Abflussbildung und Regionalisierung in einem forstlich genutzten Einzugsgebiet (Dürreychtal, Nordschwarzwald):
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Karlsruhe
Inst. für Geographie und Geoökologie
2003
|
| Series: | Karlsruher Schriften zur Geographie und Geoökologie
20 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Auch im Internet unter der Adresse http://www.ubka.uni-karlsruhe.de/eva verfügbar. - Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2002 |
| Physical Description: | XIX, 195, [52] S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3934987095 |
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| adam_text | Titel: Abflussbildung und Regionalisierung in einem forstlich genutzten Einzugsgebiet (Dürreychtal, Nordsc
Autor: Waldenmeyer, Guido
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Persönliches Vorwort und Dank................................................................................................I
Inhaltsverzeichnis....................................................................................................................Ill
Abbildungsverzeichnis...........................................................................................................VII
Tabellenverzeichnis...............................................................................................................XV
Anhangverzeichnis..............................................................................................................XVIII
1 Einführung...............................................................................................................................1
2 Stand der Forschung..............................................................................................................5
2.1 Prozessforschung zur Abflussbildung.......................................................................................5
2.1.1 Überblick und Begriffe...............................................................................................................5
2.1.2 Niederschlag und Interzeption..................................................................................................6
2.1.3 Bodenwasser............................................................................................................................6
2.1.4 Abflussbildungstypen................................................................................................................8
2.1.5 Bisherige Untersuchungen im Nordschwarzwald...................................................................11
2.1.6 Forschungsbedarf...................................................................................................................15
2.2 Regionalisierung der Abflussbildung......................................................................................16
2.2.1 Überblick und Begriffe.............................................................................................................16
2.2.2 Verschneidung von Informationsebenen mittels GIS..............................................................18
2.2.3 Digitale Höhenmodelle (DHM) und Feuchte-Indizes..............................................................19
2.1.4 Die Forstliche Standortskarte (FSK).......................................................................................21
2.1.5 Forschungsbedarf...................................................................................................................22
3 Untersuchungskonzept........................................................................................................24
3.1 Gebietsuntersuchungen auf verschiedenen Skalen...............................................................24
3.2 Regionalisierung auf Basis von FSK und DHM......................................................................25
3.3 Validierung..............................................................................................................................26
4 Naturräumliche Ausstattung................................................................................................28
4.1 Überblick.................................................................................................................................28
4.2 Witterung und Klima................................................................................................................29
4.3 Stratigrafie der Festgesteine...................................................................................................29
4.4 Periglaziaie Erscheinungen....................................................................................................31
4.4.1 Schuttdecken..........................................................................................................................31
4.4.2 Karbildungen...........................................................................................................................32
4.4.3 Talbildungen............................................................................................................................33
4.5 Böden......................................................................................................................................33
4.6 Quellen und Gewässer...........................................................................................................34
4.7 Nutzung und Vegetation.........................................................................................................35
4.8 Zusammenschau der Befunde hinsichtlich der Abflussbildung..............................................36
5 Hypothesen zur Abflussbildung.........................................................................................37
6 Methoden..............................................................................................................................40
6.1 Entwicklung einer Regionalisierungsmethodik.......................................................................40
6.1.1 Die FSK als Informationsquelle für die Regionalisierung.......................................................40
6.1.2 Entwurf eines Regelwerks zur Hydrotopklassifikation...........................................................41
6.1.3 Gewichteter Topographischer Index für den Sättigungsflächenabfluss.................................45
6.1.4 Entwicklung eines Index für den Zwischenabfluss (Interflow-Index).....................................47
6.1.5 Kombination der Indizes.........................................................................................................48
6.2 Geländeuntersuchungen und Laboranalysen........................................................................49
6.2.1 Hydrologische Messungen.....................................................................................................49
6.2.2 Refraktionsseismik.................................................................................................................50
6.2.3 Geomorphologische Untersuchungen....................................................................................52
6.2.4 Vegetationskundliche Untersuchungen..................................................................................53
6.2.5 Aufnahme von Bodenprofilen.................................................................................................54
6.2.6 Messungen zum Bodenwasserhaushalt................................................................................56
6.2.7 Hydrophobizität der organischen Auflage..............................................................................57
6.2.8 Korngrößenanalyse und Humusgehaltbestimmung...............................................................57
6.2.9 Dünnschliffuntersuchungen....................................................................................................58
6.2.10 Ableitung pedohydrologischer Parameter..............................................................................59
6.3 Simulation, Fernerkundung und GIS......................................................................................60
6.3.1 Das Simulationsmodell CATFLOW........................................................................................60
6.3.2 Auswertung von Landsat TM-Daten.......................................................................................62
6.3.3 GIS-gestützte Analysen..........................................................................................................62
7 Regionalisierungsergebnisse.............................................................................................65
7.1 Überprüfung der FSK-Datenqualität.......................................................................................65
7.2 Ableitungen aus der FSK.......................................................................................................66
7.3 Ableitungen aus FSK und Digitalem Höhenmodell (DHM)....................................................71
7.3.1 Topographischer Index...........................................................................................................71
7.3.2 Gewichteter Topographischer Index......................................................................................72
7.3.3 Interflow-Index........................................................................................................................74
7.3.4 Kombination der Indizes.........................................................................................................75
