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Aktuelle Geomorphodynamik in Gullyeinzugsgebieten in der Souss-Ebene/Südmarokko

Current geomorphodynamics in gully catchment areas in the Souss valley/South Morocco

  • Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der aktuellen Geomorphodynamik in den Gullyeinzugsgebieten der Souss-Ebene, Südmarokko. Eine Sonderstellung nehmen besonders in der Taroudant-Region die durch land-levelling Maßnahmen beeinflussten Flächen ein. Anhand von experimentellen Feldmethoden werden verschiedene Prozesse der Bodenerosion aufgenommen und bewertet. Mittels Luftbildmonitoring mit einer Drohne erfolgt eine Analyse des Gullywachstums. Durch eine Zusammenführung der Methodenkombination kann ein Gesamtbild der aktuellen geomorphologischen Prozessdynamik im Souss erstellt werden. Mit Zerfall der Zuckerindustrie Ende des 17. Jahrhunderts setzt im Souss Becken aufgrund der nahezu vollständigen Abholzung der Arganwälder die lineare Bodenerosion ein. Mit der Transformation von traditioneller Landwirtschaft zu modernen Zitrusfrucht- und Gemüseplantagen, beginnt Anfang der 1960er Jahre ein sehr dynamischer Landnutzungswandel. Die Expansion der Anbauflächen, die von Wadi- und Gullysystemen tief zerschnittenen sind, wird durch Planierungsmaßnahmen vorangetrieben. Auf den planierten Flächen entwickeln sich durch die Verdichtung des Bodens, das Entfernen von Vegetationsbedeckung sowie Krustenbildung auf dem schluffig-lehmigen Substrat bei Starkniederschlagsereignissen zumeist erneut Gullys. Die rasche lineare Zerschneidung bedroht weitere Anbauflächen. Eine nachhaltige Entwicklung auf diesen Flächen ist daher fraglich. Durch starke Verschlämmung nach Niederschlägen bilden sich auf den planierten Flächen sehr schnell physikalische Bodenkrusten aus. Ihre Mikromorphologie ist aufgrund der Belastungen mit schwerem Gerät sowie mehrfacher Erosions- und Akkumulationszyklen durch Plattenstruktur und Vesikel geprägt, wodurch die Infiltrationskapazität des Bodens verringert wird. Diese Auswirkungen können durch Messungen mit dem Einringinfiltrometer bestätigt werden. Sie zeigen auf ungestörten Flächen durchschnittlich eine 2,6-fach höhere Infiltrationsrate als auf planierten Flächen. Durch eine Inventarisierung der Bodeneigenschaften und Oberflächencharakteristika kann ihre signifikante Veränderung nach Planierungsmaßnahmen identifiziert werden. So zeigen planierte Flächen hohe Anteile an Bodenverkrustung und wenig Vegetationsbedeckung auf. Ungestörte Flächen sind dagegen weniger verkrustet und stärker mit Vegetation bedeckt. Zudem kann eine Kompaktion der oberen Bodenschicht nachgewiesen werden. Diese Faktoren wirken auf die Oberflächenabflussbildung und den Sedimentabtrag ein. Die Ergebnisse von 122 Niederschlagssimulationen mit einer Kleinberegnungsanlage zeigen einen signifikanten Anstieg der mittleren Oberflächenabflüsse und Sedimentfrachten (1,4-, bzw. 3,5-mal höher) auf planierten im Gegensatz zu ungestörten Testflächen. Mithilfe des Gullymonitorings wird die Entwicklung eines kompletten Gullys durch Starkniederschlagsereignisse auf einer planierten Fläche detektiert. Dabei wird in einem 3,5 ha großen Einzugsgebiet etwa 1080 t Bodenmaterial erodiert. Hier wurde errechnet, dass Gullyerosion für 91 % des gesamten Bodenverlustes im Einzugsgebiet verantwortlich ist. Die Fläche dient nur als Lieferant des Erosionsagens Wasser. Das Verfüllen des ursprünglichen Gullysystems mit Material der umliegenden Hänge führt zu einer Erniedrigung der Geländehöhe von durchschnittlich über 5 cm. Auf ungestörten Flächen wird dagegen nur ein geringes Gullywachstum verzeichnet. Die vorgestellte Methodenkombination lässt eine gezielte Beschreibung der aktuellen Geomorphodynamik in den Einzugsgebieten der Souss-Ebene zu. Durch die land-levelling Maßnahmen wird die Prozessdynamik signifikant erhöht. Eine Verminderung der Vegetationsbedeckung, schnelle Krustenbildung sowie Bodenkompaktion unterstützen hohe Oberflächenabflussbildung und Sedimentabtrag. Durch lineare Konzentration des Abflusses wird rapide Gullyerosion gefördert. Ganze Gullysysteme können sich auf Planierungsflächen durch nur ein einziges Starkniederschlagsereignis ausbilden. Dadurch sind Anbauflächen, Gebäude und Infrastruktur gefährdet.
