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Räumliche Verteilung und zeitliche Variabilität von Oberflächenprozessen - Quantifizierung von Oberflächenabflussbildung und Bodenerosion mittels experimenteller Geländemethoden

Spatial distribution and temporal variability of surface processes - Quantification of overlandflow generation and soil erosion using experimental field methods

  • Gerade in der heutigen Zeit im Spannungsfeld zwischen der globalen Klimaveränderung und einer stetig wachsenden Weltbevölkerung wird es immer wichtiger, die Oberflächenprozesse quantifizieren zu können. In fünf Untersuchungsgebieten in Deutschland, Luxemburg und Spanien wurden experimentelle Geländemessmethoden zur Quantifizierung von Oberflächenabflussbildung und Bodenerosion eingesetzt. Je nach geographischer Lage der Testgebiete sind unterschiedliche Einflussgrößen wichtig für die Abflussreaktion und den Bodenabtrag. Jahreszeit und Vorfeuchte des Bodens können zu verschiedenen Systemzuständen führen und damit die Oberflächenabflussbildungs- und Bodenerosionsraten beeinflussen. Die Verwendung von experimentellen Messmethoden (Beregnungen) ermöglicht es uns, die Reaktion derselben Flächen bei unterschiedlichen Ausgangsbedingungen auf ein und dasselbe (simulierte) Niederschlagsereignis zu messen. Durch die Kombination mit Geländekartierungen und GIS-Auswertungen wird eine qualitative Übertragung der punktuellen Messergebnisse auf die Fläche ermöglicht. In den beiden Untersuchungsgebieten in Deutschland wurden häufig hydrophobe Eigenschaften der Böden festgestellt. Durch diese Hydrophobizität dringt ein Teil des Niederschlagswassers gar nicht bis zum Mineralboden durch, sondern wird in der Streuschicht gehalten oder fließt innerhalb der Streuschicht ab. Dies führt zu einer Erhöhung der Oberflächenabflussraten. Auch der Einfluss der Landnutzung auf die Intensität der Oberflächenprozesse konnte für die Testgebiete in Deutschland und Luxemburg nachgewiesen werden. Auf Wegen und Fahrspuren, sowie auf Ackerflächen wurden die höchsten Oberflächenabfluss- und Bodenabtragsraten gemessen. Aber auch hydrophobe Waldstandorte zeigten hohe Oberflächenabflussraten, allerdings keinen nennenswerten Bodenabtrag, weil die Humusauflage die Bodenoberfläche schützt. Die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Rinnenerosionsversuche ermöglichen es, die Effizienz natürlicher Erosionsrinnen zu messen und zu vergleichen. Durch die Verwendung von beiden Methoden, Beregnung und Rinnenerosionsversuch, können die im Rinneneinzugsgebiet gemessenen Abtragsraten und -mengen mit den Abtragswerten der Erosionsrinne selbst verglichen werden. Insgesamt kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse der experimentellen Messungen in Kombination mit einer Kartierung der aktuellen Geomorphodynamik sowie der Auswertung großmaßstäbiger Luftbilder, eine Quantifizierung der aktuellen Prozessdynamik ermöglichen.
  • Nowadays, in the context of global climate change with a growing world population, it is becoming more and more important that surface processes can be quantified with high accuracy. In five study areas in Germany, Luxembourg, and Spain, experimental measurements for the quantification of overland flow generation and soil erosion, have been carried out. Depending on the geographic situation of the study areas, different factors of influence become important, determining overland flow generation and soil erosion. Both, the season of year and antecedent soil moisture can lead to different system states, so overland flow generation and soil erosion rates are being influenced. The use of experimental field methods like rainfall simulations enable a comparison of the reaction of the same test plot at different soil moisture states to the same, simulated rainfall event. The combination of field mapping and GIS-analyses enable a qualitative transfer of the point measurements to a larger area. In the two study areas in Germany, the soils often showed water repellent conditions. This water repellency leads to a runoff inside or above the humus horizons, because the water does not reach the surface of the mineral soil for infiltration. This leads to higher overland flow rates on water repelent forest soils. The results for the study areas in Germany and Luxembourg confirm that Landuse has a significant influence on the intensity of surface processes. The highest overland flow and soil erosion rates of the whole study have been measured on unpaved roads and tracks, as well as on agricultural fields. Water repellent forest sites also showed high overland flow rates but no significant soil erosion, because the humus cover protects the soil surface from erosion. The rill erosion experiments carried out in the course of this study, enable a measurement and comparison of the erosion-efficiency of natural erosion rills. Only with the combined use of both methods, rainfall and rill erosion experiments, the erosion rates within the rill catchment can be compared to the erosion rates of the rill itself. Finally, the results of the experimental measurements in combination with a detailed field mapping of recent geomorphodynamics as well as the analysis of small-format aerial photographs, enable a detailed quantification of recent geomorphologic process activity.

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  • kumulative Dissertationsschrift von Verena Butzen

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Metadaten
Author:Verena Butzen
URN:urn:nbn:de:hbz:385-9237
Advisor:Johannes B. Ries
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2015/04/15
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2015/02/02
Release Date:2015/04/15
Tag:Hydrophobizität; Oberflächenabflussbildung; Oberflächenprozesse; experimentelle Geländemethoden
WDPT; overland flow generation; soil erosion; soil water repellency
GND Keyword:Abfluss; Bodenerosion; Geomorphologie; Humushorizont; Physische Geographie
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:9 Geschichte und Geografie / 91 Geografie, Reisen / 910 Geografie, Reisen

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