8 Überprüfung der Regionalisierungsergebnisse...............................................................77
8.1 Flächen mit Horton schem Oberflächenabfluss (HOA)..........................................................77
8.2 Vorflutemahe Beitragsflächen................................................................................................81
8.2.1 Rinnenböden..........................................................................................................................81
8.2.2 Morphologie des Dürreychbachs...........................................................................................82
8.2.3 Bachnahe Vegetation und Abflussbildung.............................................................................85
8.2.4 Vegetation und Abflussbildung der Nebengerinne.................................................................91
8.3 Feucht- und Sättigungsflächen (SOA)....................................................................................94
8.3.1 Standortseinheiten und Böden................................................................................................94
8.3.2 Stauhorizonte im Dünnschliff..................................................................................................95
8.3.3 Messstation Sättigungsfläche Grandlohweg (FF)...................................................................99
8.3.3.1 Standortsbeschreibung und Vegetation................................................................................100
8.3.3.2 Bodenkundliche Befunde......................................................................................................100
8.3.3.3 Bodenfeuchtemessungen.....................................................................................................102
8.3.3.4 Vergleich mit den Regionalisierungsansätzen......................................................................104
8.3.4 Simulation des Aufsättigungsprozesses mit CATFLOW......................................................106
8.3.5 Feuchtflächenanteile und Abflussbeiwerte...........................................................................108
8.3.5.1 Vorgehensweise....................................................................................................................108
8.3.5.2 Abflussbeiwerte im Gesamteinzugsgebiet............................................................................109
8.3.5.3 Abflussbeiwerte der Teileinzugsgebiete...............................................................................110
8.3.6 Feuchtflächen und Vegetation..............................................................................................113
8.3.7 Feuchteklassifikation einer Landsat-TM-Szene....................................................................115
8.3.8 Gewässeranbindung von Sättigungsflächen........................................................................117
8.4 Flächen mit Zwischenabfluss (ZWA)....................................................................................122
8.4.1 Standortseinheiten und Böden..............................................................................................122
8.4.2 Regionalisierung und Indikatoren für den Zwischenabfluss.................................................123
8.4.2.1 Hydrotopkarte........................................................................................................................123
8.4.2.2 Interflow-Index.......................................................................................................................124
8.4.1.3 Teileinzugsgebiet FH............................................................................................................128
8.4.1.4 Hangrutschungen im oberen Dürreychtal.............................................................................129
8.4.3 Intensivmessstandort Zwischenabfluss (P 1).......................................................................132
8.4.3.1 Standortbeschreibung...........................................................................................................132
8.4.3.2 Vegetation und Feuchte........................................................................................................132
8.4.3.3 Profilbeschreibung................................................................................................................134
8.4.3.4 Dünnschliffuntersuchungen..................................................................................................136
8.4.3.5 Bodenfeuchtemessungen.....................................................................................................139
8.4.1.6 Vergleich mit den Regionalisierungsansätzen......................................................................146
8.4.4 Simulation des Zwischenabflusses mit CATFLOW..............................................................147
8.5 Flächen mit Infiltration (INF)..................................................................................................151
8.5.1 Standortseinheiten und Böden..............................................................................................151
8.5.2 Intensivmessstandort Infiltration (P 2)..................................................................................151
8.5.2.1 Standortsbeschreibung.........................................................................................................151
8.5.2.2 Vegetation und Feuchte........................................................................................................152
8.5.2.3 Profilbeschreibung................................................................................................................154
8.5.2.4 Bodenfeuchtemessungen.....................................................................................................155
8.5.1.5 Vergleich mit den Regionalisierungsansätzen......................................................................164
9 Zusammenfassende Diskussion......................................................................................166
10 Resümee und Ausblick......................................................................................................175
Breite versus Detailschärfe - Ein Nachwort....................................................................178
Kurzfassung........................................................................................................................179
Summary.............................................................................................................................182
Literaturverzeichnis...........................................................................................................187
Glossar und Abkürzungsverzeichnis...............................................................................193
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Titelseite des Badischen Tagblatts (Baden-Baden) am 30.10.1998........................................1
Abb. 2: Zerstörte Forststraße im unteren Dürreychtal nach dem Hochwasser vom
29730.10.98..............................................................................................................................1
Abb. 3: Lage des Untersuchungsgebiets Dürreychtal (eingekreist) in Baden-
Württemberg .............................................................................................................................2
Abb. 4: Die Identifikation von Abflussprozessen als zentrales Ziel der AG Dürreych...........................4
Abb. 5: Darstellung der Niederschlags-Abfluss-Transformation als System. - Die
Gebietseigenschaften wirken als Steuergrößen.......................................................................5
Abb. 6: Zusammenhänge zwischen den Bodenarten mit Bodenfeuchtezustand,
Porenraumgliederung und pflanzenverfügbarem Wasser (Zepp 1995)....................................7
Abb. 7: Schematische Darstellung des Sättigungsflächenabflusses (Merz 1996:77,
verändert)..................................................................................................................................8
Abb. 8: Beispiel für die maximale und minimale Ausdehnung von Sättigungsflächen
(PESCHKE2001, verändert).......................................................................................................8
Abb. 9: Schematische Darstellung des Zwischenabflusses am Hang (Merz 1996:79,
verändert)..................................................................................................................................9
Abb. 10: Abflusskomponenten in Abhängigkeit von Gebietseigenschaften (Anderson
Burt 1990, aus dem Englischen übersetzt).............................................................................9
Abb. 11: Häufigkeit der gemessenen Ks-Werte für Horizonte der Podsole und
Bändchenböden im Nordschwarzwald (in: Stahr 1973:138).................................................12
Abb. 12: Schematische Darstellung der Abflusskomponenten im Seebachgebiet (Seeger
1990:30)..................................................................................................................................14
Abb. 13: Topographischer Index ln(a/tan/3) als Maß für die Abflusswirksamkeit von
Flächen im Einzugsgebiet der Eyach.....................................................................................20
Abb. 14: Selektion von Formelementen und abflusswirksamen Flächen im Eyachgebiet.
