Modellbeschreibung

WorldQual Lite ist eine vereinfachte Python-Implementierung des WorldQual-Wasserqualitätsmodells. Das Modell berechnet monatliche und jährliche Gesamtphosphor-Frachten (TP) auf Einzugsgebietsebene und differenziert dabei zwischen Punkt- und diffusen Quellen.

Zentrale Fragestellung: Wie hoch ist die Phosphorfracht in einem Gewässer, und welchen Beitrag leisten die einzelnen Eintragspfade?

Berücksichtigte Phosphorquellen

Das Modell differenziert zwischen drei Punkt- und fünf diffusen Quellen:

Quelle	Beschreibung	Typ
Häusliches Abwasser (angeschlossen)	Abwasser der an die Kanalisation angeschlossenen Bevölkerung, nach Behandlungsstufe differenziert	Punktquelle
Streusiedlungen	Abwasser der nicht angeschlossenen Bevölkerung (Klärgruben, Latrinen, offene Defäkation)	Punktquelle
Industrieabwässer	Phosphorfracht aus Produktionsrückläufen	Punktquelle
Anorganischer Dünger	Mineraldüngerapplikation auf Ackerflächen, differenziert nach 21 Kulturtypen	Diffus
Viehwirtschaft	Tierexkremente, differenziert nach 12 Viehkategorien	Diffus
Atmosphärische Deposition	Phosphoreintrag über Niederschlag	Diffus
Chemische Verwitterung	Natürlicher Phosphoreintrag aus Gesteinsverwitterung	Diffus
Urbaner Oberflächenabfluss	Abfluss von versiegelten Flächen in Siedlungsgebieten	Diffus

Berechnungsablauf

Das Modell iteriert über Jahre → Monate → Rasterzellen. Pro Zelle werden acht Phosphorquellen berechnet, deren Beiträge anschließend auf Einzugsgebietsebene aggregiert werden.

flowchart LR
    subgraph Input
        UNF["UNF-Rasterdaten\n(Abfluss, Vieh,\nDünger, Erosion)"]
        DB["Länderdaten\n(CSV: Bevölkerung,\nKläranlagen)"]
        Basin["Einzugsgebiets-\nZellenliste"]
    end

    subgraph Verarbeitung["Verarbeitung (WorldQual_Lite_TP.py)"]
        direction TB
        Loop["Iteration über\nJahre × Monate\n× Rasterzellen"]
        Quellen["Berechnung der\n8 TP-Quellen"]
        Erosion["Erosionsfaktor\n(Fink et al.)"]
        Retention["Retentionsfaktor\n(Vollenweider)"]
        Loop --> Quellen --> Erosion --> Retention
    end

    subgraph Output
        CSV["CSV-Datei\n(monatl./jährl.\nFrachten)"]
        Plot["Karte / Plot"]
    end

    UNF --> Verarbeitung
    DB --> Verarbeitung
    Basin --> Verarbeitung
    Verarbeitung --> CSV
    Verarbeitung --> Plot

Der Erosionsfaktor nach Fink et al. bestimmt, welcher Anteil der diffusen Frachten tatsächlich in das Gewässer gelangt. Der Retentionsfaktor nach Vollenweider berücksichtigt die Rückhaltung in stehenden Gewässern.

Abgrenzung zur Vollversion

Eigenschaft	WorldQual (Vollversion)	WorldQual Lite
Implementierung	C++	Python
Wasserqualitätsparameter	BOD, TDS, FC, TN, TP, Pestizide	Nur TP
Instream-Transport	Vollständiges Fluss-Routing mit Abbau	Nicht implementiert (Frachtsummierung)
Räumlicher Umfang	Kompletter Kontinent	Einzelnes Einzugsgebiet
Retention	Physikbasiert (Seen, Flussabschnitte)	Vereinfacht nach Vollenweider
Datenquelle	MySQL (erforderlich)	MySQL oder CSV-Dateien

Weiterführend: Architektur & Berechnungslogik · Mathematische Grundlagen