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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:hbz:385-7611
URL: http://ubt.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2012/761/


Abflussgeschehen unter Wald - Validierung und Weiterentwicklung eines GIS-basierten Tools zur Erstellung von Abflussprozesskarten auf forstlich genutzten Standorten

Runoff behaviour in forests - Validation and Improvement of a GIS-based approach for creating maps of dominant runoff processes in silvicultural used areas

Hümann, Marco

Originalveröffentlichung: (2012) Trierer Bodenkundliche Schriften Band 19
pdf-Format:
Dokument 1.pdf (18.055 KB)

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SWD-Schlagwörter: Wald , Geoinformationssystem , Klimaänderung , Boden
Freie Schlagwörter (Deutsch): Abflussprozesse, Bodenhydrologie
Freie Schlagwörter (Englisch): Forest, Dominant Runoff Processes, GIS, Climate Change, Soil, Soilhydrology
Institut: Geographie und Geowissenschaften
Fakultät: Fachbereich 6
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Thiele-Bruhn, Sören (Prof. Dr.)
ISBN: 978-3-9813264-8-2
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 02.05.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 20.07.2012
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des EU INTERREG NWE IVB Projektes "ForeStClim - Transnational Forestry Management Strategies in Response to Regional Climate Change Impacts". Zum Zweck der Verbesserung des Prozessverständnisses von Abflussprozessen in Wäldern sowie zur Validierung und Weiterentwicklung eines GIS-basierten Tools (GIS-DRP) zur Erstellung von Abflussprozesskarten wurden auf 25 Test-Plots in vier Einzugsgebieten in Rheinland-Pfalz und dem Großherzogtum Luxemburg boden-hydrologische Untersuchungen durchgeführt.
Auf Grundlage dieser Untersuchungen konnten große intraspezifische Unterschiede im Abflussverhalten von Waldstandorten erhoben werden. Die Differenzen werden dabei hauptsächlich durch das Substrat, die bodenphysikalischen Eigenschaften, die Nutzung bzw. deren Intensität und die Vorfeuchte bedingt. Es wurde nachgewiesen, dass Wälder generell hohe Infiltrationsraten aufweisen und verzögerte Zwischenabflussprozesse begünstigen. Durch einen prinzipiell naturnahen Waldbau und etwaige Meliorationsmaßnahmen auf Niederertragsstandorten bestehen zudem Möglichkeiten positiv auf die Wasserretention und das Wasserspeichervermögen eines Forstbestandes einzuwirken.
Die mittels GIS-DRP erstellten Abflussprozesskarten der vier Testgebiete wurden durch die Ergebnisse der Geländeuntersuchungen sowie der Abflussprozesskartierung nach SCHERRER (2006) validiert. Hierdurch wurden für die Abflussgenerierung wichtige Parameter ermittelt und Optimierungsansätze erarbeitet, welche anschließend in GIS-DRP implementiert werden konnten. Verschlämmungsprozesse auf Ackerflächen können nun durch das modifizierte GIS-DRP-Werkzeug identifiziert werden. Zudem war es möglich, Extrem-Ereignis basierte Abflussprozesskarten zu etablieren, die Hot Spots der Abflussgenerierung identifizieren können. Die Einführung des Abflussprozesses „dSSF“ (tiefer Zwischenabfluss) wurde durch eine neue Klassifizierung des geologischen Ausgangssubstrates erreicht.
Forstwirten und Entscheidungsträgern im Waldmanagement wird somit die Möglichkeit geboten, Expertenwissen in ihre Planungen einfließen zu lassen. Hierdurch kann zum einen positiv auf den Landschaftswasserhaushalt eingewirkt werden, da gezielt auf Flächen nachteiliger Abflussbildung geeignete Maßnahmen des dezentralen Hochwasserschutzes angewandt werden können. Zum anderen werden Potentiale für bestmögliche Waldwachstumsvoraussetzungen in einem Landschaftsraum aufgezeigt. Der nachhaltigen Nutzung von Wäldern wird somit auch im Kontext des Klimawandels Rechnung getragen.
Kurzfassung auf Englisch: The present study is integrated in the EU INTERREG NWE IVB Project 'ForeStClim - Transnational Forestry Management Strategies in Response to Regional Climate Change Impacts'. The first objective of the study is to enhance the process knowledge of discharge generation in forested areas. The second objective is the validation and optimization of a GIS-based tool (GIS-DRP) to create maps that indicate Dominant Runoff Processes (DRP). Therefore, soil-hydrological experiments and discharge process mapping were conducted on 25 test plots, which are located in four catchments in Rhineland-Palatinate (Germany) and the Grand Duchy of Luxembourg.
Based on the results of the experimental research, major intra-specific differences within the discharge generation of forest stands could be determined. The parameters that affect these differences most are the geological substratum, the soil-physical properties, intensity of land use and prevailing soil moisture. It could be proven that forests possess generally high infiltration rates and contribute to a deceleration of subsurface flow processes. The implementation of methods like nature-orientated silviculture or amelioration measures on marginal earning sites provide opportunities that have a positive effect on water retention as well as the water storage capacity of forested areas.
The results of the field campaigns and the discharge process mapping according to SCHERRER (2006) validate the generated GIS-DRP-maps of the four investigated catchments. It was possible to identify and evaluate the important parameters that affect discharge generation. Subsequently, these findings were implemented in the GIS-DRP method for the optimization of the tool. The optimized GIS-DRP tool now also detects sealing effects on agriculturally used areas. Additionally, it was possible to establish DRP-maps based on extreme-events, which enables the identification of so-called “hot spots” of discharge generation. A new classification of the geological substratum realized the adoption of the dominant runoff process “dSSF” (deep subsurface flow).
The usage of the GIS-DRP tool provides an opportunity for foresters and decision makers in forest management to implement expert knowledge into their future planning. A positive effect on the water regime can be achieved: for areas with unfavorable discharge generation processes, appropriate measures of peripheral flood prevention can be devised. Furthermore, the tool identifies areas in the landscape that have the best potential for possible forest growth conditions. A sustainable use of forests can also be seen in the context of climatic change.

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