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Infiltrations- und Bodenabflussprozesse in Abhängigkeit von Landnutzung und Substrat in der Trier-Bitburger Mulde

Identifying Runoff Generation in Different Soils and Land Use Types in the Region of the Trier-Bitburger Basin

  • Vor dem Hintergrund mehrerer Jahrhunderthochwasser im letzten Jahrzehnt werden Aspekte des präventiven (dezentralen) Hochwasserschutzes diskutiert. Dabei wird die gegenwärtige Intensität der Landnutzung mit einem verringerten Retentionsvermögen der Landschaft in Verbindung gebracht; in Extensivierungsmaßnahmen wird ein entsprechendes Potenzial zur Vermeidung von Hochwasserrisiken gesehen. Dabei ist zu beachten, dass einerseits hydrologische Simulationsmodelle zur Bewertung möglicher Landnutzungsszenarien eingesetzt werden, andererseits aber auf wissenschaftlicher Seite Defizite beim grundlegenden Erkenntnisstand über die Abflussbildung zu konstatieren sind. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf der grundlegenden Prozessforschung zur Abflussbildung in der Mikroskale und griff methodisch die Forderung nach mehr Erkenntnissen aus Geländeuntersuchungen auf. Hierzu wurden Beregnungsversuche und bodenkundliche Untersuchungen in zwei unterschiedlichen Einzugsgebieten der Trier-Bitburger Mulde durchgeführt, wodurch die substratbedingten dominanten Abflussbildungsprozesse identifiziert werden konnten. Bei dem schluffig-sandigen Substrat war die hohe texturbedingte Grobporosität für die Tiefensickerung entscheidend. Für das lehmig-tonige Substrat hingegen waren laterale Fließprozesse entlang von Regenwurmröhren über dichten Unterböden charakteristisch. Die Landnutzung führte zur Modifikation des substratspezifischen Abflussprozesses, indem sie vor allem Einfluss auf die Infiltrationseigenschaften der Bodenoberfläche nahm. Die hohe Verschlämmungsneigung des schluffig-sandigen Substrates führte zu Oberflächenabfluss unter Ackernutzung. Auf extensiv genutzten Grünlandstandorten hatte ein dichtes Geflecht von Feinwurzeln, abgestorbener Blattbiomasse und Moosen eine deutliche Reduktion der Infiltration zur Folge, so dass Oberflächenabfluss als dominanter Prozess auftrat. Auch Wälder verfügen nicht unweigerlich über ein großes Retentionsvermögen, wenn sie auf Ungunststandorten verbreitet sind. Auf dem untersuchten lehmig-tonigen Substrat wiesen die flachgründigen Waldstandorte die höchsten Abflusskoeffizienten an Subsurface Flow auf. Um die Abflussprozesse eines Landschaftsausschnittes zu charakterisieren, wurden quantifizierbare Kriterien zur flächendistributiven Ausweisung dominanter Einflussfaktoren auf die Abflussprozessbildung in einem Entscheidungsbaum zusammengefasst. Hierdurch können räumlich homogene Einheiten von hydrologischen Prozessen oder Komponenten des Wasserhaushaltes ausgewiesen werden. Die Identifikation von Abflussprozessen am Ort ihrer Entstehung ermöglicht die Planung flächenbezogener Maßnahmen des dezentralen Hochwasserschutzes
  • In terms of some hundred-year flood disasters in the last decade, intensive land use practices are often considered to be critical for flood generation. Normally, more extensive land use types as grassland or forests are expected to be effective for a decentralised flood mitigation as they are assumed to conserve and regenerate the potential water retention of soils. Nevertheless, the spatial variability of soils and site conditions make it difficult to identify the specific mechanisms of discharge generation in a mesoscale catchment. Based on appropriate field research, this study contributes to the knowledge of the main processes of discharge generation in differently featured landscapes as one basic prerequisite for processrelated hydrologic modelling and an effective flood risk management. For this purpose, sprinkling-experiments combined with multi-attribute soil analyses were performed in the mesozoic Trier-Bitburger basin for different land use types and a number of different substrates. The overall goal was to identify the specific determination of surface run-off, subsurface and groundwater flow. Deep percolation was found to be the dominant process for sandy substrates where it was caused by a high number of macropores due to the texture. Earthworm tubes and an impermeable subsoil were the most important factors for the lateral subsurface flow that occurred in multilayered loamy to clayey soils. These main processes were modified by the prevailing land use that in particular rules the infiltration capacity of the soil surface. Overland flow was a result of surface sealing of arable land, but it was also prevailing on large amounts of extensively used grassland, which featured a dense mat of grass-roots, moss and dead leaves as a significant barrier for infiltration. Furthermore, significant portions of subsurface flow can be observed under forests in case of disadvantageous site conditions as flat soils or stagnic water regimes. The experimental results were used to develop classification schemes which allow both the identification and mapping of the dominant process of discharge generation. Perspectively, this may be used to establish specific measures for a decentralised flood mitigation.

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Metadaten
Author:Steffen Schobel
URN:urn:nbn:de:hbz:385-4935
Advisor:Dietmar Schröder
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2008/09/26
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2006/02/01
Release Date:2008/09/26
Tag:Abflussbildung; Beregnungsversuche; Graswurzelfilz; Regenwurmröhren
earthworm tubes; runoff generation; sprinkling experiments; subsurface flow
GND Keyword:Abfluss; Hochwasserschutz
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

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