Schwarze Pixel: Horizontal und vertikal konkav, ln(a/tanß) 9, Tiefenlinie
ausmaskiert (farrenkopf-hildebrandt 1996, ergänzt).........................................................20
Abb. 15: Standortskartierung in Baden-Württemberg - zweistufiges Verfahren
(AK Standortskartierung, 1996:242)..................................................................................22
Abb. 16: Größenordnungen der räumlichen Untersuchungsskalen im 7 km2 großen
Dürreychgebiet (schematisch)................................................................................................24
Abb. 17: Untersuchungskonzept (Erläuterung siehe Text)...................................................................27
Abb. 18: Lage des Dürreychgebiets, Einzugsgebietsgrenzen, Pegelmessstellen (mit
Nummerierung: Pegel des Messnetzes Baden-Württemberg) und
Wetterstationen des DWD......................................................................................................28
Abb. 19: Geologische Übersichtskarte des Untersuchungsraumes nach GLA BW (1967),
generalisiert.............................................................................................................................30
Abb. 20: Hangneigungen im Dürreychgebiet........................................................................................32
Abb. 21: Hauptbodengesellschaften im Untersuchungsraum nach der
Bodenübersichtskarte BUK 1:200.000 (GLA BW 1994b), vereinfacht...................................34
Abb. 22: Die wichtigsten Quellaustritte im Dünreychgebiet (Kassebeer 1997, verändert)...................35
Abb. 23: Entscheidungsbaum zur Ableitung von Hydrotopen aus der Forstlichen
Standortskarte........................................................................................................................42
Abb. 24: Wichtungsfunktion für die Ökologische Feuchte und Verschiebung um -Aw zur
Simulation trockenerer Bedingungen.....................................................................................46
Abb. 25: Vereinfachtes Prinzip der Refraktionsseismik für einen Zwei-Schichten-Fall
(Hecht, 2000).........................................................................................................................51
Abb. 26: Flächenanteile (Balken) und Flächensumme (Kurve) der Forstlichen
Standortseinheiten im Gesamteinzugsgebiet in [%]..............................................................55
Abb. 27: Vorgehensweise bei der Parametrisierung des Simulationsmodells CATFLOW..................61
Abb. 28: Schematische Einordnung der Böden im Dürreychgebiet in Felder mit
vergleichbarer Kombination von Bodenfeuchteregime und hydraulisch
wirksamer Schichtung............................................................................................................65
Abb. 29: Abweichung (A) der festgestellten Bodentypen von der FSK-Legende in Feldern
gemäß Abb. 28.......................................................................................................................66
Abb. 30: Ökologische Feuchtestufen im Dürreychgebiet, klassifiziert in Anlehnung an AK
Standortskartierung(1996)...............................................................................................67
Abb. 31: Ergebnis der Hydrotopausgliederung auf Grundlage der Forstlichen
Standortskarte für länger anhaltende, extensive Niederschläge...........................................69
Abb. 32: Flächenanteile der Hydrotope am Gesamteinzugsgebiet (6,99 km2)....................................69
Abb. 33: Schwarze Flächen können bei höheren Niederschlagsintensitäten
Horton schem Oberflächenabfluss (HOA) bilden...................................................................70
Abb. 34: Topographischer Index In (A/tanß) für das Dürreychgebiet. (30 m-Raster)........................71
Abb. 35: Ökologische Feuchte im Vergleich mit dem Topographischen Index....................................71
Abb. 36: Beispiele für Übereinstimmungen von Ökologischer Feuchte und
Topographischem Index.........................................................................................................72
Abb. 37: Beispiele für Abweichungen von Ökologischer Feuchte und Topographischem
Index.......................................................................................................................................72
Abb. 38: Mit der Ökologischen Feuchte gewichteter Topographischer Index (30 m-
Raster): Wichtungswerte zwischen 0 und 0,95......................................................................73
Abb. 39: Gewichteter Topographischer Index mit Reinfiltration (30 m-Raster):
Wichtungswerte zwischen -0,2 und +0,75.............................................................................73
Abb. 40: Gewichteter Topographischer Index mit Reinfiltration (30 m-Raster):
Wichtungswerte zwischen -0,3 und +0,65.............................................................................73
Abb. 41: Sukzessive Abkopplung der Sättigungsflächen vom Vorfluter am Beispiel der
Forsthaus-Klinge....................................................................................................................74
Abb. 42: Interflow-Index Ipot für das Dürreychgebiet (30 m-Raster)....................................................74
Abb. 43: Sättigungsabfluss (SOA) reinfiltriert (INF) und wird als Zwischenabfluss (ZWA)
teilweise wertergeleitet...........................................................................................................75
