F & E-Projektes stellten sich einige Eigenschaften von WaSiM-ETH heraus, die für die Aufga-
benstellung des Projektes ungünstig waren:
Programm war mit Bodentabelle 2 nicht lauffähig (Berücksichtigung eines Bodenprofils pro geologischer
Einheit),
Grundwasserneubildungsrate ist im Modell bilanziert und stellt deshalb in ihrer Höhe nicht die benötigte
treibende Variable des externen Grundwassermodells dar,
die gerouteten Abflüsse waren nicht an den einzelnen Flussabschnitten abrufbar.
Für eine weitere Verwendung von WaSiM-ETH im Rahmen einer Kopplung mit einem externen GW-Modell ist
das BWH-M zu modifizieren.
2
Aufgabenstellung
Die für Sachsen bis 2050 prognostizierten Klimaveränderungen waren zur Grundlage zu nehmen, eventuell von
ihnen abhängige Veränderungen im Wasser- und Stoffhaushalt des geologischen Untergrundes abzuschätzen
(Klimaprognose für Sachsen bis 2050; KliWEP).
Für das definierte Einzugsgebiet der Parthe im mitteldeutschen Tiefland war das Bodenwasserhaushaltsmodell
(BWH-M) WaSiM-ETH anzupassen, zu parametrisieren und für den Zeitraum von 1980 bis 2003 zu kalibrieren,
damit für den Prognosezeitraum bis 2050 mit zu erstellenden prognostischen Landnutzungsszenarien die Bo-
denwasserhaushalts- sowie Oberflächenwasser- und Grundwassersituation im Gebiet abgeschätzt werden kön-
nen.
Im Rahmen dieses F & E-Vorhabens war weiterhin die Online-Kopplung des Bodenwasserhaushaltsmodells
WaSiM-ETH mit dem Grundwassermodell (GW-M) PCGEOFIM© herzustellen, indem die Grundwasserstände
zeitschrittweise an das BWH-M übergeben und von diesem die Grundwasserneubildungsraten übernommen
werden.
Im Ergebnis der Kalibrierungen, Prognoserechnungen und Modellkopplungen waren folgende Schwerpunkte zu
erläutern:
Höhe der realen Verdunstung, Inanspruchnahme der Bodenwasservorräte unter verschiedenen Landnut-
zungsbedingungen und geologischen Bedingungen,

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Verlauf der einzelnen Abflusskomponenten an den Oberflächenwassermessstellen,
Grundwasserstandsentwicklung und –vorratsveränderungen in den Grundwasserleitern unter dem Einfluss
der veränderten Klimabedingungen.
3
Datenübernahme
3.1
Geobasis- und Landnutzungsdaten
Am 10.06.2004 wurden die Biotoptypen- und Landnutzungskartierung Sachsens (CIR) sowie die IRS-1C-Daten
vom Auftraggeber (AG) an den Auftragnehmer (AN) übergeben.
Mit Datum vom 21.06.2004 übergab der AG folgende Geobasisdaten:
RD25 (Rasterdaten 1:25 000):
ATKIS ®-DLM25 (Digitales Landschaftsmodell)
ATKIS ®-DGM25 (Digitales Geländemodell der Qualitätsstufe 2)
in der räumlichen Ausdehnung der Blätter 4540-4542; 4640-4642; 4740-4742; 4840-4842.
3.2
Meteorologie und Lysimeterergebnisse
Der AG stellte die "CliSax-Daten 1980-2003" für die Station Leipzig-Schkeuditz wie folgt zur Verfügung:
Lufttemperatur, Globalstrahlung, rel. Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, ETP: 01.01.1981 – 31.12.2000
Niederschläge: 01.01.1981-31.08.1998.
Die Klimadaten sowie die Lysimeterergebnisse der Lysimeterstation Brandis (1980-2003) wurden von der Stati-
on (UBG, FB 31) zur Verfügung gestellt, ebenso wie die Beschreibung der phänologischen Entwicklung der
Pflanzenbestände auf den Lysimetern (1981-1999) und die gemessenen Niederschlagshöhen für die Messstatio-
nen im Parthegebiet (01.01.1980-24.03.2003, z. T. 01.11.1981-31.08.2003 (Glasten, Naunhof, Pomßen) bzw.
01.11.1981-17.09.1993 (Fuchshain)):
Ammelshain
Ballendorf
Beiersdorf
Bernbruch
Brandis
Grethen
Großbardau
Großsteinberg
Jesewitz
Rohrbach
Sermuth
Threna
Glasten
Naunhof
Pomßen
Für die oben genannten Stationen (außer für Pomßen) übergab der AG folgende "WEREX-Daten 2001-2050" für
das Parthegebiet (02.08.2004):
Lufttemperatur, Sonnenscheindauer, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit und Niederschläge.
3.3
Forst und Landwirtschaft
Waldgeometrien sind vom Landesforstpräsidium (LFP) nicht übergeben worden. Ohne Schaden für das Projekt
wurden stattdessen für die Festlegung der Forst- und Waldflächen die Ergebnisse der CIR-Kartierung verwendet.
Die Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) übergab folgende Daten:

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Geometrien der Feldblöcke im Parthegebiet
prozentuale Verteilung der angebauten Feldfruchtarten pro Gemeinde (1994-2003) sowie voraussichtliche
Anteile der Feldfruchtarten zum Zeitpunkt des Jahres 2050
3.4
Pegel
Wasserstände [cm] und Abflüsse [m³/s] erhielt der AN für die folgenden Pegel (vollständige Datensätze):
Pegel Gewässer Kurzbezeichnung
Thekla Parthe
Naunhof Parthe -S03
Pomßen Parthe -S1 und S2
Großsteinberg Gladegraben -M6
Großbardau Schnellbach -S13
Glasten Parthe -S16
3.5
Sonstige Daten
Drainagen: Keine Datenübergabe durch den Auftraggeber.
(Die Nichtberücksichtigung der durch die Drainagen aus dem Bodenbereich abgeführten infiltrierten Wässer
wird in der Simulation mit dem BWH-M eine etwas größere GWN ergeben als es für diese Flächen faktisch der
Fall sein dürfte. Da die Größe der drainierten Flächen nicht bekannt ist, kann der Grad der Abweichungen für die
Gesamtfläche nicht abgeschätzt werden.)
Überleitung gereinigter Abwässer: Jahresberichte von Abwassereinleitungen in die Parthe:
Kläranlage Naunhof 1997-1999
Übergangskläranlage Panitzsch 1998-1999
Verbandskläranlage Parthe 1999-2003
(Für die Zeiten vor und nach den übergebenen Daten wurde eine niederschlagsabhängige Regression als Grund-
lage für die in das Programm eingespeisten Werte benutzt.)
Grundwasserförderung
im Wasserwerk Naunhof: Geförderte Jahressummen der Wasserwerke Naunhof 1 und
2 aus den Jahren 1997 bis 2003.
(Für die Simulationen mit WaSiM-ETH sind für die Zeiten vor und nach den Übergabewerten die vom Modell
PART (PCGEOFIM) verwendeten Werte übernommen bzw. angepasst worden (Übergabe von IBGW,
02.09.2004 und 12.10.2004.)
4
Theoretische Grundlagen des Modells WaSiM-ETH
4.1
Einleitung und Definitionen
Das numerische Modell WaSiM-ETH ist ein deterministisches, flächendifferenziert arbeitendes hydrologisches
Einzugsgebietsmodell zur Simulation des Wasserkreislaufs auf und unter der Landoberfläche. Das Modell ist
eine Kombination aus physikalisch basierten und konzeptionellen Prozessbeschreibungen.
Das zu modellierende reale System wird durch geometrische und stoffliche Systemparameter beschrieben und
steht mit der Umgebung über die über die Systemgrenzen wirkenden Ein- und Ausgangsgrößen, die Randbedin-
gungen, in Wechselwirkung. Das heißt, es ist offen. Das Modellgebiet in WaSiM-ETH schließt vertikal die Ve-
getationsdecke, den verdunstungsrelevanten Boden sowie eine nicht eindeutig abgrenzbare Schicht des tieferen
Bodens bzw. des geologischen Unterbaus ein (bei der Benutzung des angeschlossenen Grundwassermodells
umfasst sie den gesamten obersten Grundwasserleiter). Die Obergrenze des Systems bildet in der schneefreien
Zeit die Vegetationsschicht bzw. bei fehlender Vegetation der Boden, die Bebauung oder das anstehende Ge-
stein. Ist eine Schneedecke vorhanden, bildet diese die Obergrenze des Systems. In horizontaler Richtung wird

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es durch die Einzugsgebietsgrenzen begrenzt. In natürlichen Systemen sind diese Grenzen nicht absolut, sie sind
weder für Stoff- noch für Energieflüsse undurchlässig. Diese Flüsse werden wegen ihrer Größenordnung oder
aufgrund ausgleichender Flüsse in WaSiM-ETH vernachlässigt. Dazu gehören die Tiefenversickerung, die im
Allgemeinen für die Abflussbildung nicht mehr wirksam ist, und die Speicherung von Wasser in Flora und Fau-
na (weitere Informationen in S
CHULLA, 1997).
Die räumliche Verteilung der physiographischen Gebietseigenschaften wird in WaSiM-ETH durch die Eintei-
lung des Einzugsgebiets in ein regelmäßiges Gitter berücksichtigt. Das Modell ist in der Lage, die Abflüsse von
Einzugsgebieten mit Größen von <1 km² bis zu mehreren 10.000 km² zu berechnen. Zusätzlich kann das Ein-
zugsgebiet in beliebig viele verschiedene TE gegliedert werden. Deren Grenzen orientieren sich ebenfalls an
dem Gitter. Einschränkungen ergeben sich aus den Gültigkeitsbereichen der verwendeten Teilmodelle. Das Git-
terformat birgt den Vorteil, dass die Daten leicht mit vielen verschiedenen anderen Modellen und Softwarepake-
ten ausgetauscht werden können. Die Eingangsdaten können meist schnell und ohne Genauigkeitsverlust an die
gewünschte Modellauflösung angepasst werden.
Die meteorologischen Daten werden während des Modelllaufs für jede einzelne Zelle des Gitters interpoliert. Für
jede Gitterzelle werden daraufhin folgende hydrologischen Prozesse simuliert (verändert nach S
CHULLA, 1997):
Schnee-Entwicklung (Akkumulation, Schmelze, Verdunstung)
Interzeption
Infiltration bzw. Bildung von Oberflächenabfluss durch Infiltrationsüberschuss
Speicherung des Wassers in der durchwurzelten Bodenzone
Entnahme von Wasser durch Evapotranspiration
Versickerung infiltrierten Wassers und kapillarer Aufstieg in Feuchtgebieten als Ausgleich von Verduns-
tungsverlusten durch oberflächennahes Wasser
Sättigungsflächenabfluss
vertikale Wasserbewegungen in der Bodenzone (Zwischenabfluss, Grundwasserabfluss).
Der auf den einzelnen Gitterzellen gebildete Oberflächenabfluss wird anhand eines Fließzeitschemas dem Ge-
rinne zugeführt. Die Abflusskonzentration bis zum Teilgebietsauslass erfolgt anhand von Einzellinearspeichern
getrennt für die Abflusskomponenten Direktabfluss, Interflow und Basisabfluss. Der weitere Weg des Abflusses
im Gewässernetz vom Pegel des Gesamteinzugsgebietes wird durch ein Abflussrouting beschrieben.
4.2
Modellkomponenten
4.2.1
Übersicht
Im sog. Preprocessing erfolgt die Datenbeschaffung, die Konvertierung dieser Daten in modellkonforme Forma-
te und die Berechnung von abgeleiteten Daten. Der zeitliche Aufwand hängt im Allgemeinen stark davon ab, wie
viele Daten in welcher Auflösung benötigt werden, welche dieser Daten verfügbar sind oder wie schnell sie
verfügbar gemacht werden können. Der Vorteil von WaSiM-ETH besteht darin, dass die Menge minimal benö-
tigter Eingangsdaten relativ gering ist und dass die Eingangsdaten zu den in Behörden vorhandenen „Standard-
daten“ gehören, so dass im Normalfall keine eigenen Erhebungen, Messungen oder Kartierungen benötigt wer-
den.
Die Modellrechnung selbst erfolgt unter Nutzung der im Preprocessing bereitgestellten Daten und der vorgege-
benen oder selbst recherchierten Parameter. Der Zeitaufwand für einen Modelldurchlauf hängt von der gewähl-
ten räumlichen und zeitlichen Auflösung ab und von den zu Verfügung stehenden Rechnerkapazitäten.
Nach der Modellrechnung folgt ein Postprocessing, das sich im einfachsten Fall auf eine graphische Darstellung
der errechneten Ganglinie und auf Bilanzbildung beschränkt.
Abbildung 1 zeigt die einzelnen Modellkomponenten von WaSiM-ETH.

image
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Abbildung 1:
Der Aufbau des Modells (aus SCHULLA &, JASPER, 1998)
4.2.2
Preprocessing
Die Eingangsdaten, die aus verschiedenen Quellen stammen und in unterschiedlichen Datenformaten bzw. zeitli-
chen und räumlichen Auflösungen vorliegen, müssen an die vom Modell WaSiM-ETH geforderte Schnittstelle
angepasst werden. Alle graphischen Datensätze müssen dabei bezüglich ihrer Dimensionen und Koordinaten
deckungsgleich sein. Zusätzlich werden aus diesen Eingangsdaten weitere Modellparameter abgeschätzt. Die
dafür erforderlichen Werkzeuge werden innerhalb des Programmpaketes zur Verfügung gestellt.
Bei den Eingangsdaten werden drei verschiedene Arten von Daten unterschieden:
Geographische Daten
Meteorologische Daten
Hydrologische Daten
Geographische Daten werden benötigt, um die räumliche Struktur sowie die räumlich verteilten, zeitlich kon-
stanten Eigenschaften des zu modellierenden Einzugsgebietes darzustellen. Dazu gehören verschiedene Boden-