  • The overall objective of this dissertation is to investigate the current geomorphodynamics in the gully catchment areas of the Souss plain, southern Morocco. Especially in the Taroudant-region, agricultural surfaces influenced by land-levelling measures play a particular role. On the basis of experimental field methods, different processes of soil erosion are measured and evaluated. Gully growth is analysed by aerial monitoring with an unmanned aerial vehicle. An overall picture of the current geomorphological process dynamics in the Souss can be created by combining these methods. With collapse of the sugar industry in the late 17th century in the Souss basin due to the almost complete deforestation of the Argan forests, the linear soil erosion was activated. A very dynamic land use change with the transformation of traditional agriculture to modern citrus and vegetable plantations started in the early 1960s. The expansions of cultivated areas, which are deeply incised by wadi and gully systems, are advanced by land-levelling measures. On the levelled surfaces, due to the compaction of soil, the removal of vegetation cover and rapid crust formation on the silty-clayey substrate during heavy precipitation events, new gullies quickly evolve again. The rapid linear dissection threatens more acreage. Sustainable development in these areas is therefore questionable. Strong silting on the flattened surfaces after heavy precipitation leads very quickly to physical soil crusts. Their micromorphology is characterized by platy structure and vesicles due to the impact of heavy machinery as well as multiple erosion and accumulation cycles. These structures cause a reduction of the infiltration capacity of the soil. These effects can be confirmed by measurements with the single ring infiltrometer. They show a 2.6-times higher average infiltration rate on undisturbed areas than on levelled surfaces. By an inventory of soil properties and surface characteristics, their significant change after levelling measures can be identified. Levelled surfaces show high levels of soil crusting and little vegetation cover. In contrast, undisturbed areas are less crusted and show higher coverage of vegetation. In addition, a compaction of the upper soil layer can be detected. These factors affect the surface runoff and the soil loss. The results of 122 rainfall simulations with a small sprinkler system show a significant increase in the mean surface runoff and sediment loads (1.4-, and 3.5-times higher) on levelled as opposed to undisturbed test areas. Using gully monitoring, the development of a complete gully is detected after a heavy rainfall event on a levelled test site. On a 3.5 ha catchment area, about 1080 t of soil material was eroded. Here, it was also calculated that gully erosion is responsible for 91% of the total soil loss in the catchment area. The area serves only as a supplier of the erosion agent water. The filling of the original gully system with material of the surrounding slopes leads to a lowering of the ground level of about 5 cm on average. In undisturbed areas, however, only a small gully growth is recorded. The presented method combination allows for a specific description of the current geomorphodynamics in the catchment areas of the Souss plain. The process dynamics are significantly increased by land-levelling measures. A reduction in vegetation cover, fast crusting and the compaction of soil trigger high surface runoff and soil erosion. When effluent water is linear concentrated, rapid gully erosion is promoted. Whole gully systems can develop on levelled surfaces by only one single heavy precipitation event. Thus, further acreage, buildings and infrastructure are at risk.

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Metadaten
Author:Klaus Daniel Peter
URN:urn:nbn:de:hbz:385-8837
Advisor:Johannes B. Ries
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2014/09/02
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 6
Date of final exam:2014/07/24
Release Date:2014/09/02
Tag:Niederschlagssimulation; Planierung; UAV
geomorphology; gully; land levelling; rainfall simulation; soil erosion
GND Keyword:Bodenerosion; Feldexperiment; Geomorphologie
Source:Catena, Zeitschrift für Geomorphologie, Remote Sensing, Geoderma
Institutes:Fachbereich 6 / Geographie und Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften

$Rev: 13581 $