Dresdens Fließgewässer und stehenden Gewässer werden vom Umweltamt jährlich aktualisiert und sind als interaktive Karte im Themenstadtplan der Landeshauptstadt Dresden abrufbar. Zu 35 Gewässern gibt es Gewässersteckbriefe, die durch Anklicken des Gewässers (mit der linken Maustaste) geöffnet werden können. Auch zu den Quellen sind über den Maptip zusätzliche Informationen in Form von Steckbriefen verfügbar. Die nachfolgenden pdf-Dateien sind nicht barrierefrei, da sich der Inhalt ausschließlich an ein kleines Fachpublikum richtet. Informationen zum Inhalt erhalten Sie per E-Mail unter umwelt.info@dresden.de. Stand: 14.03.2023

Dresdens Fließgewässer und stehenden Gewässer werden vom Umweltamt jährlich aktualisiert und sind als interaktive Karte im Themenstadtplan der Landeshauptstadt Dresden abrufbar. Zu 35 Gewässern gibt es Gewässersteckbriefe, die durch Anklicken des Gewässers (mit der linken Maustaste) geöffnet werden können. Auch zu den Quellen sind über den Maptip zusätzliche Informationen in Form von Steckbriefen verfügbar. Die nachfolgenden pdf-Dateien sind nicht barrierefrei, da sich der Inhalt ausschließlich an ein kleines Fachpublikum richtet. Informationen zum Inhalt erhalten Sie per E-Mail unter umwelt.info@dresden.de. Stand: 14.03.2023

Estimating the impact of different sources of uncertainty along the modelling chain is an important skill graduates are expected to have. Broadly speaking, educators can cover uncertainty in hydrological modelling by differentiating uncertainty in data, model parameters and model structure. This provides students with insights on the impact of uncertainties on modelling results and thus on the usability of the acquired model simulations for decision making. A survey among teachers in the Earth and environmental sciences showed that model structural uncertainty is the least represented uncertainty group in teaching. This paper introduces a computational exercise that introduces students to the basics of model structure uncertainty through two ready-to-use modelling experiments. These experiments require either Matlab or Octave, and use the open-source Modular Assessment of Rainfall-Runoff Models Toolbox (MARRMoT) and the open-source Catchment Attributes and Meteorology for Large-sample Studies (CAMELS) data set. The exercise is short and can easily be integrated into an existing hydrological curriculum, with only a limited time investment needed to introduce the topic of model structure uncertainty and run the exercise. Two trial applications at the Technische Universität Dresden (Germany) showed that the exercise can be completed in two afternoons or four 90 min sessions and that the provided setup effectively transfers the intended insights about model structure uncertainty.

Sustainable water resource management requires understanding how hydrologic processes are impacted by environmental management and land-use decisions across multiple spatial and temporal scales. A key concept in this respect is hydrologic ecosystem services (HES), which are the water related ‘goods’ produced by the environment which are valuable to humans. This dissertation assesses a range of topics concerning HES in the Vouga basin (north-central Portugal), and their connection with land-cover and land-use practices. Specifically, the relationship between changes in forest and agricultural land-cover and management practices, and associated changes in HES were examined using a range of statistical and modeling approaches. To quantify the effects of different agricultural scenarios on both HES and potential stakeholders, the ‘Soil and Water Assessment Tool’ (SWAT) was utilized, in conjunction with economic assessment methods. The first research section (Section 6) of the dissertation assesses the trends in streamflow quantity and yield in the Águeda watershed (a sub-basin of the Vouga) over a 75-yr period which coincided with large-scale afforestation of Pinus pinaster and (later) Eucalyptus globulus. Counter to the findings from meta-analysis studies of the effect of forest change on water availability, this study did not detect statistically significant trends in streamflow. By contrast, these findings support the view that there are prerequisite climatic, pedological, and eco-physiological watershed conditions that are necessary to observe hydrologic impacts at the watershed scale (which are not present in the Águeda watershed). By contrast, the significant changes which were detected are related to baseflow, which correspond with different periods of afforestation, and may be attributable to the promotion of soil water repellency under the mature pine and eucalypt stands. In the second research section (Section 7), an assessment is carried out on the hydrologic and nitrate dynamics at the whole basin scale, using the SWAT model. This assessment indicated that there is a high degree of variability in nitrate export from the different parts of the basin, with the highest rates coming from the lower (agriculturally dominated portion) of the basin. The main flow pathways for nitrate export were found to be leaching from agricultural land-cover types, which consistently had the highest export for all land-use and pathways. These findings indicate that the water bodies at the highest risk of nitrate pollution in the Vouga basin are the groundwater aquifers. The final research section (Section 8) utilizes the SWAT model to examine how reduced rates of fertilizer inputs would affect nitrate leaching, crop yields, and agricultural profitability in the lower Vouga basin. This research found that reduced rates of fertilization