Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II

Präsentation zum Thema: "Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II"—  Präsentation transkript:

1 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie II
Vorlesung 6 Themen: Stickstoff- und Phosphat-Eintrag Interaktion Oberflächengewässer / Grundwasser bei Nährstoffbelastungen Gefährdungsabschätzung der Erosion auf der Basis der ABAG Anforderungen an die Landwirtschaft

2 Lehrziele der Veranstaltung
erschaffen bewerten analysieren anwenden Sie entwickeln selbstständig Maßnahmen zur Erosionsminderung in Gewässereinzugsgebieten. verstehen Sie verstehen und klassifizieren Maßnahmen zur Erosionsminderung in der Landwirtschaft. Sie kennen die Zusammenhänge zwischen Stoffeintrag einerseits und Erosion sowie Auswaschungsgefährdung andererseits. erinnern Sie kennen die Einflussgrößen des Bodenabtrages.

3 Diffuser Stoffeintrag
Stickstoff Eintrag Phosphat Eintrag (via Bodenpassage) vorwiegend vertikale Fließ-prozesse zum Grundwasser und von dort in die Gewässer (via Erosion) vorwiegend oberflächennahe, horizontale Fließprozesse Erosionspotenzial Grundwasserebene Auswaschungsgefährdung

4 Interaktion Oberflächenwasser - Grundwasser
Ergebnis: Influente (wasserabgebende) Gewässer oder effluentes (ausfließendes) Grundwasser

5 Stoffeintrag Ungesättigte Bodenzone Ort der Beurteilung
Schadstoffquelle Ungesättigte Bodenzone Ort der Beurteilung Bildzitat: Meyer, LFA Grundwasserleiter

6 Interaktion Oberflächenwasser - Grundwasser
Oberflächengewässer signifikante anthropogene Belastungen durch diffuse Quellen NRW Fachinformationssystem Diffuse Quellen (FIS DQ) Grundwasser Risikoanalyse bezüglich der Belastung Verknüpfung der punktuellen und diffusen Belastungen sowie der Standorteigenschaften Grundwasser abhängige Ökosysteme NRW Beschreibung der Bodenverhältnisse Die Deckschichteneigenschaften sowie deren Funktionen werden Bestandteil der Maßnahmenplanung

7 Zielbestimmung beim Stoffeintrag
Bestimmung der Erosionsgefährdung Ermittlung der Austauschhäufigkeit und Bestimmung des nutzungsabhängigen Auswaschungspotenzials Räumliche Identifikation der Interaktionszonen Oberflächenwasser & Grundwasser

8 Bestimmung der Austauschhäufigkeit
Methode: Austauschhäufigkeit = Sickerwasserrate / FKWe [1/a] Daten: - Sickerwasserrate (GLADIS) - Feldkapazität des effektiven Wurzelraums (digitale Bodenkarte 1:50.000) Format: Vektor Bezug: Bodenpolygone BK50

9 Auswaschungsgefährdete Bereiche
Methode: nutzungsbezogene Bewertung der Austauschhäufigkeit Daten: - Nutzung (ATKIS) - Austauschhäufigkeit Format: Vektor Bezug: Teileinzugsgebiet

10 Ergebnis Auswaschungsgefährdung
keine sehr hoch hoch mittel gering sehr gering Auswaschungsgefährdung

11 Erosionsgefährdete Bereiche
Methode: Allgemeine Bodenabtragsgleichung – ABAG Daten: - Isoerodentenkarte - Bodenerodierbarkeit (BK50) - Neigung (DGM5) - Nutzung (ATKIS) Format: Raster Bezug: Pixel (10 m x 10 m)