Abb. 44: Kombination von Gewichtetem Topographischem Index und Interflow-Index.......................75
Abb. 45: (a) Kombination von Gewichtetem Topographischem Index und Interflow-Index
mit Reinfiltration (Subtraktion von A = 0,2).............................................................................76
Abb. 45: (b) Kombination von Gewichtetem Topographischem Index und Interflow-Index
mit Reinfiltration (Subtraktion von A = 0,3).............................................................................76
Abb. 45: (c) Kombination von Gewichtetem Topographischem Index und Interflow-Index
mit Reinfiltration (Subtraktion von A = 0,4).............................................................................76
Abb. 46: Häufigkeitsverteilung der Ks-Klassen für 57 Oberböden im Dürreychgebiet ohne
Berücksichtigung der Durchwurzelung...................................................................................77
Abb. 47: Kartiertes Wegenetz im Dürreychgebiet (Gesamtlänge ca. 68 km). Die
Wegdichte beträgt damit ca. 10 km km 2................................................................................79
Abb. 48: Gewitterereignis August 1999: LE = Pegel Lerchenstein, DU = Hauptpegel
Dürreych, FF = Messstation Freifläche...................................................................................80
Abb. 49: 28,4 % Flächen mit potenziellem Horton schem Oberflächenabfluss im
Teileinzugsgebiet Lerchenstein (LE)......................................................................................82
Abb. 50: Gleichzeitiger Anstieg der Bodenfeuchten an der Messstation FF.........................................80
Abb. 51: Standortseinheiten Rinne (Ri) und Blockrinne (BIRi) gemäß FSK (Grasmann
1996). Ihr Flächenanteil beträgt 2,9 %....................................................................................81
Abb. 52: Terrasse aus extrem blockreichem Substrat, GOK ca. 1,5 m über Mittelwasser...................81
Abb. 53: Längsgliederung des Dürreychbachs (Übersichtskarte).........................................................82
Abb. 54: Stark überhöhter Längsschnitt des Dürreychbachs von der Quellmulde bis zum
Hauptpegel (DU).....................................................................................................................82
Abb. 55: Schematische Darstellung der Talentwicklung in den Abschnitten I bis III
(unmaßstäblich)......................................................................................................................83
Abb. 56: Hanganschnitt rechts des Dürreychbachs am Forsthaus Dürreych,
Fließabschnitt Illb (5.08.99)....................................................................................................84
Abb. 57: Profilaufbau des Hanganschnitts Abb. 56...............................................................................84
Abb. 58 Rundungsgrade der Skelettfraktion 22,4 mm für Oberboden, Schuttdecke und
Fluviatiles Sediment................................................................................................................84
Abb. 59: Luzula sy/vaf/ca-Dominanzbestand mit Abflussspuren nach schwerem
Hochwasser (Unteres Einzugsgebiet FH, 2.11.1998).............................................................86
Abb. 60: Bachquerschnitt aus dem unteren Fließabschnitt des Dürreychbachs (Illb)..........................89
Abb. 61: Bachquerschnitt aus dem mittleren Fließabschnitt des Dürreychbachs
(Grenze Il/Ill)...........................................................................................................................89
Abb. 62: Morphologisch-vegetationskundliche Differenzierung der FSK-Rinnenstandorte
-Beispiel: Übergangszone Fließabschnitt Il/Ill......................................................................90
Abb. 63: Flächenanteil an Vegetation mit Indikatorwert für die Abfiussbildung auf
Rinnenstandorten....................................................................................................................90
Abb. 64: Lage der Teileinzugsgebiete Hirschklinge (Hl, vgl. Vegetationskarte Abb. 66),
Forsthaus (FH), Seemiss (SM) und Seeberg (SB).................................................................91
Abb. 65: Luzula sy/vaf/ca-Dominanzbestand in der Tiefenlinie des im Teileinzugsgebiets
Hirschklinge bei Trockenwetter (Fotostandort vgl. Abb. 66)..................................................91
Abb. 66: (oben) Vegetationstypen im Bereich der Tiefenlinien Teileinzugsgebiet
Hirschklinge - Flächen vom Luzula-Typ zeichnen die Tiefenlinie nach................................92
Abb. 67: (links) Kombination aus Interflow-Index und Gewichtetem Topographischem
Index (30 m-Raster)...............................................................................................................92
Abb. 68: Schneller oberflächennaher Abfluss (Pipe Flow) in Subrosionstunnel
oberhalb Ortstein (II Bms) nahe P 105. Vegetation: Luzula sy/vaf/ca-
Dominanzbestand fast ohne Feuchtezeiger..........................................................................95
Abb. 69: Hangwassergeprägter Bändchenstagnogley (P 105) mit stauendem
Ortsteinbändchen (Bbms-Sd): Oberhalb starke Nassbleichung, unterhalb
trockene Verhältnisse.............................................................................................................95
Abb. 70: Häufigkeit n der Bodenarten von Bbms-Horizonten im Forstbezirk Kaltenbronn..................95