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daten, Landnutzungsdaten sowie als eine der wichtigsten Datengrundlagen ein digitales Höhenmodell (SCHULLA,
1997).
Durch das Programm TANALYS, das in WaSiM-ETH enthalten ist, wird eine umfangreiche topographische
Analyse des digitalen Höhenmodells durchgeführt. Erzeugt werden unter anderem Datensätze für Gefälle, Expo-
sition, Fließzeiten und Fließzeitsummen, Flusstiefen, Flussbreiten, Routingstrecken, die Einzugsgebiete und
schließlich die Entwässerungsstruktur mit Gerinneparametern. Sie können ohne weitere Anpassungen im Modell
verwendet werden. Man kann eigene Datensätze, z. B. gemessene Flussbreiten, nutzen und diese alternativ in das
Modell integrieren. (Davon ist aber nur nach reiflicher Überlegung Gebrauch zu machen, da durch TANALYS
das "System" Flussbreiten und -tiefen sehr stark auf den zu realisierenden Basisabfluss "geeicht/voreingestellt"
wird.)
Mit weiteren Programmen können weitere Datensätze generiert werden, die von verschiedenen optionalen Teil-
modulen benötigt werden. Ihre Funktionsweise ist in S
CHULLA (1997) und SCHULLA & JASPER (1998) beschrie-
ben
Neben den geographischen Eingangsdaten benötigt das Modell einige meteorologische Informationen. Es müs-
sen Zeitreihen von Temperatur und Niederschlag vorhanden sein. Außerdem können gemessene Globalstrah-
lung, Windgeschwindigkeit, Wasserdampfdruck, relative Luftfeuchtigkeit und Sonnenscheindauer genutzt wer-
den. Die Zeitschrittweite sollte dabei an die Aufgabenstellung angepasst sein. So empfehlen sich für Hochwas-
sermodellierung mindestens stündlich aufgelöste Daten, für Wasserhaushaltsberechungen genügen im Allgemei-
nen tägliche Mittelwerte. Die Zeitreihen sollten möglichst lang sein. Besonders bei Abschätzungen der Größe
und Häufigkeit von seltenen Ereignissen, aber auch bei der Bewertung von klimatischen Trends, wird eine Beo-
bachtungsperiode von wenigstens 30 Jahren für notwendig erachtet.
Aus den Stationsdaten wird ein Höhengradient berechnet, mit Hilfe dessen WaSiM-ETH die meteorologischen
Daten über den Raum interpoliert.
Die hydrologischen Daten, d. h. Abflusszeitreihen als integrale Informationen für TE oder das gesamte Einzugs-
gebiet, sind nicht zwingend zur Modellierung notwendig. Sie werden zur Ermittlung der Güte des Modells und
zur Kalibrierung und Validierung benötigt.
4.2.3
Teilmodule des Modells
In diesem Abschnitt werden die Teilmodule behandelt, die für die Berechnung der Szenarien und für Überlegun-
gen zur Übertragbarkeit nötig sind. Genauere Informationen auch zu den anderen Teilmodulen des Programms
finden sich in S
CHULLA (1997), SCHULLA & JASPER (1998) und SCHULLA & JASPER (2000).
4.2.3.1 Niederschlagskorrektur
Niederschlagsmessungen sind mit systematischen Fehlern behaftet. Der Messfehler hängt von der Windge-
schwindigkeit, der Art und Intensität des Niederschlags sowie erheblich von der Umgebung des Niederschlags-
messers ab. Besonders durch den Windeinfluss fällt die Niederschlagsmessung in der Regel zu klein gegenüber
dem tatsächlichen Niederschlag aus. In der meteorologischen Literatur gibt es daher für die verschiedenen Nie-
derschlagsmessgeräte jeweils mehrere Korrekturvorschläge. Auch das Programm WaSiM-ETH hat ein Modul
implementiert, mit Hilfe dessen Niederschlagswerte korrigiert werden können. Näheres kann in S
CHULLA &
JASPER (1998) nachgelesen werden.
Bei der Korrektur der Niederschläge ist man nicht an die im Programm vorgegebenen Verfahren gebunden.
Wenn korrigierte Stationsdaten vorliegen, ist es möglich, diese Werte einzulesen.
4.2.3.2 Interpolation der meteorologischen Eingangsdaten
Die meteorologischen Eingangsdaten liegen meist als Stationswerte vor, die auf die einzelnen Zellen des Mo-
dellgitters interpoliert werden müssen. Dafür können mehrere Methoden genutzt werden:

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Höhenabhängige Regression.
Inverse-Distance-Weighting Interpolation (IDW, abstandsgewichtete Interpolation) oder Thiessen-Polygone.
Eine Kombination aus höhenabhängiger Regression und der IDW.
Erstere Methode bietet sich für alle Größen an, die eine ausgeprägte Höhenabhängigkeit aufweisen. Dazu zählen
Lufttemperatur, der Dampfdruck und die Windgeschwindigkeit. Gerade in gebirgigen Einzugsgebieten sind die
höhenbedingten Änderungen dieser Größen im Allgemeinen weit wichtiger und deutlicher als die horizontalen
Änderungen (S
CHULLA, 1997). Auch die Globalstrahlung kann über ihre Höhenabhängigkeit interpoliert werden,
wenn horizontale Änderungen über eine Kombination mit der IDW-Methode erfasst werden. Eine weitere Vor-
aussetzung für die Interpolation der Eingangsdaten durch höhenabhängige Regression ist das Vorhandensein von
mindestens drei Stationen zur Bestimmung des Höhengradienten. Das Gelände wird dabei durch das Programm
in zwei oder drei Höhenabschnitte unterteilt, getrennt durch Inversionen, die jeweils eigene Regressionsgeraden
für die zu interpolierenden Werte aufweisen.
Die abstandsgewichtete Interpolation geht davon aus, dass der Wert einer Messgröße an einer Interpolationsstel-
le durch die Entfernungen der Interpolationsstelle zu den verschiedenen Stützstellen, also den Stationsstandorten,
und deren Messwerte beschrieben werden kann. Diese Annahme trifft bei genügender Messwertdichte in ausrei-
chendem Maße z. B. auf den Niederschlag und auf die Sonnenscheindauer zu, wenn beide Größen in kurzen
Zeitintervallen interpoliert werden sollen. Bei der abstandsgewichteten Interpolation können entweder die Inver-
se Distance Weighting Interpolation (IDW) zur Anwendung kommen oder es werden Thiessen-Polygone als
Spezialfall der IDW genutzt. Der Interpolationswert bei der IDW ergibt sich aus der Summe aller beitragenden
gewichteten Stützstellenwerte. Dabei können in WaSiM-ETH die Gewichtung p, eine maximale Entfernung d
max
,
bis zu welcher Stützstellen zur Berechnung des Ergebnisses an der Interpolationsstelle herangezogen werden
können, sowie zwei Parameter zur Festlegung einer Anisotropie in der räumlichen Gewichtung festgelegt wer-
den (S
CHULLA & JASPER, 1998).
In WaSiM-ETH besteht die Möglichkeit, die abstandsgewichtete und höhenabhängige Interpolation mit unter-
schiedlicher Gewichtung zu kombinieren. Dies hat sich vor allem für Tageswerte und ganz besonders für Wo-
chen-, Monats- oder Jahreswerte von Niederschlag und Sonnenscheindauer als sinnvoll erwiesen.
4.2.3.3 Verdunstungsmodell
Generell wird zwischen aktueller (tatsächlicher) und potenzieller (unter den gegebenen meteorologischen Bedin-
gungen maximal möglicher) Verdunstung unterschieden (H
UPFER & KUTTLER, 1998). Zur Bestimmung der po-
tenziellen Evapotranspiration können mehrere Ansätze genutzt werden. Sie unterscheiden sich in der Zahl ihrer
Eingangparameter und in ihrer physikalischen Nachvollziehbarkeit. Es ist empfehlenswert, die Beziehung nach
Penman-Monteith zu benutzen, da sie die Schwankungen über den Tag bzw. über das Jahr am besten wiedergibt.
In diesem Ansatz werden zusätzlich zur klassischen Definition der potenziellen Verdunstung das spezifische
Verdunstungspotential der Vegetation und der Feuchtezustand des Bodens (beides bei unbeschränkter Wasser-
versorgung) berücksichtigt. Die Vegetation geht in die Gleichung durch einen Blattflächenwiderstand, die effek-
tive Wuchshöhe, die Albedo für die Landoberfläche und die Wurzeltiefen mit ein. Oberflächenwiderstand und
Wurzeltiefen beziehen sich auf zu bestimmende phänologische Stützpunkte. Auf diese Weise können verschie-
dene Nutzungsformen berücksichtigt werden. Der ganzjährig verwendete Albedo-Wert wird während einer Si-
mulation nur durch das Schneemodell verändert, um so das erhöhte Reflexionsvermögen einer schneebedeckten
Bodenoberfläche zu berücksichtigen.
Neben dem Verfahren nach Penman-Monteith stehen im Modell auch Verfahren nach Haude, Wendling und
Hamon zur Verfügung. Sie benötigen weniger Eingangparameter (Niederschlag und Lufttemperatur in allen drei
Fällen, bei Wendling zusätzlich die Globalstrahlung). Sie berechnen nur die Grasverdunstung.
4.2.3.4 Schneemodell
Im Schneemodell wird die quantitative Akkumulation des Schnees sowie dessen Schmelze modelliert. Der An-
teil der Schnees am Niederschlag wird im Modell anhand der Lufttemperatur, einer Grenztemperatur, bei der
50 % des Niederschlags als Schnee fallen, und der Weite dieses Übergangsbereichs zwischen Schnee und Regen
berechnet. Der ermittelte feste Niederschlag wird als Schneedecke akkumuliert. In WaSiM-ETH können ver-
schiedene Algorithmen zur Berechnung der Schneeschmelze benutzt werden: Das Temperatur-Index-Verfahren,
das Temperatur-Wind-Index-Verfahren nach B
RAUN (1985) und ein kombiniertes Verfahren nach ANDERSON

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(1973). Letzteres stellt die Verhältnisse am genauesten dar, ist allerdings für Tageswerte entwickelt worden, so
dass dieses Verfahren nur unter Vorbehalten für Stundenwerte angewendet werden sollte. Nach S
CHULLA 1996
kann für Stundenwerte ohne weiteres eines der ersten beiden Verfahren verwendet werden.
4.2.3.5 Interzeptionsmodell
Interzeption ist die Speicherung von Niederschlags- und Schmelzwasser auf der Vegetation, der Streuschicht und
der Geländeoberfläche. In WaSiM-ETH wird nur ein einfacher Überlaufspeicher eingesetzt, der alle Interzepti-
onseffekte gemeinsam berücksichtigt. Der Interzeptionsspeicher ist im Modell dem Schneespeicher nachgeord-
net, so dass die Schneeschmelze über den Interzeptionsspeicher geleitet wird. So kann eine Speicherung von
Schmelzwasser in Bodenmulden und in der Mulchschicht berücksichtigt werden (S
CHULLA & JASPER, 1998).
Die Kapazität dieses Speichers hängt von der Pflanzenart, deren jeweiligem Blattflächenindex und vom Vegeta-
tionsbedeckungsgrad ab. Auch Felsen, unbewachsener Boden und Siedlungsfläche werden zur Berücksichtigung
von Benetzungsverlusten mit Parametern belegt. Bei der Modellierung wird davon ausgegangen, dass sich auf
allen Oberflächen eine gleich dicke Schicht Wasser aus allen Niederschlagsformen halten kann. Die Füllung des
Interzeptionsspeichers erfolgt durch Niederschlag und Schneeschmelze. Seine Ausschöpfung geschieht durch
Verdunstung (potenzielle Evapotranspiration). Ist der Interzeptionsspeicher gefüllt, tropft weiteres Nieder-
schlags- oder Schmelzwasser auf die Bodenoberfläche durch. Dieser Bestandesniederschlag bildet den Zufluss
zum Infiltrationsmodell.
4.2.3.6 Infiltrationsmodell
Das Infiltrationsmodell ist in das Bodenmodell integriert und nutzt eine Reihe an Daten, die auch dort benötigt
werden (u. a. Bodenfeuchte, K
s
-Wert, typische Wassergehalte). Zur Beschreibung des Eindringens von Wasser
in den Boden wird ein auf dem Infiltrationsmodell von G
REEN UND AMPT (1911) aufbauendes sogenanntes
„Zweistufenmodell für homogene Böden“ von PESCHKE (D
YCK & PESCHKE, 1995) eingesetzt. In diesem An-
satz ist es möglich, diskontinuierliche Niederschläge zu verarbeiten. Das Modell setzt einen homogenen, unge-
schichteten Boden voraus, bei dem der Matrixfluss gegenüber dem Makroporenfluss dominiert. Die Nieder-
schlagsintensität wird als über das Zeitintervall konstant angenommen. Der Infiltrationsvorgang wird in zwei
Phasen unterteilt: Die Sättigungsphase bei ungesättigten Verhältnissen und eine Rückgangsphase bei gesättigten
Verhältnissen. Das eindringende Niederschlagswasser wird im Modell als sprunghaft vorrückende Feuchtefront
idealisiert. Deren Vorrücken wird vom Sättigungsdefizit und den bodenphysikalischen Kenngrößen hydraulische
Leitfähigkeit des Bodens und Saugspannung an der Feuchtefront bestimmt. Diese Kenngrößen sind in der Bo-
dentabelle des Modells aufgelistet (K
ATZENMAIER et al., 2000). Das Ergebnis der Berechnungen des Infiltrati-
onsmodells ist eine Aufteilung des Niederschlags in Infiltrationsüberschuss, der zu Direktabfluss wird und infilt-
rierendes Wasser, das an das Bodenmodell übergeben wird. Das Wasser, das einmal zum Direktabfluss deklariert
wurde, versickert nicht erneut.
4.2.4
Bodenmodell
In WaSiM-ETH kann zwischen zwei grundsätzlich verschiedenen Modulen zur Berechnung der (vertikalen)
Abflussbildung auf und unter der Landoberfläche gewählt werden: Dem konzeptionellen Topmodel-Ansatz und
dem physikalischen Ansatz mit Richards-Gleichung. Im vorliegenden Fall wurde auftragsgemäß letzterer ge-
wählt.
Die diskretisierte RICHARDS-Gleichung hat für die Beschreibung der eindimensional vertikalen Wasserbewe-
gung in der ungesättigten Zone folgende Form (nach S
CHULLA & JASPER, 1989):
q
in
q
out
z
q
t
=−
=
∆Θ
(1)
mit q
in
= Zuflüsse in die betrachtet Bodenschicht
q
out
= Abflüsse aus der Bodenschicht (einschließlich Interflow, Drainage) [m/s]
Ist der Boden gesättigt, so vereinfacht sich die RICHARDS-Gleichung und nimmt die Form des DARCY-
Gesetzes an. Zur Bestimmung der pF-WG-Funktion (Matrixpotential-Wassergehalt) sowie der Leitfähigkeit-