would reduce the amount of leached nitrate substantially, but that this would also lead to a large decrease in crop yield and profitability. A large difference in the inefficiency (i.e. crop production vs. nitrate export) between different HRUs was found, which could provide a focus for potential management action. This research strongly indicates that such actions may be needed to reduce the negative impacts of this pollution on the value of the groundwater aquifers, and to avoid associated costs which are otherwise passed on to local water users (e.g. through higher water treatment costs). The overall findings of the dissertation highlight the importance of the upper (forested) basin as a drinking water supply area, given the prevalence of nitrate pollution in the lower basin. However, the historic afforestation in the Vouga basin has resulted in a reduction in baseflow, which is negative from a drinking water supply perspective. Therefore, while the forested uplands are beneficial from water quality standpoint (compared to intensive agriculture), they also have altered flow patterns in a manner which will reduce available supply. The findings from the upper basin contrast sharply with the lower basin, where there are potentially large negative HES impacts due to current agricultural practices. These practices will primarily impact groundwater aquifers, and therefore the water quality within the lower basin receive little benefit from the relatively high-quality water from the upper basin. This highlights the importance of considering the interconnectivity of HES across spatial scales, which will depend on the specific site characteristics of the river basin.

Die Untersuchung von Klimaszenarien ergab, dass die Grundwasserneubildung in Nordostdeutschland abnehmen könnte. Um Süßgewässer zu erhalten müssen neue Strategien entwickelt werden. Im Gebiet des Lietzengrabens wird Klarwasser eingeleitet, um Feuchtgebiete und Seen zu erhalten. Diese Strategie wurde durch eine Szenarioanalyse erarbeitet, die sich auf das hydrologische iterative Modell ArcEGMO-ASM stützte. In dieser Arbeit wurde das voll integrierte Modell HydroGeoSphere genutzt, um den Fluss von Wasser an der Oberfläche und im Untergrund zu simulieren. Basierend auf dieser Simulation wurden Fließpfade und Aufenthaltszeiten abgeschätzt. Die Ergebnisse beider Modelle wurden analysiert und verglichen. Mit beiden Modellen war es möglich, die Abfluss- und Grundwasserdynamiken im Einzugsgebiet zu reproduzieren. Bei der Anwendung von HydroGeoSphere fehlten Möglichkeiten zur Berücksichtigung von z.B. Schneefall und Wehren, welche in ArcEGMO-ASM vorhanden sind. Die Kalibrierung des Modells lieferte Parameterwerte, die eine Reproduktion der Dynamiken erlaubten. Allerdings könnte HydroGeoSphere nur eingeschränkt nutzbar sein, da die Werte teils unrealistisch waren. HydroGeoSphere ermöglichte aber die Abschätzung von unterirdischen Fließpfaden und Aufenthaltszeiten. Weiter wurde der Austritt von Grundwasser in einen Bachabschnitt durch Messungen bestimmt und mit Simulationsergebnissen verglichen. Keines der Modelle war geeignet, die räumlichen Muster auf dieser Skala zu reproduzieren. Die simulierten Exfiltrationsraten wichen von den beobachteten ab. Der Vergleich von ArcEGMO-ASM und HydroGeoSphere zeigte die Vorteile und Grenzen der Modelle auf. Der Einsatz von HydroGeoSphere bei Untersuchungen von Bewirtschaftungsstrategien macht sich noch nicht bezahlt, vergleicht man den Aufwand mit den Vorteilen. Da HydroGeoSphere weiterentwickelt wird und die Rechenkapazitäten zunehmen, könnte das Modell in der nahen Zukunft in der Praxis nutzbar sein. / Analysis of climatic scenarios for North-East Germany showed that groundwater recharge could decline. In order to sustain freshwaters, new strategies must be developed. At the Lietzengraben catchment treated wastewater is discharged to sustain wetlands and lakes in the catchment. This management strategy was developed previously by scenario analysis, performed by the hydrological iterative model ArcEGMO-ASM. In this work, the fully integrated model HydroGeoSphere was used to simulate the surface and subsurface water flow in the catchment. Based on the simulation results, flow paths and residence times were estimated. The results of the simulations by both models were investigated and compared. It was possible to reproduce the catchment dynamics regarding discharge and groundwater heads reasonably well with both models. The application of HydroGeoSphere was limited due to the inability of the model to represent features like snowfall and weirs, which are represented in ArcEGMO-ASM. The calibrated parameter values enabled the model to reproduce the catchment dynamics reasonably well. HydroGeoSphere may be limited in its use since the obtained values are partially unrealistic. HydroGeoSphere allowed the approximation of subsurface flow paths and residence times. The exfiltration of groundwater to a stream reach was estimated by measurements and compared to simulation results. Both models were not able to reproduce the spatial patterns on a sub-reach scale and the calculated exfiltration rates did not match the observed rates. The comparison of ArcEGMO-ASM and HydroGeoSphere showed the advantages and limitations of both models. Comparing the overall additional effort to the benefits, however, the application of HydroGeoSphere to investigations regarding management strategies or scenario analyses may not pay off. Since HydroGeoSphere is under steady development and computational resources improve, the use of HydroGeoSphere may be applicable in the near future.