12 Ergebnis Erosionsgefährdung
keine sehr hoch hoch mittel gering sehr gering Erosionsgefährdung

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

14 Allgemeine Bodenabtragsgleichung
Erläuterung: Der Regenfaktor ist ein Maß für die gebietsspezifische Erosionskraft des Regens. Dieser Wert stellt eine Verknüpfung zwischen der Niederschlagsintensität und der resultierenden kinetischen Energie her. Datenquelle: Isoerodentenkarte des Geologischen Dienstes NRW, Stand August 2002 Verfügbarkeit: 100% der Landesfläche NRW# A = R  K  LS  C  P Regenfaktor (Erosivität des Regens)

15 Gefährdungsabschätzung durch Erosion
A = R  K  LS  C  P

16 Niederschlag und kinetische Energie
medianer Durchmesser [mm] Fallge- schwindigkeit [m/s] kinetische Energie [kJ/m² x h] Intensität [mm/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

17 Bodenerodierbarkeitsfaktor
Erläuterung: Der Bodenerodierbarkeitsfaktor beschreibt die Erosionsanfälligkeit des Bodens. Es wird das Abtragsverhältnis zu einem „Standardhang“ als Funktion von der Korngrößenverteilung, dem Anteil organischer Substanz, der Aggregatklasse des Oberbodens sowie der Durchlässigkeitsklasse abgeleitet. Datenquelle: Digitaler Bodenkarte des Geologischen Dienstes NRW Verfügbarkeit: 99,03% der Landesfläche NRW A = R  K  LS  C  P Bodenerodierbarkeits- faktor

18 Bodenerodierbarkeitsfaktor
A = R  K  LS  C  P

19 Topographiefaktor Erläuterung:
Der Topographiefaktor berücksichtigt das Gelände, Verhältnis des Abtrags eines Hanges beliebiger Länge und Neigung zu einem „Standardhang“, Verknüpfung von Hanglänge und Geländeneigung: LS = (L/22)m  (65,41  sin²  + 4,56  sin  + 0,065) A = R  K  LS  C  P Topographiefaktor

20 Höhenmodell Eifel-Rur
A = R  K  LS  C  P N

21 Höhenmodell Eifel-Rur
A = R  K  LS  C  P Aachen

22 Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor
Erläuterung: Auswirkungen der Bodennutzung / Bepflanzung. Der Wert ist abhängig von der Kulturpflanze: Ackerflächen 0,250 (Mittelwert) Sonderkulturen 0,200 Grünland 0,004 Wald 0,002 Sonstige Flächen 0,000 Datenquelle Ableitung aus ATKIS NRW (über LUA), Verfügbarkeit 100% der Landesfläche NRW A = R  K  LS  C  P Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor

23 Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor
A = R  K  LS  C  P

24 Erosionsschutzfaktor
Erläuterung: Der Erosionsschutzfaktor beschreibt den Einfluss von Erosionsschutzmaßnahmen, z.B. Furchenbildung parallel / senkrecht zu den Höhenlinien Datenquelle keine daher P = 1 (keine Schutzmaßnahmen) A = R  K  LS  C  P Erosionsschutzfaktor

25 Gesamtergebnis Erosionsgefährdung
A = R  K  LS  C  P Gesamtergebnis

26 Anforderungen an die Landwirtschaft
Grundsätzlich gilt: Jeder hat sich so zu verhalten, dass schädliche Bodenveränderungen gar nicht erst entstehen können. => Pflicht zur Vorsorge Bei bestehenden schädlichen Bodenveränderungen sind Sanierungs-, Schutz- oder Beschränkungsmaß- nahmen zu ergreifen. => Pflicht zur Gefahrenabwehr Schlußfolgerungen: Schadstoffbelastungen verhindern Erosionsprozesse vermeiden Schadverdichtungen vorbeugen

27 Gute fachliche Praxis Standort- und witterungsgerechte Bodenbearbeitung Erhaltung oder Verbesserung der Bodenstruktur Vermeidung von Bodenschadverdichtungen Vermeidung von Bodenabträgen (Erosion) Erhaltung naturbetonter Strukturelemente der Feldflur (z.B. Hecken, Feldgehölze, Feldraine) Erhaltung und Förderung der biologischen Aktivität des Bodens Erhaltung des standorttypischen Humusgehaltes