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WG-Funktion wird in WaSiM-ETH der Ansatz von VAN GENUCHTEN (1980) genutzt. Die hierfür notwendigen
Parameter werden über Pedotransferfunktionen abgeschätzt.
Als zweite Methode können auch Messwerte für Matrixpotenzial und relative Leitfähigkeit in Abhängigkeit vom
Sättigungsgrad des Bodens in Tabellenform für verschiedene Bodenarten angegeben werden. Das Modell inter-
poliert dann zwischen den einzelnen Messwerten. Allerdings kann hier die Hysterese zwischen Be- und Entwäs-
serung nicht berücksichtigt werden.
Zur Beschreibung der Wasserbewegung in der ungesättigten Zone wird der Boden aus numerischen Gründen für
jede Gridzelle in eine vom Nutzer festzulegende Anzahl von Schichten unterteilt, die im Fall von WaSiM-ETH
alle mit den gleichen Bodeneigenschaften und der gleichen Mächtigkeit ausgestattet sind. Zur Lösung der Bewe-
gungsgleichung wird ein vertikal eindimensionales Finite-Differenzen-Verfahren angewandt. Obere Randbedin-
gung ist die berechnete Infiltrationsmenge F. Zunächst wird die Infiltrationsmenge bis zur Schicht m berechnet.
Dabei kann der Interflow abgezweigt werden. Dann erfolgt die Flussberechnung. Der Interflow wird berechnet
und schließlich die Infiltration aus Flüssen bzw. die Exfiltration aus dem Grundwasser in Flüsse. Exfiltration
kann dabei in jeder Zelle berechnet werden, Infiltration nur an solchen Flussabschnitten, die im Modell als Rou-
tingstrecken bezeichnet sind. Diesem Vorgehen liegt die Annahme zugrunde, dass bei hinreichend klein gewähl-
ten Teilgebieten in den Entstehungsgebieten des Abflusses in der Regel ein hydraulisches Gefälle vom Grund-
wasser zum Fluss besteht. Dieses Gefälle kann sich nach dieser Annahme nur in großen Stromtälern umdrehen,
wenn von oberhalb große Abflussmengen in die Flussstrecke strömen (S
CHULLA & JASPER, 1998). Schließlich
wird über Fluss- und Gradientenrestriktionen überprüft, ob es zu Übersättigung oder Austrocknung kommen
kann. Daneben werden Transpirationsentnahmen berechnet. In dem Modell können Bewässerung, Drainagen,
Stauhorizonte, Überstau und der Grundwasserstand berücksichtigt werden. Außerdem werden die Grundwasser-
neubildung sowie der Basisabfluss als Exfiltration von Grundwasser in Oberflächengewässer modelliert.
In WaSiM-ETH sind das Modell für die ungesättigte Zone und das Grundwassermodell periodisch gekoppelt.
Dadurch kann die Zeitschrittdauer im Grundwassermodell größer als im Modell der ungesättigten Zone sein. Die
Kopplung erfolgt in beide Richtungen.
Daneben ist in der WaSiM-ETH-Version mit Richards-Gleichung die Möglichkeit gegeben, den Transport und
die Mischung idealer Tracer zu modellieren. Es können radioaktive Zerfallsprozesse (z. B. für Tritium), Vermi-
schungsprozesse sowie Konzentrationserhöhungen (Anreicherung) bei Verdunstung für Salze modelliert werden
(S
CHULLA & JASPER, 1998). Dabei wird nur advektiver Transport berechnet, Diffusion und Dispersion werden
gegenüber den advektiven Komponenten als vernachlässigbar angesehen.
4.2.4.1 Abflusskonzentration und Abflussrouting
Der Basisabfluss wird für ein Teilgebiet als Mittelwert gebildet. Der Interflow wird genauso wie der Oberflä-
chenabfluss als Summe aus schneeinternem Abfluss, Infiltrationsüberschuss und Sättigungsflächenabfluss po-
tenziell für jede Rasterzelle gebildet. Dort wird der Interflow bereits einer Speicherwirkung unterzogen. Der
Mittelwert aller Interflow-Komponenten der einzelnen Gridzellen eines Teilgebiets ist der mittlere Gebietsin-
terflow. Der Direktabfluss wird dagegen intervallweise zum Gebietsausfluss verschoben.
Der Oberflächenabfluss fließt nach seinem Entstehen in den einzelnen Gitterzellen dem topographischen Gefälle
folgend zum nächsten Gewässerlauf und weiter bis zum Gebietsauslass. Die Dauer und der zeitliche Verlauf
dieses Konzentrationsprozesses werden von Oberflächengefälle und Oberflächenrauhigkeit, von der Gewässer-
dichte und der Größe des Gebiets beeinflusst. Die Zeitverschiebungen zwischen Entstehung des Oberflächenab-
flusses und seinem Durchfluss am Gebietsauslass (Translationszeit) sowie die Abflachung der Ganglinie durch
Retentionseffekte auf der Landoberfläche und im Gewässernetz werden dabei berücksichtigt.
Mit Hilfe des Programmes TANALYS wurden im Preprocessing Fließzeiten von jeder Rasterzelle zum Gebiets-
bzw. Teilgebietsauslass berechnet. Diese Fließzeiten pro Rasterzelle werden zu Fließzeitzonen mit jeweils glei-
chen Fließzeiten zusammengefasst. Zu Beginn jedes Zeitschritts wird der in der jeweiligen Fließzeitzone gebil-
dete Oberflächenabfluss in die jeweils unterhalb gelegene Zone geleitet. Nur der in der untersten Fliesszeitzone
befindliche Abfluss wird vom Modell nach Berechnung der Retention als Direktabfluss zu Interflow und Basis-
abfluss addiert, um so den Gesamtabfluss des Teilgebietes für einen Zeitschritt zu erhalten. Für die Retentionsbe-
rechnung wird der Oberflächenabfluss aus der untersten Fließzeitzone über einen Einzellinearspeicher geleitet.
Am Beginn des folgenden Zeitschrittes ist die oberste Fließzeitzone leer gelaufen, während in den folgenden
Zonen bereits Oberflächenabfluss auf dem Weg zum Gebietsauslass sein kann. Zum Abfluss kommt nun der im
aktuellen Intervall neu gebildeter Abfluss hinzu.

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Das Abflussrouting selbst beschreibt den weiteren Weg des Abflusses eines TEs im Gewässernetz unten liegen-
der TE. Es bildet die Translations- und Retentionsvorgänge im Hauptbett sowie bei Überschreiten von dessen
Kapazität im Vorland nach. Dies kann besonders für die Hochwassermodellierung entscheidend sein, da sich
große Unterschiede bei der Höhe und Breite des Hochwasserscheitels ergeben, wenn sich Hochwasserwellen aus
verschiedenen TEn gleichzeitig oder hintereinander in das Hauptgerinne ergießen. Die Gerinneretention wird
getrennt für Hauptbett und Vorland mit Hilfe von zwei Einzellinearspeichern simuliert. Dabei wird zuerst die
Translation berechnet, daraufhin die Wellenabflachung - die Retention bzw. Diffusion - und schließlich werden
die gerouteten Abflüsse aus unterschiedlichen Quellgebieten mit dem im Zwischengebiet selbst gebildeten Ab-
fluss zum Gesamtabfluss des Gebiets überlagert (S
CHULLA, 1997).
4.2.5
Güte der Modellierung
Um die Güte der Modellierung einschätzen zu können, werden in WaSiM-ETH mehrere Gütekriterien berechnet.
Dazu sind gemessene Abflussdaten notwendig. Die modellierten Abflüsse werden mit den gemessenen vergli-
chen. Als Gütekriterium wird das Bestimmtheitsmaß R² verwendet. Alle Formeln wurden aus S
CHULLA & JAS-
PER
(1998) übernommen.
()
()
∑∑
−⎛
=−
=−
ii
i
i
i
i
i
i
i
i
i
x
n
x
y
x
x
x
R
2
2
2
2
2
2
1
1
1
ε
(2)
mit y
i
= simulierter Wert (z. B. Abfluss [mm])
x
i
,
x
= gemessener Wert (z. B. Abfluss [mm]), mittlerer gemessener Wert
ε
i
= Abweichung gemessen – modelliert (y
i
– x
i
) zum Zeitpunkt i
n
= Anzahl der Intervalle, für die R
2
berechnet wird
Das Bestimmtheitsmaß setzt streng genommen normalverteilte Stichproben voraus. Abflussdaten erfüllen diese
Voraussetzung meist nicht. S
CHULLA (1997) schlägt vor, das Bestimmtheitsmaß in obiger Form bei der Model-
lierung von Hochwasser einzusetzen, da hier die Überbewertung der Abflussspitzen gegenüber Normalabfluss
sinnvoll ist. Liegt der Schwerpunkt der Modellierung bei der Simulation von Niedrigwasser oder des Abfluss-
kontinuums, muss das Bestimmtheitsmaß in eine Normalverteilung transformiert werden. Als einfachste Trans-
formation schlägt S
CHULLA (1997) die Bildung von Logarithmen vor. WaSiM-ETH berechnet beide Formen von
Bestimmtheitsmaßen.
Ein weiteres Gütemaß ist die erklärte Varianz.
∑∑
∑∑
−⎛
−⎛
=−
=−
ii
i
i
ii
i
i
i
i
i
i
i
x
n
x
n
x
x
EV
2
2
2
2
2
2
1
1
1
(
)
(
)
1
εµ
ε
ε
(3)
mit
ε
i
= Abweichung gemessen – modelliert (y
i
– x
i
) zum Zeitpunkt i
µ
ε
= mittlere Abweichung der berechneten von den gemessenen Werten = E(ε
i
)
x
i
,
x
= gemessener Wert (z. B. Abfluss [mm]), mittlerer gemessener Wert
n
= Anzahl der Intervalle, für die EV berechnet wird
Genauso wie das Bestimmtheitsmaß gilt die erklärte Varianz eigentlich nur für normalverteilte Stichproben.
Auch hier berechnet das Programm die normale und die logarithmierte Form des Gütemaßes.
Die erklärte Varianz erkennt systematische Ordinatenverschiebungen der modellierten gegenüber den gemesse-
nen Daten und eliminiert diesen Einfluss.
Der Vergleich dieser beiden Gütemaße liefert Hinweise auf systematische Fehler.

