Möglichkeiten und Grenzen der Validierung flächenhaft modellierter Nitrateinträge ins Grundwassermit der N2/Ar-Methode

Eschenbach, Wolfram; Budziak, Dörte; Elbracht, Jörg GND; Höper, Heinrich; Krienen, Lisa; Kunkel, Ralf GND; Meyer, Knut GND; Well, Reinhard GND; Wendland, Frank GND

Valide Modelle zur flächenhaften Abschätzung von Nitratausträgen aus der Landwirtschaft ins Grundwasser sind ein unerlässliches Prognosewerkzeug. Eine wesentliche Herausforderung für die Validierung solcher Modelle ist die räumliche und zeitliche Inkongruenz zwischen Daten aus Grundwassermessstellen und modellierten Nitrateinträgen ins Grundwasser und der Umstand, dass viele der bestehenden Grundwassermessstellen bisher nicht zur Validierung genutzt werden können. Mithilfe der N2/Ar-Methode können erstmals auch Grundwassermessstellen, die reduziertes Grundwasser fördern, zur Modellvalidierung verwendet werden. Dazu wurden niedersachsenweit über 484 Grundwassermessstellen beprobt und jeweils mit dem DENUZ-Modell modellierte potenzielle Nitratkonzentrationen im neugebildeten Grundwasser mit Nitrateintragskonzentrationen, die mit der N2/Ar-Methode berechnet wurden, verglichen. Die Ergebnisse der Modellvalidierung zeigen eine gute Übereinstimmung beider Methoden im Bereich der niedersächsischen Geest. In grundwassernahen Niederungsregionen, in denen Nitratabbauprozesse im Boden und Grundwasser ineinander übergehen, modelliert das DENUZ-Modell ca. 27% höhere Nitratemissionen ins Grundwasser als die N2/Ar-Methode. Die hohe räumliche und zeitliche Variabilität der Nitrateinträge ins Grundwasser bedingt die Einbeziehung einer großen Anzahl von Grundwassermessstellen bei der Modellvalidierung.

Valid models for estimating nitrate emissions from agriculture to groundwater are an indispensable forecasting tool. A major challenge for model validation is the spatial and temporal inconsistency between data from groundwater monitoring points and modelled nitrate inputs into groundwater, and the fact that many existing groundwater monitoring wells cannot be used for validation. With the help of the N2/Ar-method, groundwater monitoring wells in areas with reduced groundwater can now be used for model validation. For this purpose, 484 groundwater monitoring wells were sampled in Lower Saxony. For the first time, modelled potential nitrate concentrations in groundwater recharge (from the DENUZ model) were compared with nitrate input concentrations, which were calculated using the N2/Ar method. The results show a good agreement between both methods for glacial outwash plains and moraine deposits. Although the nitrate degradation processes in groundwater and soil merge seamlessly in areas with a shallow groundwater table, the DENUZ model only calculates denitrification in the soil zone. The DENUZ model thus predicts 27% higher nitrate emissions into the groundwater than the N2/Ar method in such areas. To account for high temporal and spatial variability of nitrate emissions into groundwater, a large number of groundwater monitoring points must be investigated for model validation.

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Eschenbach, Wolfram / Budziak, Dörte / Elbracht, Jörg / et al: Möglichkeiten und Grenzen der Validierung flächenhaft modellierter Nitrateinträge ins Grundwassermit der N2/Ar-Methode. 2018.

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