Abb. 71: Gescannter Dünnschliff eines ausgeprägten Ortsteinbändchens (D 6, P 105):
Im oberen Teil (a) starke Verkittung der Sandkörner durch Sesquioxide und
Humussubstanzen..................................................................................................................96
Abb. 72: Klassifikation von Poren, Grob- und Feinanteilen des Ortsteinbändchens in
Abb. 71...................................................................................................................................96
Abb. 73: Bodenkundliche Standortsaufnahme des Profils P 20 (vgl. auch Anhang 4).........................98
Abb. 74: Lamellenartig herausgewittertes Gefüge einer verfestigten Schuttdecke
unterhalb eines Ortsteinbändchens (Weganschnitt Einzugsgebiet Hirschklinge)..................99
Abb. 75: Übersichtsplan und Forstliche Standortseinheiten im Bereich der Klima- und
Bodenfeuchte-Messstation Freifläche Grandlohweg (FF)...................................................100
Abb. 76: NW-SE-Transekt durch die Klima- und Bodenfeuchtemessstation Freifläche
Grandlohweg (FF). Unten: Deckung des Wechselfeuchtezeigers Molinia
caerulea (Pfeifengras), bezogen auf eine 20 m2 große Aufnahmefläche............................101
Abb. 77: Bodenprofil P 25 nahe der Messstation Freifläche (FF)......................................................101
Abb. 78: Zusammenhang zwischen Bodenfeuchteverlauf an der Messstation FF und
Einsetzen des Abflusses am Pegel SH (8.-12.10.1999)......................................................103
Abb. 79: Interflow-Index Ipot (30 m-Raster) im Umfeld der Messstation Freifläche
Grandlohweg (FF)................................................................................................................104
Abb. 80: Gewichteter Topographischer Index (30 m-Raster) Messstation Freifläche
Grandlohweg (FF)................................................................................................................105
Abb. 81: Kombinierter Topographischer Index (30 m-Raster) Messstation Freifläche
Grandlohweg (FF) 1.............................................................................................................105
Abb. 82: Abb. 80: Kombinierter Topographischer Index mit Reinfiltration (30 m-Raster)
Messstation Freifläche Grandlohweg (FF) 1........................................................................105
Abb. 83: Synthetisches Profil HMi+ als Grundlage für die Simulation eines Standorts mit
Sättigungsflächenabfluss.....................................................................................................106
Abb. 84: Relative Sättigung des repräsentativen Profils HMi+ nach 60 Tagen
Simulationsdauer..................................................................................... 107
Abb. 85: Relative Sättigung des repräsentativen Profils HMi+ mit reduziertem Ks-Wert
des Bms-Sd-Horizontes von 1 ¦ 10~7 m s Links: nach 55 Tagen, rechts nach 60
Tagen Simulationsdauer.......................................................................................................108
Abb. 86: Nach der Größe sortierte Abflussbeiwerte Vdq des Gesamteinzugsgebiets (DU)
fürn = 80 Ereignisse.............................................................................................................109
Abb. 87: Nach der Größe sortierte Abflussbeiwerte fDüdes Gesamteinzugsgebiets (DU)
für n = 52 Ereignisse in den Jahren 1975 -1985 (Datenquelle: Farrenkopf-
HILDEBRANDT1996)...............................................................................................................110
Abb. 88: Verhältnis der Abflussbeiwerte am Pegel SH zum Gesamtgebiet (DU)...............................110
Abb. 89: Verhältnis der Abflussbeiwerte am Pegel LEzum Gesamtgebiet (DU)................................111
Abb. 90: Verhältnis der Abflussbeiwerte am Pegel SEzum Gesamtgebiet (DU)...............................111
Abb. 91: Verhältnis der Abflussbeiwerte am Pegel Hl zum Gesamtgebiet (DU)................................111
Abb. 92: Feuchtflächenanteile (SOA, INF!), Einzugsgebiete und 100 m-Gewässerpuffer.................111
Abb. 93: Gewässernahe Vegetation mit Indikatorwert für die Abflussbildung im
Seemißkar (SE). Vegetationsaufnahmen V 37-V 39 im Anhang 6-3...................................113
Abb. 94: Gewichteter Topographischer Index für das Seemißkar (30 m Raster). Molinia-
Flächen sind gestrichelt eingefasst.......................................................................................115
Abb. 95: Gewässernahe Vegetation mit Indikatorwert für die Abflussbildung im Bereich
der Quellmulde des Dürreychbachs.....................................................................................114
Abb. 96: Gewichteter Topographischer Index für die Quellmulde des Dürreychbachs
(30 m Raster). Molinia-Flächen sind gestrichelt eingefasst..................................................115
Abb. 97: 14.30 Uhr-Temperaturen (unten) und Tagesniederschläge (oben) vor dem
Aufnahmezeitpunkt 7.3.1992 (Quelle: DWD, Station Dobel, 770 m NN)..............................115
Abb. 98: Die grauen Flächen zeigen die Verteilung von Sturmwurfflächen, jungen
Aufforstungen (J) und Wiesenflächen (W) im Dürreychgebiet (Quelle:
Forstdirektion Karlsruhe 1995).......................................................................................115
Abb. 99: Feuchteklassifikation einer Landsat-TM-Szene vom 7.03.1992.
