Die Modellierung aller auf der gesamten Einzugsgebietsebene relevanten Abflussbil-dungsprozesse ist unter aktuellen Fragestellungen unumgänglich. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Analyse und Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächen- und Grundwasser mit Hilfe von gekoppelten Modellen, die vor allem bei der Simulation von Wassermangelsituationen eine wesentliche Rolle spielen. Dazu wurden die notwendigerweise zu berücksichtigenden Prozesse und die Anforderungen seitens der Modellierung diskutiert. Es wurde herausgestellt, dass Rückkopplungen und Wechselwirkungen einerseits zwischen Grund- und Oberflächengewässer, andererseits zwischen Grund- und Bodenwasser unter Einbeziehung der saisonal wechselnden Vegetationswirkung im Modell berücksichtigt werden müssen. Aus einer großen Modellvielzahl wurde das Modellierungssystem ArcEGMO-PSCN-ASM als geeignet ausgewählt und für diese Fragestellung weiterentwickelt. Die Interaktionen zwischen Oberflächen- und Grundwasser wurden anhand verschiedener Modellsimulationen analysiert. Der Austausch zwischen Fließgewässer und Grundwasser, sowie die Rückwirkung der Grundwasserstände auf das Oberflächenwasser zeigte den größten Einfluss auf die Modellergebnisse. Die Wasserstandsdynamik in den Fließgewässern und der Kapillaraufstieg zeigten nur lokale Effekte. Die Praxistauglichkeit des gekoppelten Modells wurde in zwei Fallbeispielen getestet, die sich mit verschiedenen Lösungen zur Bekämpfung von Wassermangelsituationen beschäftigen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen deutlich, dass mit Hilfe des gekoppelten Modells Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gewässer selbst sowie im ober- und unterirdischen Einzugsgebiet adäquat abgebildet und quantitative Aussagen mit einer hohen Praxisrelevanz gewonnen werden können. Diese Arbeit leistet damit sowohl einen wissenschaftlichen Beitrag zum Modellverständnis als auch den Nachweis einer praktikablen Modellanwendung in unterschiedlichen Einzugsgebieten. / The modeling of all relevant runoff processes in a catchments area is indispensable considering the actual questions (like Water Framework Directive and climatic change). This investigation aims the quantitative analysis and demonstration of surface- and subsurface water interactions, which are relevant for simulating northeastern German regions with water scarcity, by using coupled models. Therefore processes, which necessarily must be considered, and requirements on the part of the modeling, were discussed. It was exposed / presented that feedbacks and interactions of surface water and subsurface water on one hand and (oder besser: as well as?) groundwater and soil water including seasonal vegetation development on the other hand must be considered in the model. The modeling system ArcEGMO-PSCN-ASM was chosen / selected out of a huge amount of models as appropriate for this task. It was further adopted / developed to this task in co-operation with Dr. Pfützner (BAH-Berlin). The interactions of surface water and groundwater where analyzed by various simula-tions. The exchange between stream water and groundwater as well as the feedback of groundwater levels to surface water had the most influence to the model results. Dynamic stream water levels and capillary rise had only local effects and low impact on the catchments average. The suitability for practical use of this coupled model where tested at two sample areas, with various solutions to deal with water scarcity. The model results illustrate clearly that using coupled models water management treatments as well in the river itself as in surface and subsurface catchment areas can be shown adequately and quantitative statements with a high practice relevance can be achieved. The results of the present study contribute both a scientific contribution to the model understanding and the proof of a practicable application of models in different catchment areas.

In einer Zeit, in der menschliche Aktivitäten mit geologischen Kräften konkurrieren und sich das Klima ständig verändert, ist das Verständnis hydrologischer Prozesse essenziell. Die Quantifizierung hydrologischer Prozesse ist jedoch aufgrund der räumlichen Heterogenität der Umweltfaktoren, die die zugrunde liegenden Prozesse beeinflussen, eine Herausforderung. Daher wurden in dieser Arbeit eine Reihe gemeinsamer, miteinander verbundener Ansätze oder Technologien entwickelt und in einem Einzugsgebiet mit gemischter Landnutzung, dem Demnitz Millcreek (DMC, 66 km2), getestet. Durch die Anwendung von Datenanalyse, Modelling, Machine-learning und Unmanned-vehicle technologies haben wir nicht nur die hydrologischen Prozesse in diesem repräsentativen Einzugsgebiet entschlüsselt, sondern auch - aus einer breiteren Perspektive - den optimalen Methode zur gemeinsamen Nutzung vorhandener Technologien ermittelt, um Unsicherheiten bei Modellierung dieser Prozesse auf der Ebene des Einzugsgebiets zu verringern. / Understanding hydrological processes is essential in an era when human activities rival geologic-scale forces and the climate consistently changes. However, hydrological quantifications are challenging due to the spatial heterogeneity in environmental drivers of the underlying processes. Therefore in this thesis, a series of common linked approaches or technologies were developed and tested in a mixed-landuse catchment, the Demnitzer Millcreek (DMC, 66 km2). By applying data analysis, distributed modelling, machine-learning, and unmanned-vehicle technologies, we not only unraveled the hydrological processes in this representative catchment, but also from a wider perspective - identified the optimal way to jointly use the existing technologies to reduce the uncertainty in monitoring and modelling these processes at the catchment-scale.