Die vorliegende Arbeit 'Abflu&szlig;entwicklung in Teileinzugsgebieten des Rheins - Simulationen f&uuml;r den Ist-Zustand und f&uuml;r Klimaszenarien' untersucht Auswirkungen m&ouml;glicher zuk&uuml;nftiger Klima&auml;nderungen auf das Abflu&szlig;geschehen in ausgew&auml;hlten, durch Mittelgebirge gepr&auml;gten Teileinzugsgebieten des Rheins: Mosel (bis Pegel Cochem); Sieg (bis Pegel Menden 1) und Main (bis Pegel Kemmern).<br><br>In einem ersten Schritt werden unter Verwendung des hydrologischen Modells HBV-D wichtige Modellprozesse entsprechend der Einzugsgebietscharakteristik parametrisiert und ein Abbild der Gebietshydrologie erzeugt, das mit Zeitreihen gemessener Tageswerte (Temperatur, Niederschlag) eine Zeitreihe der Pegeldurchfl&uuml;sse simulieren kann. Die G&uuml;te der Simulation des Ist-Zustandes (Standard-Me&szlig;zeitraum 1.1.1961-31.12.1999) ist f&uuml;r die Kalibrierungs- und Validierungszeitr&auml;ume in allen Untersuchungsgebieten gut bis sehr gut.<br>Zur Erleichterung der umfangreichen, zeitaufwendigen einzugsgebietsbezogenen Datenaufbereitung f&uuml;r das hydrologische Modell HBV-D wurde eine Arbeitsumgebung auf Basis von Programmerweiterungen des Geoinformationssystems ArcView und zus&auml;tzlichen Hilfsprogrammen entwickelt. Die Arbeitsumgebung HBV-Params enth&auml;lt eine graphische Benutzeroberfl&auml;che und r&auml;umt sowohl erfahrenen Hydrologen als auch hydrologisch geschulten Anwendern, z.B. Studenten der Vertiefungsrichtung Hydrologie, Flexibilit&auml;t und vollst&auml;ndige Kontrolle bei der Ableitung von Parameterwerten und der Editierung von Parameter- und Steuerdateien ein. Somit ist HBV-D im Gegensatz zu Vorl&auml;uferversionen mit rudiment&auml;ren Arbeitsumgebungen auch au&szlig;erhalb der Forschung f&uuml;r Lehr- und &Uuml;bungszwecke einsetzbar.<br><br>In einem zweiten Schritt werden Gebietsniederschlagssummen, Gebietstemperaturen und simulierte Mittelwerte des Durchflusses (MQ) des Ist-Zustandes mit den Zust&auml;nden zweier Klimaszenarien f&uuml;r den Szenarienzeitraum 100 Jahre sp&auml;ter (2061-2099) verglichen. Die Klimaszenarien beruhen auf simulierten Zirkulationsmustern je eines Modellaufes zweier Globaler Zirkulationsmodelle (GCM), die mit einem statistischen Regionalisierungsverfahren in Tageswertszenarien (Temperatur, Niederschlag) an Me&szlig;stationen in den Untersuchungsgebieten &uuml;berf&uuml;hrt wurden und als Eingangsdaten des hydrologischen Modells verwendet werden.<br>F&uuml;r die zweite H&auml;lfte des 21. Jahrhunderts weisen beide regionalisierten Klimaszenarien eine Zunahme der Jahresmittel der Gebietstemperatur sowie eine Zunahme der Jahressummen der Gebietsniederschl&auml;ge auf, die mit einer hohen Variabilit&auml;t einhergeht. Eine Betrachtung der saisonalen (monatlichen) &Auml;nderungsbetr&auml;ge von Temperatur, Niederschlag und mittlerem Durchflu&szlig; zwischen Szenarienzeitraum (2061-2099) und Ist-Zustand ergibt in allen Untersuchungsgebieten eine Temperaturzunahme (h&ouml;her im Sommer als im Winter) und eine generelle Zunahme der Niederschlagssummen (mit starken Schwankungen zwischen den Einzelmonaten), die bei der hydrologischen Simulation zu deutlich h&ouml;heren mittleren Durchfl&uuml;ssen von November bis M&auml;rz und leicht erh&ouml;hten mittleren Durchfl&uuml;ssen in den restlichen Monaten f&uuml;hren. Die St&auml;rke der Durchflu&szlig;erh&ouml;hung ist nach den individuellen Klimaszenarien unterschiedlich und im Sommer- bzw. Winterhalbjahr gegenl&auml;ufig ausgepr&auml;gt. Hauptursache f&uuml;r die simulierte starke Zunahme der mittleren Durchfl&uuml;sse im Winterhalbjahr ist die trotz Temperaturerh&ouml;hung der Klimaszenarien winterlich niedrige Evapotranspiration, so da&szlig; erh&ouml;hte Niederschl&auml;ge direkt in erh&ouml;hten Durchflu&szlig; transformiert werden k&ouml;nnen.<br>Der Vergleich der Untersuchungsgebiete zeigt in Einzelmonaten von West nach Ost abnehmende &Auml;nderungsbetr&auml;ge der Niederschlagssummen, die als Hinweis auf die Bedeutung der Kontinentalit&auml;tseinfl&uuml;sse auch unter ge&auml;nderten klimatischen Bedingungen in S&uuml;dwestdeutschland aufgefa&szlig;t werden k&ouml;nnten.