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Schließlich kann man das Modell auch mit Hilfe gemessener Parameter, die im Modell simuliert wurden, vali-
dieren. Beispiele sind die Schneedecke, die Infiltration, Bodenverhalten, Tracer, Evaporation o. ä..
5
Modellaufbau
5.1
Grundlagen
5.1.1
Untersuchungsgebiet
Das Untersuchungsgebiet (UG) mit einer Größe von 443,66 km² (Anlage 1) umfasst das unterirdische Einzugs-
gebiet der Parthe wie es im GW-M PCGEOFIM definiert ist. Es ist somit wesentlich größer als das oberirdische
Einzugsgebiet bis zum Pegel Thekla (308,66 km²).
Die Verwendung des unterirdischen Einzugsgebietes ist der Beeinflussung der Grundwasserstände durch die
Absenkungstrichter der Braunkohlentagebaue im südlichen Leipziger Raum bzw. dem Grundwasserwiederan-
stieg geschuldet.
5.1.2
Zellgröße
Die Zellgröße im Grid wurde in Abhängigkeit der entsprechenden Größen im GW-M gewählt. Das GW-M be-
nutzt im Allgemeinen eine Zellgröße von 500 m x 500 m, die sich aber in 2 Lupenbereichen über 250 m x 250 m
bis auf 125 m x 125 m verringert (Umgebung der Wasserwerke Naunhof 1, Naunhof 2). Da WaSiM-ETH auf
einheitlicher Zellgröße basiert, ist für das BWH-M die Zellgröße von 125 m x 125 m zugrunde gelegt worden.
5.1.3
Parameterdateien
WaSiM-ETH wird jeweils mit einer Parameterdatei (Textdatei) gestartet, die alle notwendigen Steuerparameter
enthält. Diese Datei ist in einer Grundversion im Lieferumfang des BWH-M enthalten und muss an die konkre-
ten Gegebenheiten des UG angepasst werden (programmimmanente Parameter sowie Landnutzungs- und Bo-
denparameter).
5.1.4
Datenvorbereitung
Die vom BWH-M WaSiM-ETH benötigten räumlichen Daten sind als ASCII- bzw. binäre Grids, die treibenden
Variablen der Meteorologie sowie weitere Daten, wie Abflüsse an den Pegeln, externe Wasserzu- und
-ableitungen sind als Dateien in Tabellenform (ASCII- bzw. binäre Formatierung) bereitzustellen. Die Vorberei-
tung der Grids für WaSiM-ETH erfolgte im ArcView 3.2.
Die Vorlagen für die Flächennutzungs- und Geologiegrids sind als Shape-Files erstellt worden. Sie bildeten die
Grundlage für 5 m-Grids, aus denen über die Berechnungsart der mehrheitlich einheitlichen Nachbarschaft
BlockStats(#GRID_STATYPE_MAJORITY,)
ein 125 m-Grid hergestellt wurde.
Insbesondere im Fall der Flächennutzung waren vor der Grid-Vergröberung mehrere Flächenvereinigungen
vorzunehmen, damit zum Beispiel eine Straße in der Umgebung vieler kleiner Waldflächen diese nicht dominier-
te.
Die Formatvorschriften sind aus den Programmunterlagen ersichtlich.
5.2
Grids
5.2.1
DGM
Das ATKIS ®-DGM25 in Rasterform hat eine Zellgröße von 20 m x 20 m. Um mit ArcView 3.2 auf die Ziel-
größe von 125 m zu kommen, war die Erstellung einer Zwischenstufe von 5 m x 5 m notwendig.

image
image
image
image
image
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Aus dem DGM (Anlage 2) wurde mittels des WaSiM-ETH-eigenen Präprozessing-Programms TANALYS das
Höhenmodell für das BWH-M erstellt (
*.dhm
). Dabei leitet TANALYS weitere benötigte Grids ab wie zum
Beispiel Hangneigung, Exposition, Hangwölbungen, Flussbreiten und -tiefen, Fließkonzentration, Fließzeitsum-
men, Gerinne- und Routingstrecken (Abbildung 2, Abbildung 3).
Abbildung 2:
DGM und Expositionsverhältnisse im UG
Abbildung 3:
Einzugsgebiete, Fließkonzentration und Fließzeitenschema im UG
5.2.2
Flächennutzung
Die Flächennutzung für den Kalibrierungszeitraum von 1980-2003 war, gemäß der Besprechung vom
10.06.2004, mittels der CIR-Daten (Zeitschnitt 1992) und der aus den IRS-1C-Daten abgeleiteten Flächennut-
zung (Zeitschnitt 2002) abzubilden (Anlage 4).
Wie sich während der Bearbeitung herausstellte, war die aus den IRS-1C-Daten abgeleitete Flächennutzung
methodisch nicht mit der Herangehensweise der CIR-Auswertung vergleichbar. Somit drückten unterschiedliche
Flächennutzungen bzw. Flächennutzungsanteile zwischen den Zeitschnitten 1992 und 2002 keine zeitlich be-
gründeten Änderungen in der Flächennutzung aus. Darauf wurde mit dem Schreiben des AN vom 28.07.2004
hingewiesen. Am 23.08.2004 erfolgte die Festlegung, dass für den Kalibrierungszeitraum von 1980-2003 die von
den CIR-Daten abgeleitete Flächennutzung zu verwenden ist.

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Inhaltliche und geometrische Grundlage der zur Modellierung benutzten Flächennutzung bilden die CIR-Daten.
Für ganz Sachsen gelten rd. 8.000 unterschiedliche Flächennutzungs- bzw. Biotoptypen. Diese Detailliertheit der
Flächennutzungsarten ist für ein BWH-M nicht zu parametrisieren und in ihrer Umfänglichkeit und Vielfältigkeit
auch nicht notwendig.
In den WaSiM-ETH-Parameterdateien sind relativ grobe Flächennutzungsarten codiert, die meist nur folgendes
umfassen:
Wasserflächen
Ortschaften
Laub-, Nadel- und Mischwald
Landwirtschaftsflächen
Grünland
Gartenkulturen und
Felsbereiche
Auf der Arbeitsberatung am 10.06.2004 wurde festgelegt, dass für die Projektbearbeitung die landwirtschaftliche
und forstliche Nutzung detailliert zu differenzieren ist.
Forstliche Nutzung
: Nach Vorgaben des LFP Graupa (14.06.2004) und unter Mitwirkung des Naturschutzinsti-
tutes (NSI) Freiberg (Dipl.-Forstingenieur A. Golde) sind für das Parthegebiet 15 verschiedene
Waldtypen
aus-
gehalten worden (Anlage 4, Anlage 6, Tabelle 1):
Tabelle 1:
Waldtypen im Parthegebiet
Flächennutzung und Waldtypen
Codes_92
Buchenwälder und -forste
1
edellaubbaumdominierte Wälder
2
Pionierbesiedlung 3
Fichtenwälder und -forste
4
Kiefernwälder und -forste
5
Nadelmischwälder 6
Laub-Nadel-Mischwälder 7
Moorwaldkomplexe 8
Nadel(KI)-Laub-Mischwälder 9
Nadel-Laub-Mischwälder 10
Buchenmischwälder 11
Eichenmischwälder 12
Wiederaufforstung/Laubaufforstung 13
Wiederaufforstung/Nadelaufforstung 14
Lärchenforste 38
Zusätzlich sind folgende Nutzungen für das Parthegebiet übernommen worden, da für sie Parametrisierungen aus
dem EMTAL-Projekt verwendet bzw. angepasst werden konnten (Tabelle 2):

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Tabelle 2:
Weitere forstliche Nutzungen
Flächennutzung und Waldtypen
Codes_92
Waldrandbereiche/Vorwälder 22
gewässerbegleitende Vegetation, Uferstauden
23
Alleen 30
Hecken 31
Gartenbau (Sonderkulturen, Obstplantagen, Baumschulen)
36
Für den Zeitschnitt 1992 sind für die forstliche Nutzung folgende Flächen und Flächenanteile auszuhalten
(Tabelle 3):
Tabelle 3:
Flächeninhalt forstlicher Nutzung
Code
Wald/Forst Gridflächen Flächeninhalt
FN [ha] [%]
1 Buchenwald 334 521,9 8,0
2 Laubwald_1 963 1.504,7 23,1
3 Birkenwald 566 884,4 13,6
4 Fichtenwald 29 45,3 0,7
5 Kiefernwald 496 775,0 11,9
6 Nadelwald_1 71 110,9 1,7
7 LN_Mischwald 55 85,9 1,3
8 Moorwald 15 23,4 0,4
9 KI_LWald1 414 646,9 9,9
10 NW1_LWald1 9 14,1 0,2
11 BU_LWald1 25 39,1 0,6
12 EI_LWald1 676 1.056,3 16,2
13 Laubwald1_/2 128 200,0 3,1
14 Nadelwald1_/2 18 28,1 0,4
38 Lärche 46 71,9 1,1
22 bushes 133 207,8 3,2
30 alley 13 20,3 0,3
31 hedges 170 265,6 4,1
Summen
6.501,6 100,0
Laubwald 4.206,3 64,7
Nadelwald 1.031,3 15,9
Mischwald 770,3 11,8
Landwirtschaftliche Nutzung
(Anlage 7): Die LfL stellte für den Zeitraum von 1994-2003 die flächenhafte
Ausdehnung der Feldfruchtarten und -kulturen in den einzelnen Gemeinden des UG bereit. Dabei handelt es sich
aber um die an die LfL aus bestimmten Gründen gemeldeten Flächen und nicht um die jeweils vorhandenen
landwirtschaftlichen Nutzflächen, wie die folgende Zusammenstellung zeigt, die für einzelne Gemeinden im
Jahre 2003 eine um bis zu 2.000 % vergrößerte Anbaufläche gegenüber dem Jahr 1995 ausweist Tabelle 4).

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Tabelle 4:
Flächenentwicklung Ackerbau Parthegebiet
Gemeinden
1995 [ha]
2003 [ha]
2003 zu 1995 [%]
gesamt Ackerbau gesamt Ackerbau gesamt Ackerbau
Doberschütz 1.216,8 1.051,6 5.964,7 5.207,1 390 395
Eilenburg 162,0 161,5 1.356,7 1.203,2 737 645
Krostitz 3.090,5 2.504,1 4.014,3 3.598,6 30 44
Mockrehna 286,1 242,1 6.041,9 5.453,9 2.012 2.153
Schönwelkau 4.621,6 3.881,9 4.078,5 3.593,4 -12 -7
Zschortau 3.529,7 3.050,1 3.461,6 3.458,1 -2 13
Zwochau 63,2 56,5 73,4 66,4 16 18
Für die Belegung des Flächennutzungsgrids für WaSiM-ETH sind die flächenmäßig größeren Meldejahre besser,
um eine möglichst große inhaltliche Flächenbelegung durchführen zu können. Somit ist für das Flächennut-
zungsgrid die Belegung mit Feldfruchtarten und -kulturen aus dem Jahre 2003 übernommen worden. Die eben-
falls vom LfL übergebenen Feldblockdaten (Flächengeometrien) entstammen auch dem Jahre 2003.
Auch wenn die gemeldeten Flächengrößen zwischen den Jahren 1994-2003 oft sehr unterschiedlich ausfallen,
sind die Unterschiede der Feldfruchtarten und -kulturen innerhalb dieser Flächen weitaus geringer wie die fol-
gende Tabelle belegt (Tabelle 5). Damit kann die Vergleichbarkeit der für das Jahr 2003 übernommenen prozen-
tualen Belegung mit dem Zeitschnitt 1992 angenommen werden.
Tabelle 5:
Prozentuale Belegung der Landwirtschaftflächen in ausgewählten Gemeinden
2003 Flächenanteile [%]
Getreide Erbsen Raps Mais/Luzerne Dauergrünland Zuckerrüben Summe
Doberschütz 44,5 8,0 9,1 8,7 15,0 1,9 87,3
Eilenburg 50,78 13,80 9,32 0,39 10,16 4,21 88,7
Krostitz 57,94 7,26 15,33 0,16 4,65 4,06 89,4
Mockrehna 53,53 7,84 5,93 9,25 10,57 2,39 89,5
Schönwelkau 57,06 6,65 10,91 5,22 4,36 3,86 88,1
Zschortau 65,73 0,00 12,51 2,28 2,45 7,69 90,7
Zwochau 54,04 3,42 10,59 8,07 1,99 12,36 90,5
Mittel 54,8 6,7 10,5 4,9 7,0 5,2 89,1
1995 Flächenanteile [%]
Getreide Erbsen Raps Mais/Luzerne Dauergrünland Zuckerrüben Summe
Doberschütz 43,00 2,36 7,89 20,29 8,54 4,35 86,42
Eilenburg 33,74 0,00 0,00 7,62 58,08 0,33 99,78
Krostitz 63,17 3,50 9,09 0,03 0,39 4,84 81,02
Mockrehna 29,52 18,91 5,56 0,65 27,14 2,78 84,57
Schönwelkau 52,80 4,29 6,47 11,49 4,06 4,44 83,55
Zschortau 50,92 3,84 4,28 15,47 2,88 9,02 86,41
Zwochau 48,51 14,74 1,42 2,15 2,29 5,66 74,78
Mittel 45,95 6,81 4,96 8,24 14,77 4,49 85,22
Für die weiteren Betrachtungen sind die im UG flächenhaft am verbreitesten landwirtschaftlichen Nutzungen
verwendet worden (Tabelle 6):

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Tabelle 6:
Landwirtschaftliche Nutzung im Parthegebiet
Code
Landwirtschaft Gridflächen Flächeninhalt
FN [ha] [%]
101 Sommergetreide 1.037 1.620,3 7,0
102 Wintergetreide 5.382 8.409,4 36,5
103 Triticale 574 896,9 3,9
104 Mais 145 226,6 1,0
105 Erbsen 491 767,2 3,3
106 Raps 1.284 2.006,3 8,7
107 Zuckerrüben 235 367,2 1,6
108 Kartoffeln 57 89,1 0,4
120 Dauergrünland 2.491 3.892,2 16,9
121 Ackerfutter 612 956,3 4,2
122 Ruderalfluren 1.739 2.717,2 11,8
123 Futtermais 610 953,1 4,1
124 Gemüse 70 109,4 0,5
Summen 23.010,9 100,0
In der Zusammenstellung aller Flächennutzungsarten des UG ergibt sich folgender Stand:
Tabelle 7:
Zusammenstellung Flächennutzung Zeitschnitt 1992 (Basis: CIR)
Code Name FN Gridflächen Flächeninhalt
[ha] [%]
1 Buchenwald 334 521,9 1,18
2 Laubwald_1 963 1.504,7 3,39
3 Birkenwald 566 884,4 1,99
4 Fichtenwald 29 45,3 0,10
5 Kiefernwald 496 775,0 1,75
6 Nadelwald_1 71 110,9 0,25
7 LN_Mischwald 55 85,9 0,19
8 Moorwald 15 23,4 0,05
9 KI_LWald1 414 646,9 1,46
10 NW1_LWald1 9 14,1 0,03
11 BU_LWald1 25 39,1 0,09
12 EI_LWald1 676 1.056,3 2,38
13 Laubwald1_/2 128 200,0 0,45
14 Nadelwald1_/2 18 28,1 0,06

