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Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung Vorlesung 10 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie.

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Präsentation zum Thema: "Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung Vorlesung 10 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie."—  Präsentation transkript:

1 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung Vorlesung 10 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen:

2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken analysieren anwenden verstehen erinnern Lehrziele der Veranstaltung erschaffen bewerten Sie bewerten die Ergebnisse der ABAG anhand der Eingangsgrößen. Sie verstehen das Prinzip zur Ermittlung des Bodenabtrages mit der allgemeinen Bodenabtragsgleichung und kennen die Einfluss- größen.

3 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bestimmung der Erosionsgefährdung R: Regenfaktor (Erosivität Regen) K: Bodenerodierbarkeitsfaktor (Anfälligkeit des Bodens) LS: Topographiefaktor C: Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor P: Erosionsschutzfaktor A = R x K x LS x C x P [t / ha x a] Basis: Allgemeine Bodenabtragsgleichung („ABAG“)

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gewässer Einzugsgebiet 50 [N/(h*a)] 60 [N/(h*a)] R-Faktor Der Regenfaktor ist ein Maß für die gebietsspezifische Erosionskraft des Regens. Mit dem Faktor werden die Einflüsse der kinetischen Energie sowie der Niederschlagsintensität aller erosionswirksamen Einzelregen berücksichtigt. Als Datenquelle kann die Isoerodentenkarte des Geologischen Dienstes NRW herangezogen werden. Regenfaktor R

5 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Intensität [mm/h] medianer Durchmesser [mm] Fallge- schwindigkeit [m/s] kinetische Energie [kJ/m² x h] Sprühregen 0,2 0,10 0,200 Nieselregen 0,5 1,00 4,200 Leichter Regen 1,01,20 4,900 Starker Regen 15,0 2,10 6,900 Gewitterregen 100,0 3,008, Niederschlag und kinetische Energie

6 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gewässer Einzugsgebiet K-Faktor [(t*h)/(ha*N)] Der Faktor beschreibt die Erosionsanfälligkeit des Bodens. Er ist abhängig von: der Körngrößenverteilung dem Anteil an organischer Substanz der Aggregatklasse des Oberbodens der Durchlässigkeit Die Informationen sind aus den digitalen Bodenkarten des Geologischen Dienstes zu entnehmen. Bodenerodierbarkeitsfaktor K

7 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Mit dem Faktor wird das Verhältnis des Abtrags eines Hangs vorgegebener Neigung zu einem Standardhang abgebildet. In die Berechnung gehen die Hanglänge und die Gelände- neigung ein. LS = (L/22)m  (65,41  sin²  + 4,56  sin  + 0,065) Gewässer Einzugsbebiet S-Faktor 0.07 – – – – 2.86 >2.86 Topografiefaktor S

8 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gewässer Einzugsbebiet C-Faktor Der Faktor beschreibt die Boden- nutzung sowie die Bepflanzung. Die Wertzuweisung erfolgt beispielsweise anhand von ATKIS-Kategorien: Bebaute Fläche = 0,0 Grünland = 0,004 Wald = 0,002 Ackerfläche = 0,25 Mit dem Erosionsschutzfaktor P können Erosionsschutzmaßnahmen berücksichtigt werden. Im Regelfall liegen keine belastbaren Informationen vor, so dass der Parameter als neutrale Größe in die Berechnung eingeht (P = 1,0). Bodenbedeckungsfaktor C und Erosionsschutzfaktor P

9 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gewässer Einzugsbebiet Potenzieller Abtrag [t/(ha*a)] (geringe Gefährdung) (mittlere Gefährdung) >5 (starke Gefährdung) Ergebnis der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung Mittleres Abtragspotenzial des Einzugsgebietes: 1,11 t/(ha*a) auf den erosions- relevanten Nutzflächen Die Methode liefert grundsätzlich plausible Werte; der Aufwand für die praktische Anwendung hält sich in Grenzen. Als Defizit ist die generelle Informationslücke bei den Erosionsschutzmaßnahmen anzusehen. Ergebnis der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung

10 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Beispielhafte Probleme bei der Anwendung der ABAG Das vorhandene landesweite DGM5 wiesen diverse Lücken auf, die durch Informationen des DGM 25 aufgefüllt werden mussten. Die Höhenangaben an den Modell- rändern stimmten nicht überein, so dass gesonderte Methoden zum Randabgleich notwendig wurde.

11 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Modellergebnis für den Aachener Kessel Höhenmodell [mNN] -44, ,37 36, ,00 117, ,63 197, ,26 278, ,89 358,90, -439,52 439, ,15 520, ,78 600, ,41

12 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bröl (Nebenfluss der Sieg) Einzugsgebiet: 217 km 2 Lauflänge: 45 km Höhenlage: m Mittleres Gefälle: 6 ‰ Vergleich von CORINE und ATKIS Daten als Basis für die ABAG

13 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken CORINE (CORINE LAND COVER) CORINE Land Cover Daten werden auf der Basis der computerunterstützten visuellen Photointerpretation von Satellitendaten mit Hilfe topografischer & thematischer Karten erstellt. Das Ziel ist die Ermittlung der Landnutzung im Arbeitsmaßstab 1:

14 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken (Amtliches topographisch- kartographisches Informationssystem) Die ATKIS Daten werden auf der Grundlage der DGK5 Orthophotos erstellt. Dabei ergibt sich eine Digitalisierungsgenauigkeit von  3 m. Das Ziel ist die Schaffung von Geobasisdaten im Arbeitsmaßstab 1: ATKIS Datenbasis

15 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken CORINE Gegenüberstellung ATKIS / CORINE

16 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gegenüberstellung ATKIS / CORINE ATKIS

17 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Siedlung Acker Grünland Wald sonstige LW Corine ATKIS Gegenüberstellung ATKIS / CORINE

18 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken ATKIS CORINE a CORINE b Obergrenze 30 [t/(ha*a)] ohne Obergrenze [t/(ha*a)] 1 2,2 0,1 1 3,6 0,1 Auswirkungen auf ABAG Berechnungen

19 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Bei der Anwendung von CORINE Daten für Mittelgebirgseinzugs- gebieten ist auf Grund der Lageungenauigkeit der Daten mit einer fehlerhaften Lokalisierung von Belastungsquellen und Maßnahmen zu rechnen. Die Flächenbilanzen weisen Abweichungen von bis zu 75 % gegenüber den ATKIS Daten auf. Hierdurch entstehen quantitative Fehler bei der Ermittlung von Belastungen. Als Basis für die Einbindung der Daten in die Berechnung der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung sind die CORINE Daten nicht geeignet. Ergebnis für das Fallbeispiel Mittelgebirgseinzugsgebiet

20 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Schwalm Einzugsgebietsgröße: 254 km² Lauflänge in NRW: 33 km Höhenlage: m Mittleres Gefälle: 1,7 ‰ Fallbeispiel 2: Tieflandeinzugsgebiet

21 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H. Nacken Gegenüberstellung ATKIS / CORINE Siedlung Acker Grünland Wald Corine ATKIS


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