<br>Aus den regionalisierten Klimaszenarien werden &Auml;nderungsbetr&auml;ge f&uuml;r die Modulation gemessener Zeitreihen mittels synthetischer Szenarien abgeleitet, die mit einem geringen Rechenaufwand in hydrologische Modellantworten &uuml;berf&uuml;hrt werden k&ouml;nnen. Die direkte Ableitung synthetischer Szenarien aus GCM-Ergebniswerten (bodennahe Temperatur und Gesamtniederschlag) an einzelnen GCM-Gitterpunkten erbrachte unbefriedigende Ergebnisse.<br>Ob, in welcher H&ouml;he und zeitlichen Verteilung die in den (synthetischen) Szenarien verwendeten Niederschlags- und Temperatur&auml;nderungen eintreten werden, kann nur die Zukunft zeigen. Eine Absch&auml;tzung, wie sich die Abflu&szlig;verh&auml;ltnisse und insbesondere die mittleren Durchfl&uuml;sse der Untersuchungsgebiete bei m&ouml;glichen &Auml;nderungen entwickeln w&uuml;rden, kann jedoch heute schon vorgenommen werden. <br><br>Simulationen auf Szenariogrundlagen sind ein Weg, unbekannte zuk&uuml;nftige Randbedingungen sowie regionale Auswirkungen m&ouml;glicher &Auml;nderungen des Klimasystems ausschnittsweise abzusch&auml;tzen und entsprechende Risikominderungsstrategien zu entwickeln. Jegliche Modellierung und Simulation nat&uuml;rlicher Systeme ist jedoch mit betr&auml;chtlichen Unsicherheiten verkn&uuml;pft. Vergleichsweise gro&szlig;e Unsicherheiten sind mit der zuk&uuml;nftigen Entwicklung des sozio&ouml;konomischen Systems und der Komplexit&auml;t des Klimasystems verbunden. Weiterhin haben Unsicherheiten der einzelnen Modellbausteine der Modellkette Emissionsszenarien/Gaszyklusmodelle - Globale Zirkulationsmodelle/Regionalisierung - hydrologisches Modell, die eine Kaskade der Unsicherheiten ergeben, neben Datenunsicherheiten bei der Erfassung hydrometeorologischer Me&szlig;gr&ouml;&szlig;en einen erheblichen Einflu&szlig; auf die Vertrauensw&uuml;rdigkeit der Simulationsergebnisse, die als ein dargestellter Wert eines Ergebnisbandes zu interpretieren sind.<br><br>Der Einsatz <br>(1) robuster hydrologischer Modelle, die insbesondere temperaturbeeinflu&szlig;te Prozesse ad&auml;quat beschreiben,<br>(2) die Verwendung langer Zeitreihen (wenigsten 30 Jahre) von Me&szlig;werten und<br>(3) die gleichzeitige vergleichende Betrachtung von Klimaszenarien, die auf unterschiedlichen GCMs beruhen (und wenn m&ouml;glich, verschiedene Emissionsszenarien ber&uuml;cksichtigen),<br>sollte aus Gr&uuml;nden der wissenschaftlichen Sorgfalt, aber auch der besseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse von Regionalstudien im noch jungen Forschungsfeld der Klimafolgenforschung beachtet werden. / This thesis 'Development of runoff in subcatchments of the River Rhine - simulations of the current state and for climate change scenarios' investigates the impacts of possible future climate changes on runoff and runoff regime in selected subcatchments of the River Rhine. The regional climate in the selected subcatchments Mosel (up to gauge Cochem), Sieg (gauge Menden 1) and Main (gauge Kemmern) is affected by the middle mountain ranges.<br><br>In a first step, important model processes are parameterized according to catchment characteristics. A representation of the regional hydrology is then produced by using the hydrological model HBV-D. Based on time series of daily measurements (temperature, precipitation) at stations within the catchment, this representation can be used to realistically simulate time series of runoff and discharge. <br>In all examined areas, the quality of simulations of the calibration and validation periods for the current state (standard period of measurements 01/01/1961-12/31/1999) can be regarded as good to excellent. <br>To aid the catchment-specific, extensive and time-consuming data processing, a working environment for the hydrological model HBV-D has been developed. It is based on program extensions of the geographical information system ArcView and further programs. The working environment HBV-Params contains a graphical interface that gives both experienced hydrologists and students full control and enables them to flexibly derive parameter values and edit parameter and control files. In contrast to previous versions with only rudimentary working environments, HBV-D can therefore be