28 Verringerung von Schadstoffeinträgen
Einsatz schwermetallarmer Mineraldünger Verminderung unnötig hoher Zusätze an Kupfer, Zink und Antibiotika in Futtermitteln, zur Entlastung der Frachten in Gülle oder Festmist Einschränkung der Verwertung von Klärschlämmen auf besonders nährstoffreiche und schadstoffarme Schlämme Nur gütegesicherte Komposte entsprechend der Bioabfallverordnung ausbringen

29 Maßnahmen gegen Bodenerosion
Bildzitat: MUNLV NRW

30 Maßnahmen gegen Bodenerosion
Reduzierung der Zeitspannen ohne oder nur geringer Bodenbedeckung durch Untersaaten, Zwischenfruchtanbau oder Strohmulch Anwendung erosionsmindernder Bodenbearbeitungs- und Bestellverfahren wie konservierende Bodenbearbeitung mit Mulch oder Direktsaat Vermeidung hangabwärts gerichteter Bearbeitungsspuren Aufbau und Erhalt eines stabilen Bodengefüges, z.B. durch Zufuhr organischer Substanz und Kalk Vermeiden von Krumenbasis- und Unterbodenverdichtungen Unterteilung langer Hänge, die sonst durchgehend mit erosionsfördernden Kulturen bestellt wurden Anlage von Grünstreifen quer zum Hang Dauerhafte Begrünung von besonders gefährdeten Tiefenlinien

31 Unterschiede der Bodenbearbeitung
Konventionelle Bodenbearbeitung Konservierende Bodenbearbeitung Direktsaat Bodenbearbeitung mit Pflug, Einarbeiten von bis zu 90 Prozent der Pflanzenrückstände Scheibenegge, Einebnen der Oberfläche Bodenbearbeitung mit Grubber zur Saatbettbereitung Aussaat Scheibenegge zur Saatbettbereitung Herbizidanwendung Hacken Ernte Untergrundlockerung, Einarbeiten von bis zur Hälfte der Pflanzen- rückstände Bodenbearbeitung mit Grubber Aussaat Herbizidanwendung Hacken Ernte Herbizidanwendung Aussaat Ernte

32 Einfluss der Bodenbearbeitung
Bildzitat: Spektrum der Wissenschaft

33 Vor- und Nachteile Direktsaat
Vorteile weniger Erosion bessere Bodenfeuchtigkeit gesünderer Boden weniger Arbeits- und Benzinkosten weniger Sediment- und Düngereintrag in Gewässer günstigere CO2 Bilanz Nachteile Umstellung auf Direktsaat anfangs schwierig Ausrüstung zunächst teuer mehr Herbizide notwendig auftretende Unkräuter, Krankheiten, Schädlinge nicht unbedingt vorhersagbar anfangs oft mehr Stickstoffdünger nötig Pflanzen können langsamer keimen; dadurch vielleicht geringerer Ertrag

34 Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 1
Bildzitat: MUNLV NRW

35 Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 2
Befahrbarkeit des Bodens verbessern Konservierende Bodenbearbeitung Lockern mit dem Grubber Pflanzenreste, Mulch und organische Düngung fördern die Tätigkeit von Regenwürmern und anderen Bodenorganismen, stabilisieren die Bodenstruktur und erhöhen letztendlich die Tragfähigkeit Absenken mechanischer Belastungen Einsatz von z.B. Breit-, Terra-, Zwillingsreifen Verminderter Reifendruck Nichtausschöpfen der Lade-/Bunkerkapazität Senken der Überrollhäufigkeit

36 Vorsorge zum Schutz vor Schadverdichtungen 3
Anwendung technischer Möglichkeiten Automatische Reifendruckregelsysteme Raupenfahrwerke Dreiradfahrwerke Knicklenkung Bildzitat: MUNLV NRW

37 Creative Common Lizenz 4.0