(Falschfarbenbild in 16 Klassen, Wertespektrum 0-255)......................................................116
Abb. 100: Landsat-Feuchteklassifikation und Kombinierter Topographischer Index mit
Reinfiltration - Vergleich ausgewählter Kartenausschnitte................................................117
Abb. 101: (links) Lageplan der beiden Vergleichshänge und der Hangschnitte A-B und
C-D (vgl. Abb. 102).............................................................................................................118
Abb. 102: Übersichtspläne und Hangschnitte der Vergleichshänge Stillwasser (links) und
Häuserwald (rechts)...........................................................................................................118
Abb. 103: Gewichteter Topographischer Index, kombiniert mit Interflow-Index für die
Hänge Stillwasser und Häuserwald (Kap. 7.3.4). Links: Ansatz ohne
Reinfiltration (Kap. 7, Abb. 44). Rechts: Ansatz mit Reinfiltration
(Kap. 7, Abb. 45a)..............................................................................................................119
Abb. 104: Detailausschnitt Hang Stillwasser - Beobachtete Wasseraustritte und
Abflussnetz.........................................................................................................................120
Abb. 105: Detailausschnitt Hang Häuserwald - Beobachtete Wasseraustritte und
Abflussnetz (Legende vgl. Abb. 104).................................................................................120
Abb. 106: Hydrotoptypen gemäß FSK-Ableitung, Hangwasseraustritte und Rutschungen..............123
Abb. 107: Verteilung der Hangwasseraustritte auf Hydrotoptypen....................................................124
Abb. 108: Verteilung der Wegstrecken auf die Hydrotoptypen..........................................................124
Abb. 109: Histogramm der Interflow-Indexwerte (Ipot) im Gesamteinzugsgebiet DU
(30m-Raster).....................................................................................................................125
Abb. 110: Interflow-Index (Ipot, 30 m-Raster), überlagert mit Hangwasseraustritten und
Rutschungen......................................................................................................................125
Abb. 111: Histogramm der Interflow-Indexwerte Ipot(w) an Stellen mit
Hangwasseraustritten........................................................................................................126
Abb. 112: Histogramm der Interflow-Indexwerte Ipot(r) an Stellen mit Rutschungen........................126
Abb. 113: Interflow-Index (Ipot, 30 m-Raster), überlagert mit Wegerosion.......................................127
Abb. 114: Interflow-Index, Wasseraustritte Rutschungen im Einzugsgebiet FH...............................128
Abb. 115: Interflow-Index, Hangwasseraustritte und Rutschungen im Bereich der
Stillwasserquelle (SQ).......................................................................................................129
Abb. 116: Schnitt durch die Hangrutschung bei Probenahmepunkt D 8...........................................130
Abb. 117: Dicht gelagerte Schuttdecke mit plattiger Textur an der Rutschfläche in ca. 3
m Tiefe (P 107, Bildbreite ca. 40 cm)................................................................................130
Abb. 118: Dünnschliffe D7 und D8 aus dicht gelagerter, plattiger Schuttdecke................................131
Abb. 119: Scan der Dünnschiffprobe D 4 Bildbreite 2,8 cm..............................................................131
Abb. 120: Lageplan und Vegetationstypen im Bereich von Intensivmessprofil P 1 und
Vegetationsaufnahmen V 32 / V 33 (vgl. Anhang 6-3)......................................................132
Abb. 121: Schematischer Geländeschnitt durch den Messstandort P 1............................................133
Abb. 122: Modellvorstellung zur Bildung von Zwischenabfluss (ZWA) an steilen Ortstein-
Hängen im Dürreychgebiet................................................................................................134
Abb. 123: Bodenkundliche Standortsaufnahme des Intensivmessprofils P 1 (vgl. auch
Anhang 4)..........................................................................................................................135
Abb. 124: Intensivmessprofil P 1: Hangwasser beeinflusster Bändchen-Stagnogley,
Profiltiefe ca. 1,2 m............................................................................................................134
Abb. 125 Nachfolgend 7 Dünnschliffausschnitte der Horizonte P 1. Kreisdiagramme:
Mittlere Grobporen-, Fein- und Grobsubstanzanteile aus je drei Ausschnitten.................136
Abb. 126: Mittlere Grobporenanteile von Dünnschliffen (D 15-D 21) im Messprofil P 1 mit
Angabe der Schwankungsbreiten......................................................................................138
Abb. 127: Dünnschliff D 12 mit Mittelwerten (n=3) der Flächenanteile von Poren, Fein-
und Grobfraktion................................................................................................................139
Abb. 128: Anordnung der TDR-Sonden und Tensiometer im Messprofil 1. Der Grauton
symbolisiert den nach unten zunehmenden Stauwassereinftuss......................................139
Abb. 129: Vertauf der Niederschläge und der Bodenfeuchte im Ober- und Unterboden
des Messprofils 1 im Zeitraum vom 1.03. bis 15.11.1998.................................................140
Abb. 130: Niederschlag, Saugspannungs- und Bodenfeuchteverlauf am Messprofil P 1
nach einem konvektiven Ereignis vom 31.5. bis 3.6.1998.................................................142
Abb. 131: Niederschlag, Saugspannung und Bodenfeuchte Messprofil P 1, 25.10. bis
29.10.1998..........................................................................................................................145
Abb. 132: Interflow-Index Ipot (10 m-Raster) und Forstliche Standortseinheiten am
Messprofil 1........................................................................................................................146
Abb. 133: Gewichteter Topographischer Index (10 m-Raster) am Messprofil 1................................147
Abb. 134: Synthetisches Profil BISH als Grundlage für die Modellierung eines Standorts
mit Zwischenabfluss...........................................................................................................148
Abb. 135: Hangsegment mit akkumulierendem Zwischenabfluss nach 666 Tagen
Simulationsdauer. Die Pfeillängen stellen die simulierten Flussdichten [q] dar.................150
Abb. 136: Simulierte Flussdichten q für Oberflächenabfluss und Zwischenabfluss in der
Zeit tin Tagen [d] seit t0......................................................................................................150
Abb. 137: In den schraffierten Bereichen wurden Erosionsspuren festgestellt..................................152
Abb. 138: Lageplan und Vegetationstypen im Bereich von Intensivmessprofil P 2,
Vegetationsaufnahmepunkte V 40, V 41 und V 47 (vgl. Vegetationstabelle
Anhang 6-3)........................................................................................................................153
Abb. 139: Intensivmessprofil P 2. (vgl. Erläuterungen im Text sowie Abb. 141)................................155
Abb. 140: Anordnung der TDR-Sonden und Tensiometer im Messprofil 2........................................155
Abb. 141: Bodenkundliche Standortsaufnahme des Intensivmessprofils P 2 (vgl. auch
Anhang 4)...........................................................................................................................156
Abb. 142: Verlauf der Niederschläge und der Bodenfeuchte im Ober- und Unterboden
des Messprofils 2 im Zeitraum vom 1.03. bis 15.11.1998..................................................157
Abb. 143: Saugspannungs- und Bodenfeuchteverlauf am Messprofil 2 vom 28.10. bis
5.11.1998 um das extreme Niederschlagsereignis vom 29.10..........................................159
Abb. 144: Saugspannungs- und Bodenfeuchteverlauf am Messprofil 2 vom 10.09. bis
21.09.1998..........................................................................................................................161
Abb. 145: Niederschlag, Saugspannungs- und Bodenfeuchteverlauf am Messprofil P 2
nach einem konvektiven Ereignis vom 31.5. bis 3.06.1998...............................................163
Abb. 146: Gewichteter Topographischer Index (30 m-Raster) am Messprofil P 2.