utilized for research as well as for educational purposes. <br><br>In a second step, the current states of areal precipitation, areal temperature and simulated mean discharge (MQ) are compared to the corresponding states for two scenarios of future climate changes (100 years later, 2061-2099). These scenarios are based on simulated global circulations of one model run for each of two global circulation models (GCM). These global circulations are regionalized (downscaled) using a statistical approach into scenario time series of daily values (temperature, precipitation - input for the hydrological model) at control stations within the individual catchments. <br>For the second half of the 21st century, both regionalized climate change scenarios indicate increases in the mean annual areal temperature and mean annual sum of precipitation, along with a high variability of the latter. The seasonal (monthly) changes in temperature, precipitation and mean discharge between scenario state (2061-2099) and current state indicate increases in temperature (higher in summer than in winter) as well as a general increase in precipitation sums (strong fluctuations between individual months). In the hydrological simulations for all investigated catchments, this results in considerably higher mean discharges from November to March and small increases in mean discharge for the other months. The magnitude of the increases in discharge depends on the individual climate change scenario, one showing higher increases than the other during the summer half-year and vice versa for the winter half-year. The main reason for the simulated strong increase in mean discharge during winter half-year is, in spite of higher temperatures, the still relatively low evapotranspiration which allows higher precipitation to be directly transformed into higher discharges. <br>The comparison of the investigated catchments shows decreasing amounts of changes in the sum of precipitation from West to East in individual months. This indicates the importance of continentality under changed climatic conditions in Southwest Germany. <br>For the modification of measured time series (temperature, precipitation), which can be easily converted as synthetic scenarios into simulated hydrological results, amounts of change are derived from regionalized (downscaled) climate change scenarios. The derivation of synthetic scenarios directly from GCM output at individual GCM gridpoints yielded unsatisfactory results. <br>Only the future itself can show whether the timing and amount of changes in temperature and precipitation used in (synthetic) climate change scenarios come close to reality. An assessment of possible developments in runoff regime and specifically mean discharge under possible changed climatic conditions in the investigated catchments is already feasible today. <br><br>Simulations based on scenarios are one way to establish unknown future boundary conditions for the estimation of regional impacts of possible changes of the climate system. Nevertheless, all types of modeling and simulation of natural systems are linked with uncertainties. Rather large uncertainties persist regarding the future development of the socio-economic system and the complexity of the climate system and earth system. Furthermore, besides data uncertainties associated with the measurement of hydro-meteorological values, uncertainties associated with individual components of the model chain emission scenarios/gas cycle model - GCM/regionalization - hydrological model, which form a cascade of uncertainty, have a great influence on the trustworthiness of the simulation results (which are understood as one shown value within a range of results). <br><br>In the young field of climate impact research the use of <br>(1) robust hydrological models that adequately describe temperature-dependent processes,<br>(2) long time series (at least 30 years long) of measurements, <br>(3) concurrent comparisons of climate change scenarios, based on different GCMs (and, if possible, different emission scenarios)<br>should be considered for reasons of scientific thoroughness and to improve comparability of regional impact studies.