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Fortsetzung Tabelle 7
Code Name FN Gridflächen Flächeninhalt
[ha] [%]
20 running_water 0
21 water
316 493,8 1,11
22 bushes
133 207,8 0,47
23 greenland
10 15,6 0,04
24 settlements außerorts 753 1.176,6 2,65
25 settlements innerorts 1.125 1.757,8 3,96
26 grass
2.332 3.643,8 8,21
27 rock
1 1,6 0,00
28 soil_fallow
657 1.026,6 2,31
30 alley
13 20,3 0,05
31 hedges
170 265,6 0,60
32 industry
713 1.114,1 2,51
33 green_areas 1.455 2.273,4 5,12
34 streets
123 192,2 0,43
35 railway
161 251,6 0,57
36 horticulture 150 234,4 0,53
37 Abgrabungen 354 553,1 1,25
38 Lärche
46 71,9 0,16
99 agriculture 1.356 2.118,8 4,78
101 Sommergetreide 1.037 1.620,3 3,65
102 Wintergetreide 5.382 8.409,4 18,95
103 Triticale
574 896,9 2,02
104 Mais
145 226,6 0,51
105 Erbsen
491 767,2 1,73
106 Raps
1.284 2.006,3 4,52
107 Zuckerrüben 235 367,2 0,83
108 Kartoffeln
57 89,1 0,20
120 Dauergrünland 2.491 3.892,2 8,77
121 Ackerfutter 612 956,3 2,16
122 Ruderalfluren 1739 2.717,2 6,12
123 Futtermais
610 953,1 2,15
124 Gemüse
70 109,4 0,25
Summen
44.365,6 100,00
Zwischensummen
[ha] [%]
Wald/Forst
6.501,6 14,65
Landwirtschaft
21.237,5 47,87
Grünland/Dauergrünland 6.181,3 13,93
Bebauung
4.048,4 9,13
Summe
85,58

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Zwischen den Feldblockdaten des LfL und der Ackerbelegung in den CIR-Daten bestehen teilweise Inkonsisten-
zen. Wenn in den CIR-Daten Acker ausgehalten war und in den Feldblockdaten nicht, dann ist die Codenummer
99 "agriculture" übernommen worden, mit der in den WaSiM-ETH-Unterlagen eine "durchschnittliche" land-
wirtschaftliche Nutzung parametrisiert ist.
Am Beispiel des im 125 m-Grid nicht mehr vorhandenen Fließgewässernetzes lässt sich die Auswirkung der
Gridzellenvergrößerung für sehr schmale, lineare Flächennutzungselemente vom 5 m-Grid zum 125 m-Grid
erkennen.
5.2.3
Boden und Geologie
Die geologischen Bedingungen im UG sind die Grundlage für das von WaSiM-ETH benötigte sog.
land_use_grid (Anlage 3). Grundlage für die Kartenerstellung bildete die Hydrotoptypenkarte für einen Teil des
oberirdischen Einzugsgebietes der Parthe (
BUTWILOWSKY (2002) in HERTWIG (2002)).
Für die Belange von WaSiM-ETH und der dort einzubringenden Parametertabelle "soil_table_2" ist neben der
flächenhaften Verbreitung der geologischen Einheiten auch der Schichtaufbau der ungesättigten Zone bis in den
ersten Grundwasserleiter hinein zu spezifizieren. Dafür sind folgende Arbeiten ausgeführt worden.
Grundlage:
Basis der Erstellung von Bodenprofilen bis etwa zum ersten Grundwasserspiegel (teilweise auch
darüber hinaus) bilden folgende Unterlagen:
Digitale Bodenkarte (LfUG)
Bodenleitprofile Sachsen (LfUG)
Geologische Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete von Sachsen – 1:50 000 mit den Blättern Eilenburg,
Leipzig, Wurzen, Zeitz und Mittweida
Lithofazieskarte Quartär (LFQ) 1:50 000 mit den Blättern Eilenburg, Leipzig, Wurzen, Zeitz und Mittweida
Integrale Altlastenerkundungen Liebertwolkwitz und Engelsdorf-Mölkau, unveröff. Bericht Beak Consult-
ants GmbH
von IBGW übergebene Flurabstandskarte der Grundwasserleiter (Oberkante GW-M).
Methodik:
Die auf der Geologischen Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete von Sachsen dargestellten geologi-
schen Einheiten wurden übernommen, wobei eine Verallgemeinerung im Sinne von Flächenzusammenlegung
durchgeführt worden ist (z. B. alle Flächen Geschiebelehm, glazigene Sande, Kiese usw.). Für die Bewertung der
für Sickerwässer durchlässigkeitsrelevanten Bereiche dürfte diese Pauschalisierung genügen. Relativ kleine
Flächen werden von ausstreichenden tertiären Lockergesteinen gebildet. Bei den Auen wurden drei verschiedene
„lithologische Faziesbreiche“ ausgehalten. Insgesamt entstanden somit 18 Einheiten (Legende Anlage 3).
Die einzelnen Flächen der oberflächennahen geologischen Einheiten sind von verschiedenen Böden überdeckt.
Im vorgegebenen Einzugsgebiet werden insgesamt 89 Aggregierungsnummern mit jeweils ihren charakteristi-
schen Leitprofilen in der vom LfUG zur Verfügung gestellten Unterlage genannt. Hinzu kommt, dass die ausge-
haltenen Flächen von verschiedenen Gesteinen unterlagert werden, so dass demnach eine Splittung der oberflä-
chennahen geologischen Einheiten vorgenommen werden musste. Da es sich teilweise um sehr kleine Flächen
handelt, konnte unmöglich jede Fläche des Leitprofiles Berücksichtigung finden, da diese wiederum von ver-
schiedenen hydraulisch leitfähigen Gesteinen unterlagert werden. Um nicht in eine hohe Zahl nicht überschauba-
rer Einzelflächen abzugleiten, wurden die Splitterflächen limitiert. Es entstanden ca. 166 Splitterflächen, für die
das jeweilige (stark vereinfachte) geologische Profil in einer Exceltabelle aufgezeigt wird.
Es ist zu bemerken, dass auf Grund der Kleinheit der Bodenleitprofilflächen diese zusammengefasst worden sind
(auf der Basis der oberflächennahen geologischen Einheiten), d. h. es sind für die Splitterflächen „leitende Leit-
profile“. Das schließt auch Gebiete ohne Aggregierungsnummer bzw. Ortschaften, Wald, Wasser und nicht kar-
tierte Einheiten (nk) ein. Gebiete mit Versieglung, Wasser usw. müssen ohnehin bei der Berechnung der Sicker-
wasserraten „herausgerechnet“ werden.
Die geologischen Profile wurden an Hand der Lithofazieskarte Quartär (LFQ) abgeleitet. Dies war stellenweise
nur mit gewissen Einschränkungen möglich, mussten doch verschiedene Lithofazieskarten angefertigt, mit ver-
schiedenen Untersuchungs- und Erforschungsgraden erstellt und zu unterschiedlichen Zeiten ausgewertet werden
(teilweise war festzustellen, dass an Blatträndern keine Übereinstimmung der faziellen Einheiten besteht).
Nach der Teufe nimmt die Kenntnisunsicherheit der Gesteine hinsichtlich ihrer Grenzen und vor allem ihrer
Mächtigkeit schnell zu. Wegen des geologischen Baus (eiszeitlich gestaucht, enge und sehr kleine Faziesräume)

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variieren Verbreitung und Mächtigkeiten enorm. Aus diesem Grund waren pauschale Betrachtungen und grob
gerundete Mächtigkeitsangaben nicht zu umgehen.
Von einigen geologischen Einheiten wurden Mächtigkeitsangaben aus der Integralen Altlastenerkundung (Be-
richt Beak Consultants GmbH) abgeleitet. Das stimmt nicht in jedem Fall auch mit der LFQ an diesen Stellen
überein, was selbstverständlich auf den unterschiedlichen Erkundungsgrad zurückzuführen ist. Ausgehend da-
von, wurden für entlegenere Gebiete Mächtigkeitsangaben aus Liebertwolkwitz/Engelsdorf/Mölkau übertragen
(z. B. Mächtigkeit des Decktones (schluffiger Ton-Tu3) von 10 m, unter dem Deckton liegt der tertiäre Grund-
wasserleiter 2.2 (GWL 2.2), ebenfalls mit einer Mächtigkeit von rund 10 m, für das Tertiär TT3 wurden 15 m
verwendet usw.). Diese Angaben sind sehr allgemein und nur als Richtwerte für das Gesamtgebiet zu werten.
Die Bodenprofile gehen i. d. R. bis zum Grundwasserleiter und in vielen Fällen noch weit tiefer bis zum 2. oder
3. stauenden Horizont. Bei den Auensedimenten (z. B. bei den nachfolgend beschriebenen Einheiten 2 bis 4) ist
der Flurabstand sehr gering und beträgt wenige Dezimeter bis vielleicht maximal 2,50 m unter Gelände. Da der
Flurabstand auf Grund stellenweise hoher hydraulischer Gradienten starkem Wechsel unterliegt, konnte nicht für
jede der zu betrachtenden Einheiten (von den ca. 166) der Flurabstand ermittelt werden. Es wird aber einge-
schätzt, dass die aufgelisteten Bodenprofile mächtig genug sind, um die ungesättigte Zone jeweils betrachten
(berechnen) zu können. Deshalb wurde für jede der ausgegliederten Flächen ein mittlerer Flurabstand abgeleitet
und mit dem betreffenden Bodenprofil verschnitten.
Wie aus Anlage 10 hervorgeht, enthält jedes Bodenprofil:
eine Nummer (12.5 bedeutet: Fläche 5 von Einheit 12 (der 18 Einheiten enthaltenden Legende) – die Num-
mer ist in der beigefügten digitalen Karte eingetragen),
in der ersten Spalte die Aggregierungsnummer Boden und eine Hilfsinformation zur Geologie,
in der zweiten Spalte die Angabe der Unterkante des Bodens bzw. der geologischen Einheit und
in der dritten Spalte die „granulometrische Zusammensetzung“ (i. S. einer Bodenart für den Gesamtboden
bzw. für das Bodensubstrat).
Kurzbeschreibung der 18 geologischen Einheiten
Einheit 1
Diese Einheit umfasst 5 einzelne Flächen (1.1 bis 1.5) und betrifft die in der Karte der eiszeitlich bedeckten
Gebiete eingetragenen Aufschüttungen, vor allem Deponien. Auf Grund der Randlage im Bereich des SW-
Randes der/des Braunkohlentagebaue(s) kann derzeitig nicht eingeschätzt werden, ob es sich noch um einen
offenen Tagebau oder um bereits stattgefundene Verfüllungen - letzteres ist wahrscheinlich - handelt. Angaben
zum Leitbodenprofil, zu Auffüllung und Geologie sind nicht ableitbar (1.5).
Mächtigkeitsangaben liegen nur bei 1.2 (Halde Trages bei Espenhain) mit rund 60 m und bei Deponie Liebert-
wolkwitz (1.1) mit ca. 20 m vor. Bei den beiden anderen Flächen wurden jeweils 5 m angenommen.
Einheit 2
Umfasst die holozänen Talfüllungen (vorwiegend geneigter Wiesenlehm), Auenlehmgebiete, Gebiete mit Fül-
lungen der kleinen Tälchen mit Lehmen und sandigen Substraten mit geringer Mächtigkeit (nicht mehr als 2 m).
Im Allgemeinen beträgt der Grundwasserflurabstand 0,50 m bis 1,50 m. Hierzu gehört auch das Sediment der
Parthe im Oberlauf.
Einheit 3
Diese Einheit umfasst das Parthesediment im Mittelauf des Flusses. Grundwasserflurabstand ca. 2 m.
Einheit 4
Parthesediment im Unterlauf des Flusses, vermutlich ca. 2,50 m Flurabstand.
Die Abgrenzung der Einheiten 2, 3 und 4 wurde aus der Lithofazieskarte entnommen. Mächtigkeiten und Flurab-
stände sind aus Analogien abgeleitet.