Gestrichelt eingefasst: Erosionsspuren (Abb. 137)............................................................164
Abb. 147: Gewichteter Topographischer Index mit Reinfiltration (30 m-Raster) am
Messprofil P 2.....................................................................................................................165
Abb. 148: Kombinierter Topographischer Index mit Reinfiltration (30 m-Raster) am
Messprofil P 2.....................................................................................................................165
Abb. 149: Flächenanteile der Hydrotopklassen am Gesamteinzugsgebiet (7 km2)...........................167
Abb. 150: Verhältnis der Abflussbeiwerte V am Pegel SH zum Gesamtgebiet (DU).
Erklärung der Bereiche a, b und c im Text.........................................................................168
Abb. 151: Konvergenz der DOC-Konzentrationen im Dürreychgebiet bei zunehmendem
Abflussbeiwert. Wiedergabe aus: Volkmann (2002)..........................................................168
Abb. 152: Gegenüberstellung von Topographischem Index (links) und Gewichtetem
Topographischen Index (rechts) für das Dürreychgebiet (30 m-Raster)...........................169
Abb. 153: Gewichteter Topographischer Index mit Infiltration (30 m-Raster) im
Einzugsgebiet FH. Erst bei hoher Gebietsfeuchte (rechts) liefert das
Einzugsgebiet nennenswerte Abflussbeiträge (vgl. auch Abb. 38-40)..............................170
Abb. 154: Kombination von Gewichtetem Topographischem Index und Interflow-Index
ohne Reinfiltration (0)........................................................................................................174
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Pedohydrologische Eigenschaften von Bändchenböden im Nordschwarzwald.
Zusammenstellung auf Grundlage von Stahr (1973:137, 151).............................................12
Tab. 2: Zusammenstellung pedohydrologischer Kennwerte für den Nordschwarzwald.....................13
Tab. 3: Skalenbereiche in der Hydrologie (Kleeberg 1999:6)...........................................................17
Tab. 4: Zusammenhang von Strukturen, Prozessen und Indikatoren................................................25
Tab. 5: Untersuchung von Strukturen (S), Prozessen (P) und Indikatoren (I) im Dürreychgebiet auf
verschiedenen Skalen und ihre Aussagekraft für Flächen mit Zwischen- und
Sättigungsflächenabfluss........................................................................................................25
Tab. 6: Mittlere Jahresniederschläge benachbarter Messstationen
(Quellen: Grabmann 1996, DWD)..........................................................................................29
Tab. 7: Stratigrafie der Festgesteine im Einzugsgebiet nach GLA BW (1967, 1994a), vereinfacht...30
Tab. 8: Substrateigenschaften der Schuttdecken nach der stratigrafischen Herkunft
(Zusammenstellung aus GLA BW 1994a)..............................................................................31
Tab. 9: Bodengesellschaften im Einzugsgebiet - Zusammenstellung aus der BUK 1:200.000 (GLA
BW 1994b)..............................................................................................................................33
Tab. 10: Gewässerkundliche Hauptzahlen des Pegels Dürreych im Zeitraum 1973-1998 (Messungen
der LfU Baden-Württemberg, eigene Messungen).............................................................35
Tab. 11: Aus der FSK ableitbare, hydrologisch relevante Informationen.............................................40
Tab. 12: Klassifizierung der effektiven gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit des Oberbodens........43
Tab. 13: Umsetzung der Ökologischen Feuchtestufen ÖF in Ordinalzahlen........................................43
Tab. 14: Grund- und Stauwassereinfluss..............................................................................................44
Tab. 15: Ausbildung eines potenziell Sickerwasser hemmenden Unterbodens oder C-Horizonts.......44
Tab. 16: Direkte Hinweise auf laterale Wasserbewegung....................................................................45
Tab. 17: Wertzahlen für Wölbung und Neigung. Die Reliefkonvergenzzahl wird durch Addition eines
Wertepaars berechnet............................................................................................................46
Tab. 18: Klassifizierung der Erosionserscheinungen im Dürreychgebiet.............................................53
Tab. 19: Rundungsgrade nach Reichelt (1961), ergänzt....................................................................53
Tab. 20: Kartierschlüssel für die relative Deckung d der Indikatorvegetation.......................................54
Tab. 21: Hydrophobizitätsgrade und Benetzungszeiten (Bisdom et al., 1993).....................................57
Tab. 22: Häufig verwendete GIS-Operationen in Arc/Info....................................................................63
Tab. 23: Profile mit größeren Abweichungen von der FSK-Legende (A 1).......................................66
Tab. 24: Zuordnung von Hydrotoptypen zu den Forstlichen Standortseinheiten. Prozentangaben in
Klammern = Flächenteil am Gesamteinzugsgebiet (6,99 km2)..............................................68
Tab. 25: Aufschlüsselung der Horizonte aus Abb. 46 mit abgeleiteten Ks-Klassen 4.......................77
Tab. 26: Hydrophobizität verschiedener organischer Auflagen im Dürreychgebiet im feldfrischen und
getrockneten Zustand.............................................................................................................78
Tab. 27: Weglängen und ihre Flächenanteile im Dürreychgebiet.........................................................79