The scope of this study is to investigate the environmental change in the German part of the Elbe river basin, whereby the focus is on two water related problems: having too little water and having water of poor quality. <br><br> The Elbe region is representative of humid to semi-humid landscapes in central Europe, where water availability during the summer season is the limiting factor for plant growth and crop yields, especially in the loess areas, where the annual precipitation is lower than 500 mm. It is most likely that water quantity problems will accelerate in future, because both the observed and the projected climate trend show an increase in temperature and a decrease in annual precipitation, especially in the summer. Another problem is nutrient pollution of rivers and lakes. In the early 1990s, the Elbe was one of the most heavily polluted rivers in Europe. Even though nutrient emissions from point sources have notably decreased in the basin due to reduction of industrial sources and introduction of new and improved sewage treatment facilities, the diffuse sources of pollution are still not sufficiently controlled. <br><br> The investigations have been done using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which has been embedded in a model framework of climate and agro-economic models. A global scenario of climate and agro-economic change has been regionalized to generate transient climate forcing data and land use boundary conditions for the model. The model was used to transform the climate and land use changes into altered evapotranspiration, groundwater recharge, crop yields and river discharge, and to investigate the development of water quality in the river basin. Particular emphasis was given to assessing the significance of the impacts on the hydrology, taking into account in the analysis the inherent uncertainty of the regional climate change as well as the uncertainty in the results of the model. <br><br> The average trend of the regional climate change scenario indicates a decrease in mean annual precipitation up to 2055 of about 1.5 %, but with high uncertainty (covering the range from -15.3 % to +14.8 %), and a less uncertain increase in temperature of approximately 1.4 K. The relatively small change in precipitation in conjunction with the change in temperature leads to severe impacts on groundwater recharge and river flow. Increasing temperature induces longer vegetation periods, and the seasonality of the flow regime changes towards longer low flow spells in summer. As a results the water availability will decrease on average of the scenario simulations by approximately 15 %. The increase in temperatures will improve the growth conditions for temperature limited crops like maize. The uncertainty of the climate trend is particularly high in regions where the change is the highest. <br><br> The simulation results for the Nuthe subbasin of the Elbe indicate that retention processes in groundwater, wetlands and riparian zones have a high potential to reduce the nitrate concentrations of rivers and lakes in the basin, because they are located at the interface between catchment area and surface water bodies, where they are controlling the diffuse nutrient inputs. The relatively high retention of nitrate in the Nuthe basin is due to the long residence time of water in the subsurface (about 40 years), with good conditions for denitrification, and due to nitrate retention and plant uptake in wetlands and riparian zones. <br><br> The concluding result of the study is that the natural environment and communities in parts of Central Europe will have considerably lower water resources under scenario conditions. The water quality will improve, but due to the long residence time of water and nutrients in the subsurface, this improvement will be slower in areas where the conditions for nutrient turn-over in the subsurface are poor. / Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes. Der Fokus liegt dabei auf Wassermengen- und Wasserqualitätsproblemen. <br><br> Die Elbe liegt im Zentrum Europas im Übergangsbereich zwischen ozeanischen und kontinentalen Klimaten, wo die Wasserverfügbarkeit in den Sommermonaten den limitierenden Faktor für das Pflanzenwachstum und die landwirtschaftlichen Erträge bildet. Dies gilt insbesondere für die Lössgebiete im Lee des Harzes, wo die jährlichen Niederschläge unter 500 mm liegen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die Wassermengenprobleme in Zukunft noch verstärken werden, denn sowohl das beobachtete als auch das für die Zukunft projizierte Klima in der Region zeigen höhere Temperaturen und fallende Niederschläge, besonders im Sommer. Ein weiteres Problem ist die hohe Nährstoffbelastung der Flüsse und Seen im Elbeeinzugsgebiet. Anfang der neunziger Jahre war die Elbe eine der am stärksten belasteten Flüsse in Europa. Obwohl die Einträge besonders aus Punktquellen durch den Rückgang der Industrie und den Bau von neuen Kläranlagen seitdem gefallen sind, gelangen trotzdem noch große Nährstoffmengen aus diffusen Quellen in die Gewässer. <br><br> Die