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Einheit 5
Gebiete mit Löss- und Gehängelehmverbreitung. Für die Mächtigkeit wurden 2 m veranschlagt. Unter dem Bo-
den wurde für das Substrat Ls3 angenommen. Insgesamt sind 6 Flächen verbreitet.
Einheit 6
Es existiert nur eine einzige Fläche von quartärem Fein- bis Grobschutt (dQW) der Weichsel-Kaltzeit östlich von
Bad Lausick. Unter dem Boden wurde für das Substrat Lu(X)4 (stark steiniger schluffiger Lehm) postuliert.
Einheit 7
Es handelt sich um Flächen mit Geschiebelehmverbreitung. Hierbei sind alle Geschiebelehme und -mergel zu-
sammengefasst. Als Kornzusammensetzung wurde grundsätzlich für alle Geschiebelehme und -mergel Tl(G)1
angenommen. Das ist eine möglicherweise zu sehr verallgemeinerte Zusammensetzung (liegt sonst zwischen Tt,
Uu und Lt2 im U-T-S-Bodenartendiagramm). Ein schwacher kiesiger Anteil ist durch das Auftreten von Ge-
schieben angezeigt, deshalb sehr schwach kiesig (G1).
Insgesamt gibt es 58 einzelne Flächen mit sehr unterschiedlichem Bodenaufbau. Je nach Altersstellung des Ge-
schiebelehmes bzw. des -mergels lagern darunter pleistozäne Sande, Kiese sowie Tertiär.
Einheit 8
Einheit 8 umfasst pleistozäne glazifluviatile Sande und Kiese. Gemäß Kartendarstellung sind es vorwiegend
sandige, untergeordnet kiesige Ablagerungen. Es wurde von einem schwach kiesigen Fein- bis Mittelsand aus-
gegangen (f-mS(G)1). Die Mächtigkeiten betragen, von örtlichen Gegebenheiten abgesehen, 2 m bis 4 m, im
Mittel 3 m.
Einheit 9
Sie umfasst 46 Einzelflächen von kiesig-sandigen Quartärsedimenten, vorwiegend von glazifluviatilen, stark
kiesigen Mittel- bis Grobsanden (m-gS(G)4) bzw. im Falle des Ausstrichs von Sedimenten der saalezeitlichen
Hauptterrasse (fSf), sehr stark kiesiger, schwach lehmiger Sand (Sl2(G)5). Die Sedimente werden von verschie-
densten Locker- und Festgesteinen unterlagert. Die Mächtigkeit der glazifluviatilen Lockergesteine wurde im
Mittel mit etwa 5 m angenommen. Für die Hauptterrasse existieren Mächtigkeitsangaben in der LFQ.
Einheit 10
In der Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete ist bei Grimma eine Fläche mit glazilimnischem Schluff- und
Feinsand (Elsternachschüttbildung) eingetragen. Die Mächtigkeit dürfte schätzungsweise bei 3 m liegen. Für sie
wurde die Bodenart sandiger Schluff (Us) vergeben. Sie wird vermutlich unterlagert von etwa 5 m mächtigem
elsterkaltzeitlichem Geschiebelehm.
Einheit 11
Glazilimnischer Schluff und Ton der Saale 1-Nach- bis Saale 2-Vorschüttbildung ist bei Naunhof vorhanden.
Die Mächtigkeit dieses stark tonigen Schluffes liegt bei bei ca. 3 m. Darunter folgen wahrscheinlich gS (Saale-
Geschiebelehm) und fSf (Hauptterrasse).
Einheit 12
Drei Flächen mit saalezeitlichem glazilimnischem Ton, Schluff und Feinsand treten bei Taucha und bei Espen-
hain auf. Auf Grund der Angaben in der Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete wurde als Bodenart für das
Substrat sandig-toniger Lehm (Lts) vergeben. Die geschätzten 3 m werden von Saale-Geschiebelehm unterlagert.
Einheit 13
Östlich von Bad Lausick ist in der Karte der eiszeitlich bedeckten Gebiete tertiärer Sand und Schluff eingetragen
(TT2-3). Die Mächtigkeit beträgt etwa 5 m. Das Sediment liegt über rhyolithischen Festgesteinen. Es handelt
sich um eine einzige Fläche (stark schluffiger Sand).

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Einheit 14
Eine weitere, einzige Fläche, mit „Kies und Sand mit Ton und Schluff“ des Tertiärs (lt. Legende der Karte der
eiszeitlich bedeckten Gebiete - TT4) befindet sich bei Espenhain. Die granulometrischen Angaben veranlassten,
das Substrat als stark kiesigen, stark lehmigen Sand auszugliedern (Sl4(G)4).
Einheit 15
Im Gebiet Espenhain, Liebertwolkwitz, Taucha und Borsdorf/Brandis streichen kleine Vorkommen von tertiären
Decktonen (TT4) an der Oberfläche aus. Sie werden offenbar unterlagert von GWL 2.2., der ebenfalls noch zum
TT4 gehört (Hauptbodenart fSu4 = stark schluffiger Feinsand, wie aus den geologischen Schnitten um Liebert-
wolkwitz hervorgeht). Für den Deckton wurde Tu3 als Gesamtbodenart vergeben. Die Mächtigkeit beträgt im
Mittel 10 m.
Einheit 16
Bei Borsdorf/Brandis und östlich von Bad Lausick kommt schwach kiesig-schluffiger Sand des TT4 vor. Die
Mächtigkeiten sind unterschiedlich einzuschätzen.
Einheit 17
Fluviatiler Kies und Sand des TT5 tritt bei Borsdorf/Brandis auf. Es handelt sich um einen stark kiesigen Sand
(S(G)4).
Einheit 18
Im südöstlichen Teil des Parthe-Einzugsgebietes sind rhyolithische Vulkanite verbreitet. Für sie wird eine 1 m
mächtige Zersatzzone über dem Fels postuliert. Als Bodenart für diese Zersatzzone wurde ein stark grusig-
steiniger sandiger Schluff angenommen. Unter der Zersatzzone folgt der klüftige Fels.
Die 18 geologischen Einheiten sind durch 166 verschiedene Normalprofile beschrieben worden. Durch die Ag-
gregation des 5 m-Grids zum 125 m-Grid entfielen 3 Einheiten (Nr. 7.3, Nr. 8.21 und Nr. 9.4 (Nr.7.3 ... Einheit
7, Untereinheit 3)), deren Flächenanteil zu gering war.
Aus dem anfangs genannten land_use_grid sind über die Geologie folgende Flächennutzungen gelegt worden:
Ortschaften inner- und außerorts, Industrieflächen, stehende und fließende Gewässer. Die Fließgewässer sind aus
dem
*.lin
-Grid aus WaSiM-ETH entnommen worden. Hauptsächlich über den kf-Wert werden diese Flächen
dann mit im Bodenmodell berücksichtigt.
5.3
Meteorologie
5.3.1
Datenvorbereitung
Von WaSiM-ETH wird eine Mindestanzahl von meteorologischen Daten benötigt, die für den Programmlauf
bereitzustellen sind. Sie standen als Tagesmittelwerte bzw. -summen zur Verfügung:
Lufttemperatur,
relative Luftfeuchte,
Windgeschwindigkeit,
Sonnenscheindauer und
Niederschläge.
Niederschläge
: Messwerte von den meisten der o. g. Stationen liegen vom 01.01.1980 bis zum 31.03.2002 vor,
mit Ausnahme der Stationen Glasten, Naunhof und Pomßen (hier vom 01.11.1981 bis zum 31.08.2003). Die
Station Pomßen wurde nicht weiter verwendet, da für Sie die "WEREX-Daten 2001-2050" sowie die Nachinter-
pretationen (E
NKE, 2004) fehlen.
Die Prognosewerte des Niederschlages für die genannten Stationen bis zum Jahre 2050 sind den "WEREX-
Daten 2001-2050" entnommen 0.
Die Windfehlerkorrektur der Niederschläge erfolgte gemäß R
ICHTER (1995).

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Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Sonnenscheindauer
: Die verwendeten Stati-
onswerte stellen für den Zeitraum zwischen 1980 und 2000 räumliche Interpolationswerte zwischen den 5
nächstliegenden Klimastationen Chemnitz (WST), Gera-Leumnitz, Leipzig (AWST), Leipzig-Schkeuditz und
Torgau auf Tageswertbasis dar (E
NKE, 2004). Als Interpolationsmethode ist durch ENKE (2004) die "Inverce
Distance" (IDW) benutzt worden.
Die Prognosewerte für die genannten Stationen bis zum Jahre 2050 sind den "WEREX-Daten 2001-2050" ent-
nommen (E
NKE, 2004).
Für WaSiM-ETH war für jeden der meteorologischen Parameter eine gesonderte Textdatei zu erstellen. Dabei ist
auf Übereinstimmung der Maßeinheiten und weiterer in der Parameterdatei vorgegebener Konventionen zu ach-
ten (Stellenzahl, Nodata-Werte usw.).
Die "WEREX-Daten 2001-2050" liegen in der Form vor, dass für jede der 5 Dekaden 20 Jahre prognostiziert
worden sind. Dabei ist jede der Modellierungen in 10 unterschiedlichen Wiederholungen durchgeführt worden
(Modelllauf 0 bis 09). Nach Durchsicht der Daten durch den Auftraggeber wurde festgelegt, dass jeweils die
ersten 10 Jahre je Dekade und immer die Wiederholung Nr. 05 als Datengrundlage zu verwenden ist.
5.3.2
Regionalisierung
WaSiM-ETH baut für jeden Berechnungsschritt neue Grids der meteorologischen Daten auf. Es werden unter-
schiedliche Interpolationsverfahren angeboten: "idw" (Inversdistanzwägung), "regress" (höhenabhängige Reg-
ression), "idw-regress" (Mischung aus beiden Methoden) und "Thiessen" (entspricht Voronoij-Mosaik).
Da die Niederschläge und Lufttemperaturen höhenabhängig sind (Abbildung 4), wurde für diese Parameter so-
wie die relative Luftfeuchtigkeit die Methode "regress" ausgewählt, für die Windgeschwindigkeit und die Son-
nenscheindauer - als Parameter mit mehr zufälliger Verteilung - die Methode "idw".
12.000
13.000
14.000
15.000
16.000
17.000
18.000
100
120
140
160
180
200
220
Höhenlage Station [m HN]
Niederschlagssumme 1980-2003 [mm]
9,05
9,10
9,15
9,20
9,25
9,30
9,35
100
120
140
160
180
200
220
Höhenlage Station [m HN]
[°C]
Abbildung 4:
Niederschläge und Lufttemperaturen in Abhängigkeit von der Höhenlage der Stationen im
Parthegebiet 1980-2003)
5.4
Parametrisierung
5.4.1
Quellen
In den Modellbeschreibungen von WaSiM-ETH sind die grundsätzlichen Parametrisierungen für die
[land_use_table]
verdunstungsbestimmende Parameter und die [soil_table]
Bodenparameter sowie für
programminterne Parameter enthalten. Sie werden hauptsächlich für die Flächennutzungsarten herangezogen, die
in den anderen Quellen nicht bzw. ungenügend parametrisiert sind.
Flächennutzungsparameter
: Als wesentlichste Quelle für die Parametrisierung des Modells für das Parthege-
biet stellt sich
PÖHLER (2004) dar. Hier findet sich eine detaillierte Zusammenstellung zu den Parametern Albe-
do, Oberflächenwiderstand (rsc), Blattflächenindex (LAI), Vegetationsbedeckungsgrad und Wurzeltiefe für eine
Vielzahl von Flächennutzungen (Zitate aus: S
CHULLA & JASPER (1998 und 2000), HUPFER & KUTTLER (1998)
P
EIXOTO & OORT (1992), METEOSAT, LANDSAT-TM, MÜNCH (1994)).

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Weitere Quellen mit zum Teil nur einzelnen Hinweisen auf einzelne Parameter sind: KUMMER (2004), DVWK-
M
ERKBLÄTTER 238/1996, MERKBLATT ATV-DVWK-M 504 (2002), PIEPHO (2003).
Die langjährigen Unterlagen zur phänologischen Entwicklung der Pflanzenbestände auf den Lysimetern der
Station Brandis dienten zur Anpassung der Stützpunkte d
1
bis d
4
für das Verdunstungsmodell (Vegetationsbe-
ginn (d
1
), volle Entfaltung der Vegetation, Beginn und Ende des Laubabwurfs (d
4
)).
Insbesondere zur Parametrisierung der
Waldbestände
konnten die Unterlagen von M
ÜNCH & DITTRICH (2004)
mit aktuellen Werten und Betrachtungen beitragen.
Bodenparameter
: Einzelne Hinweise zur Parametrisierung der Bodenprofile ergaben folgende Quellen: P
ÖHLER
(2004), NITSCHE (2001), ZÖRNER (2003), KRÖNERT et al. (1999), DREYHAUPT (2002), BIEMELT (2003), SIEKER
(2002), ZIMMERLING et al. (2001).
Abschätzung der Bodenparameter für die 166 verschiedenen geologischen Einheiten (Profile)
: Die Parame-
ter werden in die
Bodentabelle 1 bzw. 2
geschrieben. Beiden Tabellen ist gemeinsam, dass für die jeweilige
geologische Einheit bzw. das entsprechende Normalprofil der ungesättigten Zone die meisten Parameter für das
gesamte Profil gelten.
Das bedeutet im gegebenen Falle, dass aus den Korngrößenangaben der einzelnen Profilschichten (Anlage 10)
ein über die entsprechenden Schichtmächtigkeiten gewogenes Mittel berechnet wurde. Mit diesen Mittelwerten
sind unter Zuhilfenahme des Programms
RETC
(RETC Code for Quantifying the Hydraulic Functions of Unsa-
turated Soils.
VAN GENUCHTEN, LEIJ und Yates. U. S. Salinity Laboratory. Juni 1991) die geforderten Parameter
Wassergehalt bei Sättigung bzw. permanenter Welkpunkt (PWP), gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (kf) und
die van-Genuchten-Parameter n und α abgeschätzt worden.
Für die
Bodentabelle 2
werden zusätzlich die kf-Werte für die einzelnen Bodenschichten und der Verlauf der
pF- sowie der Wassergehalts-kf-Kurven (10 bis 14 Stützpunkte) benötigt. Auch diese Informationen werden
mittels RETC erstellt.
Die Parameter in ihrer angepassten (kalibrierten Form) sind in der Anlage 12 zusammengestellt (Parameterdatei
für WaSiM-ETH).
5.5
Flächennutzung im Jahr 2050 (Prognose)
Belastbare Vorgaben zur konkreten Flächennutzungsentwicklung im Untersuchungsgebiet existieren nicht. Auf
mit dem AG, der LfL und dem LFP abgestimmter Basis sind mögliche Entwicklungstendenzen festgelegt wor-
den:
Waldmehrung im Bereich einer Flächenvergrößerung von derzeit rd. 15 % auf rd. 22 %,
Inanspruchnahme von landwirtschaftlichen Flächen für die Waldmehrung,
erhöhter Flächenverbrauch für Verkehrsanlagen und Siedlungs- und Industriebau.
Die auf dieser Grundlage im Verhältnis zur aktuellen Flächennutzung anders genutzten Flächen (Anlage 5) stel-
len keine flächenkonkreten Veränderungen dar, sondern sind lediglich Ausdruck einer
potenziellen Flächen-
nutzungsänderung
. Aus diesem Grunde ist diese Operation auch im 125 m-Grid durchgeführt worden und nicht
an den flächenkonkreten Shape-Files.
5.5.1
Waldmehrung
Für die Waldmehrung gelten folgende Prinzipien: Infrage kommen Flächen, für die eine geringere Wertigkeit für
die landwirtschaftliche Nutzung vorausgesehen werden kann:
Acker- und Grünlandbereiche mit Hangneigungen größer 9 % (> 5°),
Grünlandbereiche in Auen – zusammenhängende Flächen > 200 ha,
Acker- und Grünlandbereiche in Höhenlagen > 155 m HN.
Bei einer Waldfläche im Jahre 1992 von 6.502 ha (14,7 %) wären die für das Jahr 2050 angestrebten 22 % Wald-
fläche 9.731 ha, d. h., die Waldfläche müsste um 3.229 ha zunehmen.
Unter Anwendung der o. g. Prinzipien stünden rd. 7.650 ha zur Verfügung. (Dabei gehen aber keine Grünland-
Auenbereiche mit ein, da diese immer kleiner als die geforderten zusammenhängenden 200 ha sind.) Der „Flä-