Tab. 28: Kennwerte für Starkregenereignisse bei geringer Gebietsfeuchte.........................................79
Tab. 29: Beschreibung der Fließabschnitte des Dürreychbachs..........................................................83
Tab. 30: Zusammenschau von Vegetationstypen, korrespondierenden Talniveaus und ihren
dominanten Abflussprozessen...............................................................................................88
Tab. 31: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der Missen und Moore mit ausgeprägtem
Sättigungsabfluss...................................................................................................................94
Tab. 32: Grundfeuchte Standortseinheiten (FSE) mit ausgeprägtem Sättigungsabfluss....................94
Tab. 33: Schwächer grundfeuchte Standortseinheiten (FSE) mit verzögertem Sättigungsabfluss.....94
Tab. 34: Profil P25 - Aus Bodenart, Lagerungsdichte und Humusgehalt abgeleitete Bodenkennwerte
(LGRB 1998)........................................................................................................................102
Tab. 35: Wichtige pedohydrologische Parameter für das repräsentative Profil HMi+ (Ableitungen aus
LGRB (1998)........................................................................................................................107
Tab. 36: Randbedingungen für die Modellierung der Standortseinheit HMi+....................................107
Tab. 37: Feuchtflächenanteile am Gesamteinzugsgebiet FTEG /FDo und ihre Abflussbeiwertquotienten
(Erläuterungen im Text).......................................................................................................112
Tab. 38: Gewichtete Feuchtflächenanteile am Gesamteinzugsgebiet Fjeg /Fdq und ihre
Abflussbeiwertquotienten (Erläuterungen im Text)..............................................................112
Tab. 39: Naturräumliche Charakterisierung der Vergleichshänge.....................................................119
Tab. 40: Ergebnisse der DOC-Konzentrationsbestimmungen und fluoreszenzspektroskopischen
Untersuchungen an den Hängen Stillwasser und Häuserwald (Zusammenstellung aus
Volkmann 2002)...................................................................................................................121
Tab. 41: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der steileren Hänge mit ausgeprägtem
Zwischenabfluss...................................................................................................................122
Tab. 42: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der Rücken und Kuppen mit ausgeprägtem
Zwischenabfluss...................................................................................................................122
Tab. 43: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der Rücken und Kuppen mit ausgeprägtem
Zwischenabfluss und Wasserzufluss...................................................................................122
Tab. 44: Forstliche Standortseinheiten (FSE) steilerer Lagen mit verzögertem Zwischenabfluss .... 122
Tab. 45: Forstliche Standortseinheiten (FSE) flacherer Lagen mit verzögertem Zwischenabfluss... 123
Tab. 46: Vergleich statistischer Lage- und Streuungsparameter von Interflow-Index Ipot und
Wasseraustritten Ipot(w)......................................................................................................126
Tab. 47: Vergleich statistischer Lage- und Streuungsparameter von Interflow-Index Ipot und
Hangrutschungen Ipot(r)......................................................................................................126
Tab. 48: Vergleich statistischer Lage- und Streuungsparameter von Interflow-Index Ipot und
Wegerosion lpot(e) für die Erosionsklassen e 0, e 1,e 2 und e 3 für das Gesamt
Einzugsgebiet, Gewässerpuffer 30m ausmaskiert...............................................................127
Tab. 49: Vegetationsaufnahme V 32 in der Quellmulde mit Feuchtezahlen (Aufnahmefläche: 25 m2,
Gesamtdeckung der Krautschicht: 90%, Blöcke).................................................................133
Tab. 50: Vegetationsaufnahme V 33 am Messprofil P 1 mit Feuchtezahlen (Aufnahmefläche: 30 m2,
Gesamtdeckung der Krautschicht: 35%, Blöcke).................................................................133
Tab. 51: Deskriptive Statistik der Bodenfeuchtemessungen [Vol-%J am Messprofil 1 (1.03. bis
15.11.1998).............................................................................................. 141
Tab. 52: Wichtige pedohydrologische Parameter für das repräsentative Profil BISH (Ableitungen aus
LGRB(1998).........................................................................................................................148
Tab. 53: Randbedingungen für die Modellierung der Standortseinheit BISH.....................................149
Tab. 54: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der flacheren Lagen mit guter Infiltration....................151
Tab. 55: Forstliche Standortseinheiten (FSE) der stärker geneigten Lagen mit Infiltration und
untergeordnetem Zwischenabfluss.......................................................................................151
Tab. 56: Vegetationsaufnahme V 47 am Messprofil P 2 mit Feuchtezahlen (Ellenberg et al. 1992).
Aufnahmefläche: 30 m2, Gesamtdeckung der Krautschicht: 70 %, einzelne Blöcke............154
Tab. 57: Deskriptive Statistik der Bodenfeuchtemessungen [Vol-%] am Messprofil 2 vom 1.03. bis
15.11.1998............................................................................................................................155
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