Untersuchungen wurden unter Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM (Soil and Water Integrated Model) durchgeführt, welches über Schnittstellen mit Klimamodellen und agroökonomischen Modellen verbunden wurde. Ein globales Szenario des Klimawandels und des landwirtschaftlichen Wandels wurde regionalisiert, um so die geänderten Randbedingungen für den Szenarienzeitraum zu erhalten. Simulationen mit SWIM dienten dann dazu, die geänderten Randbedingungen in Änderungen im Wasserhaushalt und in den landwirtschaftlichen Erträgen zu transformieren. Außerdem wurde das Langzeitverhalten von Nährstoffen im Untersuchungsgebiet modelliert. Besonderer Wert wurde dabei darauf gelegt, die Unsicherheit der Szenarienergebnisse zu quantifizieren. <br><br> Der mittlere Szenarientrend zeigt eine Reduzierung der mittleren jährlichen Niederschläge bis zum Jahre 2055 um ungefähr 1.5 %, wobei die Ergebnisse mit einer großen Unsicherheit behaftet sind: die Spannweite der Niederschläge in den Szenarienrealisationen liegt zwischen -15.3 % und +14.8 %. Die Erwärmung unter Szenarienbedingungen mit ungefähr 1.4 K ist weniger unsicher. Diese relativ geringen Änderungen habe starke Auswirkungen auf den Wasserhaushalt im Elbegebiet: durch die steigenden Temperaturen wird die Vegetationszeit verlängert, und die Niedrigabflussperiode im Sommer wird sich in den Herbst ausdehnen. Insgesamt wird unter dem mittleren Szenarientrend die Wasserverfügbarkeit um ca. 15 % abnehmen. Außerdem werden sich durch die steigenden Temperaturen die Anbaubedingungen für wärmeliebende Ackerfrüchte in der Landwirtschaft verbessern. Die Unsicherheit des Klimatrends ist dort am größten, wo auch die lokalen Änderungen am größten sind. <br><br> Die Simulationsergebnisse für das Nuthe-Teileinzugsgebiet der Elbe zeigen, das Retentionsprozesse im Untergrund und in den Feucht- und Auengebieten einen starken Einfluss auf die Wasserqualität und die Nitratkonzentration der Oberflächengewässer haben, da sie durch ihre Lage im Einzugsgebiet eine Schnittstelle zwischen dem umliegenden Einzugsgebiet und den Flüssen und Seen bilden. Die relativ hohe Umsetzung von Nitrat im Einzugsgebiet der Nuthe kann dadurch erklärt werden, dass Nitrat eine relativ lange Aufenthaltszeit im Grundwasser (im Mittel 40 Jahre) mit einer hohen Nitratumsetzungsrate hat, und durch die guten Denitrifizierungsbedingungen in den Feucht- und Auengebieten. Dazu kommt noch, dass große Nitratmengen durch die Pflanzen in den Feuchtgebieten aus dem Grundwasser aufgenommen werden. <br><br> Zusammenfassend kann man sagen, das sich die Ökosysteme und die Gesellschaft im Elbeeinzugsgebiet unter Szenarienbedingungen auf niedrigere Wasserverfügbarkeit einstellen müssen. Die Wasserqualität wird sich grundsätzlich zwar weiter verbessern, aber aufgrund der langen Verweilzeit der Nährstoffe im Grundwasser wird dies insbesondere in den Teileinzugsgebieten, in denen die geochemischen Bedingungen für einen hohen Nährstoffumsatz nicht gegeben sind, noch relativ lange dauern.

Ziel der Arbeit war die Beurteilung der räumlichen Verteilung und Struktur von Feldhecken hinsichtlich ihrer Wirkung für Hochwasser- und Naturschutz, sowie die Analyse von agrarökonomischen Faktoren, welche die Anlage von Hecken fördern beziehungsweise behindern. Folgende Fragen standen bei den Untersuchungen im Mittelpunkt: Wie muss eine Hecke sowohl aus naturschutzfachlicher als auch hydrologischer Sicht aufgebaut sein, um eine optimale Wirkung zu erzielen, und wie müssen die Rahmenbedingungen für Landwirte aussehen, damit Heckenstrukturen nicht nur erhalten, sondern auch neu angelegt werden können? Um diese komplexen Fragen zu beantworten, wurden verschiedene methodische Ansätze zur Analyse ökologischer, hydrologischer und entscheidungsbildender Prozesse gewählt. Um die Ergebnisse der verschiedenen Skalenarten (ordinal / kardinal) zu vergleichen und dabei aus verschiedenen Optionen eine für alle Ziele optimale Vorzugsvariante zu ermitteln, wurde am Ende eine Nutzwertanalyse durchgeführt. / There were two main purposes of the study; the evaluation of the spatial distribution and structural patterns of hedgerows in regard to their impact on flood prevention and nature conservation, and the investigation of factors facilitating or constraining the establishment of hedgerows. On the basis of this assessment, knowledge based recommendations were developed for the facilitation of hedgerows in agricultural landscapes in mountainous areas such as the Erzgebirge. The following questions were the main focus of the investigation: how should a hedgerow be composed to obtain the optimal effect from the nature conservation as well as the flood prevention point of view, and how should the general requirements for farmers be constructed so that hedgerows are not only maintained but also newly established. To answer these complex questions different methodologies were applied for analysing ecological, hydrological and decision-forming processes. In order to compare the results and hedgerow alternatives to determine the optimal choice, a value-benefit analysis was performed.

