Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Themen: Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung

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

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

Regenfaktor R 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.

Niederschlag und kinetische Energie Intensität [mm/h] medianer Durchmesser [mm] Fallge- schwindigkeit [m/s] kinetische Energie [kJ/m² x h] Sprühregen 0,2 0,10 0,200 10-3 Nieselregen 0,5 1,00 4,200 100 Leichter Regen 1,0 1,20 4,900 101 Starker Regen 15,0 2,10 6,900 103 Gewitterregen 100,0 3,00 8,400 104

Bodenerodierbarkeitsfaktor K 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. Gewässer Einzugsgebiet K-Faktor [(t*h)/(ha*N)] 0.0 - 0.1 0.1 - 0.2 0.2 - 0.3 0.3 - 0.4 0.4 - 0.5 0.5 - 0.6

Topografiefaktor S Gewässer Einzugsbebiet S-Faktor 0.07 – 0.11 0.11 – 0.30 0.30 – 0.96 0.96 – 2.86 >2.86 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∗𝑠𝑖 𝑛 2 𝛼+4,56∗ sin 𝛼 +0,065)

Bodenbedeckungsfaktor C und Erosionsschutzfaktor P 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 Gewässer Einzugsbebiet C-Faktor 0.001 0.004 0.200 0.250 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).

Ergebnis der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung Gewässer Einzugsbebiet Potenzieller Abtrag [t/(ha*a)] 0 - 1 (geringe Gefährdung) 1 - 5 (mittlere Gefährdung) >5 (starke Gefährdung) Ergebnis der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung Mittleres Abtragspotenzial des Einzugsgebietes: 1,11 t/(ha*a) auf den erosionsrelevanten 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.

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 Modellrändern stimmten nicht überein, so dass gesonderte Methoden zum Randabgleich notwendig wurde.

Modellergebnis für den Aachener Kessel Höhenmodell [mNN] -44,25 - 36,37 36,38 - 117,00 117,01 - 197,63 197,64 - 278,26 278,27 - 358,89 358,90, -439,52 439,53 - 520,15 520,16 - 600,78 600,79 - 681,41

Vergleich von CORINE und ATKIS Daten als Basis für die ABAG Bröl (Nebenfluss der Sieg) Einzugsgebiet: 217 km2 Lauflänge: 45 km Höhenlage: 67 - 398 m Mittleres Gefälle: 6 ‰

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 1:100.000.

ATKIS Datenbasis (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 1:15.000

Gegenüberstellung CORINE/ ATKIS

Gegenüberstellung CORINE/ ATKIS

Auswirkungen auf ABAG Berechnungen 80.000 70.000 60.000 [t/(ha*a)] 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000

Ergebnis für das Fallbeispiel Mittelgebirgseinzugsgebiet 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.

Fallbeispiel 2: Tieflandeinzugsgebiet Schwalm Einzugsgebietsgröße: 254 km² Lauflänge in NRW: 33 km Höhenlage: 28 - 85 m Mittleres Gefälle: 1,7 ‰

Gegenüberstellung ATKIS / CORINE

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