Wastewater treatment is of great financial concern in many states of Germany. In the rural areas of the Saarland (German state at the border to Luxembourg and France) investments for wastewater treatments in the next years will mount up to 400 mio. €. Nevertheless, decision makers are still left with the question, if these investments result in an effective and sustainable water treatment. To answer this question, the ministry of environment, related authorities and the University of the Saarland (Geographical Institute) started a Project to investigate seven small headwater catchments with predominantly Triassic series of Muschelkalk. Aims of this study were the following: (i) the description of the spatial variability of water chemistry upstream and downstream of small villages (in these villages only mechanically treated waste water is discharged into the brooks), (ii) calculation of nutrient loads of differently managed catchments (predominantly woodland, meadows or fields) and (iii) the relative importance of non-point pollution sources to point pollution sources. Results indicated that spatial variability of nitrate concentration during base-flow conditions was quite similar in intensively used agricultural areas. Nitrogen fluxes were predominantly controlled hydrologically. The nitrogen load (kg N per ha) from non-point pollution sources amounts from 32.5 to 43 kg N / ha * a in intensively used agricultural areas. This load, forecast to one square-km, is equal to the N-load of 800 " 1000 population equivalents. Thus, non-point pollution sources are a major part of the overall nitrogen pollution in the rural areas. The results are important criterias for the sewage disposal plan of the Saarland (disposal plans are obligate according to German water law) and can serve as a first part of a river basin management according to the European Water Framework Directive. To lower non-point N-pollution changes in agricultural management practices are necessary.
Der Aufbau einer Klassifikation von Einzugsgebieten (EZG) auf Basis des Abflussverhaltens und der Gebietseigenschaften sowie die Regionalisierung von Abflussparametern sind Kernthemen der Hydrologie. Die Ziele dieser Arbeit sind der Aufbau einer Klassifikation für EZGs mit hoher räumlicher Auflösung nach dem Abflussverhalten und der Gebietseigenschaften, die Identifikation abflussrelevanter, physiogeografischer und klimatischer Gebietseigenschaften und die Regionalisierung von Abflussverhalten und Modellparametern auf Basis von Klassifikationen. Dabei wird untersucht, ob sich 53 häufig benachbarte und z.T. ineinander geschachtelte Einzugsgebiete in Rheinland-Pfalz für eine Klassifikation eignen und wie das Abflussverhalten für die Beurteilung von Ähnlichkeiten beschrieben werden kann. Das Abflussverhalten der EZGs wird mit einer großen Anzahl von Ereignis-Abflussbeiwerten je EZG und Abflussdauerlinien (Flow-Duration Curves) der EZGs beschrieben, die das Abflussverhalten umfassend und mit einer ausreichenden Trennschärfe abbilden. Gebietseigenschaften, die das Abflussgeschehen dieser EZG dominieren, sind langjährige, mittlere Niederschlagssummen, die mittlere potentielle Verdunstung, die Topografie und die Speichermöglichkeiten im EZG. Für den Aufbau und die Anwendung der EZG-Klassifikationen wird ein hierfür entwickeltes Verfahren eingesetzt, dass auf Selbstorganisierenden Merkmalskarten (Self-Organizing Maps, SOM) basiert. Vorteile dieses Verfahrens gegenüber vielen konventionellen Verfahren sind Qualitätsmaße, die datenbasierte Bestimmung wichtiger Parameter, aussagestarke Visualisierungen der Ergebnisse und die Klassifikation und Regionalisierung mit einer Methode. Die Auswertung von zwei separaten Klassifikationen, nach dem Abflussverhalten und nach den physiogeografischen und klimatischen Gebietseigenschaften, stellen einen direkten Zusammenhang zwischen Abfluss- und Gebietseigenschaften her. Der Überschneidungsbereich der beiden Klassifikationen ist die Grundlage für die Übertragung von Abflussinformationen auf unbeobachtete Gebiete (Regionalisierung). Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode der Clusteranalyse, Klassifikation und Regionalisierung mit SOM und den genannten Abfluss- und Gebietskennwerten geeignet ist, EZGs mit einer hohen räumlichen Auflösung treffend und detailliert zu klassifizieren sowie Abflussparameter zu regionalisieren.