Applications of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) are common. However, few attempts have focused on the tropics like in the Yen Bai province, Vietnam. Annual water-induced soil erosion (WSE) rates and surface runoff (SR) were estimated. The Nam Kim and Ngoi Hut watersheds were calibrated with accepted agreement between simulated and observed discharge. Correlations between precipitation, land covers, surface runoff and WSE were indicated. Although the estimated average WSE 4.1 t ha−1 year−1 (t ha−1 y−1) was moderate, some steep-bare areas were suffering serious soil loss of 26 t ha−1 y−1 and 15% of the province was calculated at the rate of 8.5 t ha−1 y−1. We found that the changes in WSE significantly correlated with land use changes. As calibrated SR matched closely with the measured data, we recommend SWAT applications for long-term soil erosion assessments in the tropics. / Những ứng dụng của mô hình công cụ đánh giá đất và nước (SWAT) đã được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên có rất ít nghiên cứu tập trung vào khu vực nhiệt đới như tỉnh Yên Bái của Việt Nam. Trong nghiên cứu này, giá trị trung bình năm (2001-2012) nước chảy bề mặt (NCM) và xói mòn đất do nước (XM) đã được đánh giá trên cơ sở mô hình SWAT. Các thông số thủy văn của hai lưu vực sông là Nậm Kim và Ngòi Hút được tính toán và kiểm nghiệm với sự trùng hợp tương đối tốt giữa kết quả mô hình và số liệu thực đo. Mối liên hệ giữa lượng mưa, phủ bề mặt, NCM và XM cũng được phân tích và trình bầy chi tiết. Mặc dù giá trị XM năm được ước lượng ở mức trung bình cho toàn Tỉnh (4,1 tấn/ha/năm) nhưng ở một số khu vực nơi có độ dốc lớn và phủ mặt ít lại có lượng XM năm ở mức cao, 26 tấn/ha/năm và 15% tổng diện tích của Tỉnh có giá trị XM là 8,5 tấn/ha/năn. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự liên hệ mật thiết giữa sự thay đổi phủ mặt tới giá trị XM. Trên cơ sở kết quả kiểm nghiệm mô hình khả quan, chúng tôi đề xuất sử dụng mô hình SWAT để đánh giá XM trong thời gian dài cho vùng nhiệt đới.

Ziel der Arbeit war die Beurteilung der räumlichen Verteilung und Struktur von Feldhecken hinsichtlich ihrer Wirkung für Hochwasser- und Naturschutz, sowie die Analyse von agrarökonomischen Faktoren, welche die Anlage von Hecken fördern beziehungsweise behindern. Folgende Fragen standen bei den Untersuchungen im Mittelpunkt: Wie muss eine Hecke sowohl aus naturschutzfachlicher als auch hydrologischer Sicht aufgebaut sein, um eine optimale Wirkung zu erzielen, und wie müssen die Rahmenbedingungen für Landwirte aussehen, damit Heckenstrukturen nicht nur erhalten, sondern auch neu angelegt werden können? Um diese komplexen Fragen zu beantworten, wurden verschiedene methodische Ansätze zur Analyse ökologischer, hydrologischer und entscheidungsbildender Prozesse gewählt. Um die Ergebnisse der verschiedenen Skalenarten (ordinal / kardinal) zu vergleichen und dabei aus verschiedenen Optionen eine für alle Ziele optimale Vorzugsvariante zu ermitteln, wurde am Ende eine Nutzwertanalyse durchgeführt. / There were two main purposes of the study; the evaluation of the spatial distribution and structural patterns of hedgerows in regard to their impact on flood prevention and nature conservation, and the investigation of factors facilitating or constraining the establishment of hedgerows. On the basis of this assessment, knowledge based recommendations were developed for the facilitation of hedgerows in agricultural landscapes in mountainous areas such as the Erzgebirge. The following questions were the main focus of the investigation: how should a hedgerow be composed to obtain the optimal effect from the nature conservation as well as the flood prevention point of view, and how should the general requirements for farmers be constructed so that hedgerows are not only maintained but also newly established. To answer these complex questions different methodologies were applied for analysing ecological, hydrological and decision-forming processes. In order to compare the results and hedgerow alternatives to determine the optimal choice, a value-benefit analysis was performed.