image
image
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chenüberschuss" rührt hauptsächlich von Ackerbereichen in Höhenlagen >155 m her, so dass aus diesen Flächen
ausgewählt werden muss. Diese Auswahl wurde dergestalt getroffen, dass hier, meist anschließend an vorhande-
ne Waldflächen, die höherliegenden Bereiche an der östlichen oberirdischen Wasserscheide, im Süden im Be-
reich Glasten (Abbildung 5 ) und im Bereich südwestlich Belgershain (Abbildung 6) belegt worden sind. Somit
wurden 3.100 ha zusätzlich mit Wald belegt.
Das LFP stellte die prognostischen Bestandeszieltypen für den Waldbestand im UG wie folgt dar (Anlage 8):
"Auf Grund der aus forstlicher Sicht nur unzureichenden Standortsinformationen, die eine genauere Planung für
die Nichtwaldflächen sehr aufwendig machen würden, sind im Rahmen des Waldumbaus nur 3 verschiedene
Bestandeszieltypen vorgesehen.
FN 1992
FN 2050
Abbildung 5:
Waldmehrungsfläche Glasten

image
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FN 1992
FN 2050
Abbildung 6:
Waldmehrungsfläche westlich Belgershain (Legende vgl. Abbildung 5)
Auf allen terrestrischen und wechselfeuchten Waldstandorten sowie allen Waldmehrungsstandorten außerhalb
der ursprünglichen Auenbereiche - ausgenommen sind Flächen, die bereits mit Buche oder Edellaubhölzern
bestockt sind - wird der
Bestandeszieltyp (BZT)
"Eiche-Hainbuche-Linde" vorgesehen.
Alle Buchenbestände werden dem Bestandeszieltyp "Buche-Nadelbäume" zugeordnet. Edellaubbaumbestände
sind dementsprechend dem BZT "Eiche-Edellaubbäume" zuzuweisen.
Die Auenbereiche sollen zukünftig ebenfalls den BZT "Eiche-Edellaubbäume" tragen.
Die in der Prognosekarte aufgeführten Waldflächen stellen demzufolge fast ausschließlich die Typen dar
(Tabelle 8).
150 EiHBuLi
Eiche-Hainbuche-Linde
151 EiEdellaub
Eiche-Edellaubbäume
152 BuN
Buche-Nadelbäume
Nur die sog. Moorwaldkomplexe und die Waldrandbereiche sind in der alten Codierung belassen worden.
Tabelle 8:
Waldtypen Parthegebiet 1992 und Prognose 2050
aktuelle Typen (1992)
Bestandszieltypen (Prognose)
Waldtyp Landuse-
Code
Parametersatz Waldtyp/
Parametersatz
Landuse-
Code
Buchenwälder und -forste
1
Buche
BuN
152
Edellaubbaumdominierte Wälder
2
Laubwald 1
EiEdellaub
151
Pionierbesiedlung 3 Birke EiHBuLi 150
Fichtenwälder und -forste
4
Fichte
BuN
152
Kiefernwälder und -forste 5 Kiefer
BuN 152
Lärchenforste 38 Lärche BuN 152
Nadelmischwälder 6 Nadelwald 1 BuN 152

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Fortsetzung Tabelle 8
aktuelle Typen (1992)
Bestandszieltypen (Prognose)
Waldtyp Landuse-
Code
Parametersatz Waldtyp/
Parametersatz
Landuse-
Code
Laub-Nadel-Mischwälder 7 Eiche/Buche/Birke mit
Nebenbaumarten
BuN 152
Moorwaldkomplexe
8
Birke und Kiefer
bleibt bzw. Ei-
Edellaub
8
Nadel-Laub-Mischwälder
9
Kiefer und Laubwald 1
BuN
152
Nadel-Laub-Mischwälder
10
Nadelwald 1 und Laub-
wald 1
BuN 152
Buchenmischwälder
11
Buche und Laubwald 1
BuN
152
Eichenmischwälder
12
Eiche und Laubwald 1
EiHBuLi
150
sonstige Laubmischwälder
2
Laubwald 1
EiEdellaub
151
Birkenmischbestände 3 Birke EiHBuLi 150
sonstige Nadelmischwälder
6
Nadelwald 1
BuN
152
Schlucht- und Schatthangwälder
2
Laubwald 1
EiEdellaub
151
Waldrandbereiche/Vorwälder 22 Büsche bleibt 22
Wiederaufforstung/Laubauf-
forstung
13
Laubwald 1 mit halber
Höhe
EiHBuLi mit
halber Höhe
150-
Wiederaufforstung/Nadelauf-
forstung
14
Nadelwald 1 mit halber
Höhe
BuN mit halber
Höhe
152-
5.5.2
Allgemeiner Flächenverbrauch/Versiegelung
In Sachsen betrug der tägliche Flächenverbrauch für Siedlungs- und Verkehrsflächen Anfang der 90er Jahre
8,75 ha/Tag und im Jahre 2001 ca. 8,1 ha/Tag.
(
http://www.smul.sachsen.de/wu/umweltstatus/Flächenverbrauch
).
Unter der sehr konservativen Annahme, dass dieser Verbrauch von 8,1 ha/Tag auch bis zum Jahre 2050 anhält,
ist in Sachsen mit einem Anwachsen der Siedlungs- und Verkehrsflächen um rd. 174.434 ha zu rechnen. Das UG
stellt mit seinen rd. 444 km² Fläche nur rd. 2,41 % Sachsens dar. Daraus kann man einen Flächenverbrauch von
rd. 4.200 ha für Siedlungs- und Verkehrsflächen prognostizieren.
Eine plausible Vorgabe, wo diese neuen Flächennutzungen entstehen, existiert nicht. Als Behelf wird wie folgt
vorgegangen:
Die aus den Satellitenbilddaten abgeleitete Flächennutzung (IRS-1C-Daten) beinhaltete – in Form des 125 m-
Rasters - deutlich mehr
Straßen- und Eisenbahntrassen
als die von der CIR-Kartierung abgeleitete Flächen-
nutzung. (Nach der Satellitenbildauswertung wurde das Straßennetz, von den ATKIS-Daten abgeleitet und auf
das Raster aufgeprägt.) Diese Flächenvergrößerung um 581 ha ist am derzeitigen Straßennetz verortet.
Die aus den Satellitenbilddaten abgeleitete
Siedlungsfläche
ist, auswertemethodisch bedingt, um 3.579 ha grö-
ßer als die aus den CIR-Daten abgeleiteten. Logischerweise liegen diese Mehrflächen an den bekannten Sied-
lungspunkten. Es werden mit dieser Auswertemethode innerhalb liegende (in der CIR-Kartierung als nicht be-
baute Flächen ausgehaltene Pixel) Flächen "aufgefüllt" und Außenbereiche in ihren Umrissen deutlich "geglät-
tet" (Abbildung 7).

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FN 1992
FN 2050
Abbildung 7:
Wald- und Siedlungsflächenvergrößerung südlich Grimma (Legende vgl. Abbildung 5)
Die aus den unterschiedlichen Interpretationsmethoden erhaltenen Mehrflächen betragen also 581 ha Straßen
und Eisenbahntrassen und 3.579 ha Siedlungsfläche, in der Summe 4.160 ha. Diese Summe stimmt zufällig!
genau mit dem unter stark konservativem Ansatz abgeleiteten Flächenmehrverbrauch bis zum Jahre 2050 von
4.200 ha überein. Somit wäre eine Methode gefunden, die Mehrflächen auch an den "richtigen" Orten entstehen
zu lassen.
Technisch wurde folgendermaßen vorgegangen: Als Basis für die Erstellung der Flächennutzung im Jahre 2050
dient das Flächennutzungsgrid zum Zeitschnitt 1992 (CIR-Basis). Auf diesem Grid erfolgte der Schritt der
"Waldmehrung", wie oben beschrieben. Auf das somit entstandene Grid wurden die Siedlungsflächen aus der
Satellitenbildauswertung aufgeprägt. Sie erhielten den Status "Siedlung außerorts". Darauf wurde die "Siedlun-
gen innerorts" aus der CIR-Auswertung gelegt, um zu realistischen Siedlungskernen zu kommen. Damit die
Flächenrelationen der CIR-Auswertung für "Siedlung außerorts" und "Siedlung innerorts" auch für die zukünfti-
ge Nutzungsperiode ungefähr beibehalten werden, wird um die Gridzellen "Siedlung innerorts" ein Saum von
jeweils einer Zelle gelegt. Dadurch werden deutlich unregelmäßige Umrisse der innerörtlichen Siedlungsberei-
che stark "geglättet". Zum Schluss wird auf dieses Grid das Straßen- und Eisenbahnnetz aus dem Grid der Satel-
litenbildauswertung aufgeprägt.
In der Zusammenstellung der Flächennutzungsänderungen (Abbildung 8) ergeben sich durch die sukzessive
Anwendung der oben beschriebenen Flächenbelegungen kleinere Abweichungen von den absoluten Flächenver-
änderungen (Tabelle 9). Diese sind hauptsächlich darin begründet, dass die Ausdehnung der Siedlungsfläche
zuletzt durchgeführt wurde ohne auf die dabei "verbrauchte" Flächennutzung zu achten.

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Tabelle 9:
Zusammenstellung der Flächennutzungsänderungen
Flächennutzung [ha]
1992 2050 1992 2050 Zu-/Abnahme
Ackerfläche 19.119 17.769 -1.350
Grünland Dauergrünland 3.892 3.064 9.809 5.196 -4.613
Grünland 5.917 2.132
Wald/Forst Nadel- 1.031 (349) 6.007 8.694 2.687
Laub- 4.206
Misch- 770 8.345
Siedlungen/Industrie innerorts 1.758 3.644 4.049 8.405 4.356
außerorts 1.177 3.363
Industrie 1.114 1.398
Straßen, Eisenbahn
444
964
520
Summe 39.428 41.028 1.600
0
5000
10000
15000
20000
25000
Ackerfläche
Grünland
Wald/Forst
Siedlungen/Industrie Straßen, Eisenbahn
[ha]
1992
2050
Abbildung 8:
Änderung der Flächennutzung bis 2050
5.5.3
Landwirtschaftliche Nutzung
Laut LfL (Mitteilung vom 19./20.08.2004) sollen sich die Anbauverhältnisse im UG bis zum Jahre 2050 wie
folgt darstellen (Anlage 9, Tabelle 10):
36 % Winterweizen
10 % Wintergerste
10 % Triticale
14 % Mais
2 % Winterroggen
20 % Ölsaaten
5 % Dauergrünland
je 1 % Futtergras, Hackfrüchte und Obstanlagen
Der Anbau ist überwiegend mit bodenkonservierenden Maßnahmen durchzuführen.

