Vorlesung Wasserwirtschaft Hydrologie I Vorlesung 10 Themen Bestimmung

Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I Vorlesung 10 Themen: Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung

Lehr- und Lernziele der Veranstaltung erschaffen bewerten Sie bewerten die Ergebnisse der ABAG anhand der Eingangsgrößen. analysieren anwenden verstehen Sie verstehen das Prinzip zur Ermittlung des Bodenabtrages mit der allgemeinen Bodenabtragsgleichung und kennen die Einflussgrößen. erinnern Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Wasserinduzierte Erosion Bildzitat: Bundesverband Boden e. V. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Wasserinduzierte Erosion Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Bestimmung der Erosionsgefährdung Allgemeine Bodenabtragsgleichung („ABAG“) Soil Moisture Equation A = R x K x LS x x P C R: Regenfaktor (Erosivität Regen) [ t / ha x a ] K: Bodenerodierbarkeitsfaktor (Anfälligkeit des Bodens) LS: Topographiefaktor C: Bodenbedeckungs- und Bodenbearbeitungsfaktor P: Erosionsschutzfaktor Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Regenfaktor R 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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Gewässer Einzugsgebiet R-Faktor 50 [N/(h*a)] 60 [N/(h*a)]

Niederschlag und kinetische Energie medianer Fallge. Intensität Durchmesser schwindigkeit [mm/h] [mm] [m/s] kinetische Energie [k. J/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 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Gewässer Einzugsgebiet K-Faktor [(t*h)/(ha*N)] 0. 0 - 0. 1 - 0. 2 - 0. 3 - 0. 4 - 0. 5 - 0. 6

Topografiefaktor S Mit dem Faktor wird das Verhältnis des Abtrags eines Hangs vorgegebener Neigung zu einem Standardhang abgebildet. In die Berechnung gehen die Hanglänge und die Geländeneigung ein. Gewässer Einzugsbebiet S-Faktor 0. 07 – 0. 11 – 0. 30 – 0. 96 – 2. 86 >2. 86 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Bodenbedeckungsfaktor C und Erosionsschutzfaktor P Der Faktor beschreibt die Bodennutzung sowie die Bepflanzung. Die Wertzuweisung erfolgt beispielsweise anhand von ATKISKategorien: Bebaute Fläche = 0, 0 Grünland = Wald = Ackerfläche = 0, 004 0, 002 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). Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Gewässer Einzugsbebiet C-Faktor 0. 001 0. 004 0. 200 0. 250

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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Gewässer Einzugsbebiet Potenzieller Abtrag [t/(ha*a)] 0 - 1 (geringe Gefährdung) 1 - 5 (mittlere Gefährdung) >5 (starke Gefährdung) Ergebnis der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung

Beispielhafte Probleme bei der Anwendung der ABAG Das vorhandene landesweite DGM 5 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 wurden. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Vergleich von CORINE und ATKIS Daten als Basis für die ABAG Bröl (Nebenfluss der Sieg) Einzugsgebiet: 217 km 2 Lauflänge: 45 km Höhenlage: 67 - 398 m Mittleres Gefälle: 6 ‰ Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert 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: 100. 000. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

ATKIS Datenbasis (Amtliches topographischkartographisches Informationssystem) Die ATKIS Daten werden auf der Grundlage der DGK 5 Orthophotos erstellt. Dabei ergibt sich eine Digitalisierungsgenauigkeit von 3 m. Das Ziel ist die Schaffung von Geobasisdaten im Arbeitsmaßstab 1: 15. 000 Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Gegenüberstellung CORINE/ ATKIS CORINE Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken ATKIS

Gegenüberstellung CORINE/ ATKIS 66 70 49 60 50 32 40 23 30 12 ATKIS 6 20 Corine 7 10 3 0 0 0 Siedlung Acker Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Grünland Wald sonstige LW

Auswirkungen auf ABAG Berechnungen 3. 6 80. 000 2. 2 70. 000 1 [t/(ha*a)] 60. 000 50. 000 1 0. 1 40. 000 30. 000 0. 1 20. 000 ohne Obergrenze 10. 000 0 ATKIS CORINE a Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken CORINE b Obergrenze 30[t/(ha*a)]

Ergebnis für das Fallbeispiel Mittelgebirgseinzugsgebiet • Bei der Anwendung von CORINE Daten für Mittelgebirgseinzugsgebiete 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. Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Fallbeispiel 2: Tieflandeinzugsgebiet Schwalm Einzugsgebietsgröße: 254 km² Lauflänge in NRW: 33 km Höhenlage: 28 - 85 m Mittleres Gefälle: 1, 7 ‰ Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken

Gegenüberstellung ATKIS / CORINE 57 43 27 21 25 8 15 2 Atkis Siedlung Acker Vorlesung Wasserwirtschaft & Hydrologie I | 10. Vorlesung |Univ. -Prof. Dr. -Ing. Heribert Nacken Grünland Wald Corine

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