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Tabelle 10: Zusammenstellung landwirtschaftliche Anbauanteile
Anbau [%]
2003 2050
Sommergetreide 7 0
Wintergetreide, Triticale
40
58
Mais 5 14
Raps, Ölsaaten
9
20
Hackfrüchte 2 1
Grünland (Dauer-, Ruderalfluren etc.)
29
5
Futtergras 4 1
Obstanlagen 1 1
Erbsen, Gemüse usw.
3
0
Summe 100 100
5.5.4
Parametrisierung der Landwirtschaftsflächen
Gemäß Vorgaben der LfL erfolgt im Prognosezeitraum auf den Ackerflächen der Anbau mit bodenkonservieren-
den Maßnahmen. In
http://www.gkb-ev.de/konservierende%20BB/%F6kologische%20Vorteile.pdf
werden die
für WaSiM-ETH relevanten Effekte dieser Bearbeitungsmethode zusammengestellt:
20 % höhere Lagerungsdichte
75 % höhere Wasserinfiltration
20 % höheres Wasserhaltevermögen
4mal höheres Bioporenvolumen
22 % höherer Gehalt an organischer Bodensubstanz
6mal mehr Regenwurmgänge
Obwohl sie eher maximale als optimale Werte verkörpern, sind sie gerade deshalb als Begründung für die Para-
meteränderungen herangezogen worden. Gemäß Aufgabenstellung waren
Entwicklungsrichtungen
der Flä-
chennutzungsänderungen für Prognoseaussagen zugrunde zu legen und nicht zeitlich und inhaltlich marginale
Änderungsmargen wie sie vielleicht praktisch eher zu verzeichnen sind. In diese Richtung geht auch die Vorga-
be, das veränderte Flächennutzungsszenario FN2050, welches eigentlich die prognostischen Verhältnisse zum
Zeitpunkt des Jahres 2050 beschreiben soll, im Simulationslauf ("sprunghaft") ab dem Jahre 2004 anzuwenden.
Für die Parametrisierung von WaSiM-ETH bedeutet das ein Bündel von Parameteränderungen in der Bodenta-
belle, die nur auf den Gridzellen mit Ackernutzung ausgeführt werden:
Erhöhung des kf-Wertes um das Zweifache
Erhöhung von Theta-Sat um 20 %
Erhöhung von MaxRatio von 90 auf 120
Erhöhung des Vegetationsbedeckungsgrades an d1 und d4 um 0,1
Vergrößerung der
drainage density
um 2
Veränderung des Wurzeldichteparameters von 1 auf 0 (größere Betonung auf oberflächennah besser ausge-
bildetes Wurzelsystem als vorher).
Die eingesetzten Parameter erhöhen in ihrer Gesamtheit deutlich die Infiltration der Niederschläge in den Boden.
Durch die Erhöhung der MaxRatio von 90 auf 120 sowie des veränderten Wurzeldichteparameters werden be-
sonders die Veränderungen in der obersten Bodenschicht berücksichtigt. Die Veränderung des Infiltrationsver-
haltens der obersten Bodenschicht mit dem Jahresgang wird über den Vegetationsbedeckungsgrad gesteuert
(Bestandsniederschlag aus dem Interzeptionsmodell bildet den Zufluss zum Infiltrationsmodell (Kapitel 4.2.3.5):
Bei der künftig sicherlich möglichen Anwendung der "Bodentabelle 2" ist eine explizite Ansprache der einzelnen
Bodenschichten über die gesättigte Wasserleitfähigkeit möglich.

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Die Parametrisierung des Pflanzenanbaus mit bodenkonservierenden Maßnahmen sollte eine erhöhte Infiltration
in den Boden und sein erhöhtes Wasserspeichervermögen bewirken. Damit einhergehend sollte eine erhöhte
Verdunstungsleistung sowie Grundwasserneubildungsrate ableitbar sein. Da aber, wie aus Tabelle 10 ersichtlich,
gleichzeitig mit der Umstellung der Bodenbearbeitungsmethode eine nicht unwesentliche Veränderung der Flä-
chenanteile unterschiedlicher landwirtschaftlicher Kulturen zu prognostizieren war, können die über den Boden
"eingebrachten" Veränderungsrichtungen wieder aufgehoben werden, da zum Beispiel eine anteilige Vergröße-
rung der Maisanbaufläche auf das Dreifache ersichtlich ist (die eher den Oberflächenabfluss erhöhen wird und
nicht die Infiltrationsbereitschaft des Bodens).
6
Meteorologische Bedingungen im Untersuchungsgebiet
Durch WaSiM-ETH werden die meteorologischen Parameter für die einzelnen Zonen des UG sowie über das
gesamte UG gemittelt berechnet (Interpolationsmethoden: Kapitel 5.3.2).
Die mittleren Monatssummen der Niederschläge bzw. die monatlichen mittleren Tagestemperaturen für das
gesamte Untersuchungsgebiet sind in der folgenden Tabelle 11 zusammengestellt und in Abbildung 9 und
Abbildung 10 illustriert.
Tabelle 11: Langjährige Monatsmittelwerte der Niederschläge und Tagestemperaturen im UG
[mm] Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Summe
1980-2050 47,2 44,2 49,4 47,6 52,3 67,6 81,2 64,7 53,8 45,1 45,9 61,4 660,6
1980-2003 42,9 42,8 52,1 53,8 51,5 69,9 81,3 62,3 54,1 43,0 51,5 57,0 662,1
2004-2050 49,4 45,0 48,1 44,4 52,7 66,5 81,1 66,0 53,7 46,2 43,1 63,7 659,8
[°C]
Mittel
1980-2050 2,2 2,4 5,0 8,7 13,9 17,0 19,1 19,1 14,4 10,1 4,7 3,5 10,0
1980-2003 0,5 0,9 4,7 8,2 13,5 16,2 18,2 18,2 14,1 9,6 4,1 1,5 9,1
2004-2050 3,0 3,2 5,2 8,9 14,2 17,4 19,5 19,5 14,5 10,3 5,0 4,4 10,4
Abbildung 9:
Klimadiagramm 1980-2003
42,90
42,76
52,08
53,85
51,47
69,88
81,31
62,29
54,05
43,02
51,47
57,04
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Monate
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Temperatur [°C]
Monatsmittel_Niederschlagshöhe
Tagesmittel_Lufttemperatur
Niederschläge [mm]

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Abbildung 10:
Klimadiagramm 2004-2050
Die mittleren Jahressummen der Niederschläge für das Gesamtgebiet unterscheiden sich für die beiden Perioden
1980-2003 bzw. 2004-2050 mit 662 mm zu 660 mm nicht. Unterschiede zeigen sich in den mittleren Monats-
summen, die im Prognosezeitraum in den Monaten Dezember bis Februar deutlich höher ausfallen, als während
der Messungen 1980-2003. In den selben Monaten wird auch eine deutlich höhere mittlere Tagestemperatur
prognostiziert.
Von März bis Oktober weisen meist die Messwerte höhere mittlere Monatssummen auf (März, April, Juni und
September).
Im Mittel fallen im gesamten UG zwischen 1,46 mm (Oktober) und 2,62 mm Niederschlag täglich (Juli) (Tabelle
12). Die maximalen täglichen Niederschlagsmengen schwanken in den einzelnen Monaten zwischen 24,3 mm
(Dezember) und 77,9 mm (August).
Tabelle 12: Schwankungsbreite der mittleren monatlichen Niederschlagssummen
Niederschlag Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
tägliche Niederschläge [mm]
Mittel 1,52 1,57 1,59 1,59 1,69 2,25 2,62 2,09 1,79 1,46 1,53 1,98
Min. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Max. 27,0 25,7 35,2 56,9 32,1 70,5 73,8 77,9 31,2 30,2 28,8 24,3
monatliche Niederschlagssumme [mm]
Mittel 47,2 44,2 49,4 47,6 52,3 67,6 81,2 64,7 53,8 45,1 45,9 61,4
Min. 2,6 9,1 9,0 6,8 8,9 26,0 18,9 22,2 7,8 10,8 14,8 23,3
Max. 103,3 147,1 128,4 137 100,7 214,8 227,8 247,2 120,3 103 116,3 111,2
Die mittleren Monatssummen im Gesamtzeitrum der Niederschläge schwanken zwischen 44,2 mm im Februar
und 81,2 mm im Juli. Das Minimum an monatlichen Niederschlägen im Gesamtzeitrum tritt mit 2,6 mm im
Januar auf, das Maximum mit 247 mm im August. Die langjährigen Monatsmittelwerte für die einzelnen Deka-
den zeigt die Tabelle 13.
49,44
45,00
48,09
44,36
52,72
66,46
81,15
65,97
53,67
46,23
43,07
63,66
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Monate
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Temperatur [°C]
Monatsmittel_Niederschlagshöhe
Tagesmittel_Lufttemperatur
Niederschläge [mm]

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Tabelle 13: Langjährige Monatsmittelwerte des Niederschlags je Dekade
Niederschläge [mm]
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
1980-1990 47,4 40,1 42,5 65,9 50,9 69,8 64,7 70,8 49,9 41,5 53,9 60,1
1991-2000 42,3 43,9 61,3 46,2 57,5 71,3 93,5 63,4 60,3 46,2 50,5 53,1
2001-2010 43,6 51,0 65,3 50,9 56,4 66,3 87,9 53,8 68,2 39,3 42,6 65,7
2011-2020 44,2 43,5 49,5 49,5 53,2 74,2 75,9 47,0 48,8 40,0 43,0 71,1
2021-2030 45,6 45,2 38,4 40,0 44,8 76,4 82,0 90,7 48,7 54,1 46,2 53,4
2031-2040 53,9 39,0 52,9 38,1 59,9 74,0 97,8 97,7 56,4 49,9 55,9 62,2
2041-2050 53,1 49,5 40,4 42,7 52,4 54,4 92,3 47,9 50,2 49,1 30,4 61,1
Die mittleren Tagestemperaturen für die beiden Perioden 1980-2003 bzw. 2004-2050 betragen 9,1 °C bzw.
10,4 °C. Dabei werden für den Prognosezeitraum in allen Monaten höhere mittlere Tagestemperaturen prognos-
tiziert (Tabelle 11).
Aus der Abbildung 11 und Abbildung 12 ist ersichtlich, dass im Prognosezeitraum die Anzahl der Einzelmonate
stark zunimmt, für die maximale Niederschlagshöhen prognostiziert werden. Weisen im Zeitraum bis 2003 die
maximalen monatlichen Niederschlagshöhen immer Werte <150 mm auf, so werden ab 2010 Einzelmonate mit
>150 mm und ab 2025 Einzelmonate mit Werten >200 mm bis ca. 250 mm pro Monat vorausgesagt.

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Abbildung 11:
Monatliche Niederschläge im Zeitraum 1980-2019
0
50
100
150
200
250
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
[mm]
0
50
100
150
200
250
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
[mm]
0
50
100
150
200
250
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
[mm]
0
50
100
150
200
250
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
Jahre
[mm]
Monatsniederschlag
Mittelwert

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Abbildung 12:
Monatliche Niederschläge im Zeitraum 2020-2050
Die durchschnittliche Niederschlagshöhe pro Niederschlagstag mit N ≥ 0,1 mm beträgt im Schnitt des Gesamt-
zeitraums 1980-2050 für das gesamte UG 2,41 mm. Dieser Wert stimmt mit den Angaben von Richter (1995) 0
für den Leipziger Raum (2,5-3 mm) annähernd überein. Die mittlere Anzahl von Tagen mit einer Niederschlags-
höhe N ≥ 0,1 mm hingegen beträgt für das UG 272,7 Tage im Jahr. Diese Zahl ist gegenüber Richter (1995) 0,
der für den Leipziger Raum zwischen 150-160 Tagen im Jahr angibt, unverhältnismäßig hoch. Wird nicht der
gesamte Zeitraum bis 2050 betrachtet, sondern nur der Bereich mit Messwerten (z. B. 1980-2000), dann werden
für die Station Ammelshain 148 Tage im Jahr mit Niederschlagshöhen N ≥ 0,1 mm angegeben. Diese Anzahl
entspricht den mittleren Angaben von Richter (1995) für den Leipziger Raum (150-160 Tage).
Für die gleiche Station Ammelshain im Prognosezeitraum 2005-2050 werden an 242 Tagen Niederschläge
≥ 0,1 mm angegeben mit einer Niederschlagshöhe von durchschnittlich 2,7 mm/d.
Offensichtlich bewirken die Prognosemechanismen eine größere Häufung von Tagen mit Niederschlägen
≥ 0,1 mm am Tag bei gleichbleibendem Mittelwert der Niederschläge an diesen Tagen gegenüber den Messwer-
ten.
Im Durchschnitt über das Gesamtgebiet sieht die jährliche Niederschlagsverteilung wie folgt aus (Abbildung 13):
0
50
100
150
200
250
2030
2031
2032
2033
2034
2035
2036
2037
2038
2039
[mm]
0
50
100
150
200
250
2040
2041
2042
2043
2044
2045
2046
2047
2048
2049
2050
Jahre
[mm]
Monatsniederschlag
Mittelwert
0
50
100
150
200
250
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
[mm]

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Klimaprognose-Szenarien
BEAK Consultance GmbH, Freiberg/IBGW GmbH, Leipzig
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
2032
2034
2036
2038
2040
2042
2044
2046
2048
2050
Jahre
[mm]
Niederschlagssumme
Dekadenmittel
Abbildung 13:
Jahresniederschläge im Parthegebiet
Die nachfolgenden Bilder der Abbildung 14, die die Niederschlagsverteilung im Gesamtgebiet (langjährige Jah-
ressummen der Dekaden) zeigen, belegen, dass es keine kontinuierliche Entwicklung nur in eine Richtung hin
gibt.
1980-1990: 658 mm/a
1991-2000: 690 mm/a
Abbildung 14:
Niederschlagsverteilung im Gesamtgebiet, 7 Einzelbilder 1980-2050 und Legende vgl. S. 45

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2001-2010: 691 mm/a
2011-2020: 640 mm/a
Fortsetzung Abbildung 14

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2021-2030: 666 mm/a
2031-2040: 738 mm/a
2041-2050: 624 mm/a
Fortsetzung Abbildung 14: Legende vgl. S. 45
Nach zwei relativ trockenen Dekaden bis 2000 folgt derzeit eine mit etwas mehr Niederschlägen. Die prognosti-
zierte Entwicklung von 2001 an bis 2050 hingegen erbringt deutlich niederschlagsreichere, aber auch trockenere
Dekaden.
Es fällt eine geringere Differenzierung in der Fläche einerseits und andererseits zwischen hohen und tiefen Nie-
derschlagsmengen der prognostizierten gegenüber den gemessenen Daten auf.