Regionalisierung der Verschlämmungsneigung auf Feldskala:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German English |
| Veröffentlicht: |
Gießen
Inst. für Bodenkunde und Bodenerhaltung
2002
|
| Schriftenreihe: | Boden und Landschaft
37 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zsfassung in engl. Sprache |
| Beschreibung: | XIII, 173 S. Ill., graph. Darst., Kt. |
| ISBN: | 3931789365 |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Regionalisierung der Verschlämmungsneigung auf Feldskala
Autor: Jöckel, Christine
Jahr: 2002
Verzeichnisse
Verzeichnisse
Inhalt I
Abbildungen III
Tabellen VI
Abkürzungen X
Abstract/Kurzfassung XIII
Inhalt
Einführung 1
1.1 Stand der Forschung 2
1.1.1 Eigenschaften der Schlämmkrusten 2
1.1.2 Steuergrößen der Verschlammung 5
1.1.3 Untersuchung von Verschlammung unter natürlichen Bedingungen 12
1.1.4 Rolle der Verschlammung in Modellen 16
1.2 Ziele der Arbeit 16
Material Methoden 18
2.1 Einführung in den Untersuchungsraum 18
2.2 Probenahmestrategie - Messnetz an Standort 1 20
2.3 Probenahmestrategie - Transekte an Standort 2 23
2.4 Angewandte Untersuchungsmethoden 25
2.4.1 Methoden zur Ermittlung der Steuergrößen der Verschlammung 25
2.4.1.1 Analysen der verschlämmungsretevanten Grundbodeneigenschaften25
2.4.1.2 Aggregatgrößenverteilung 26
2.4.1.3 Untersuchung der Aggregatstabilität 27
2.4.1.4 Saatbett-Stabilität 28
2.4.1.5 Niederschlagsmessungen 28
2.4.2 Methoden zur Quantifizierung der Verschlämmungs-Indikatoren 29
2.4.2.1 Charakterisierung der Bodenrauigkert 29
2.4.2.2 Beschreibung der hydraulischen Eigenschaften
der Bodenoberfläche 30
2.4.2.3 Charakterisierung der Verschlammung 33
2.4.2.4 Infiltrationen mit einem Hauben-Infiltrometer 34
2.5 Geostatistische Verfahren 36
2.5.1 Semivariogramm-Analyse 36
2.5.2 Kriging 39
Verzeichnisse
3 Ergebnisse Diskussion 41
3.1 Niederschlagscharakteristika beider Versuchsjahre 41
3.2 Verschlämmungsrelevante Bodeneigenschaften 45
3.2.1 Korngrößenzusammensetzung 45
3.2.2 Kohlenstoff- Stickstoffgehalte 54
3.2.3 Aggregatgrößenverteilung 63
3.2.4 Aggregatstabilität 72
3.2.5 Saatbett-Stabilität 81
3.2.6 Wasserleitfähigkeit der frisch aggregierten Bodenoberfläche 84
3.3 Verschlämmungs-Indikatoren 91
3.3.1 Bodenrauigkeit 91
3.3.2 Wasserleitfähigkeit von verschlammter unverschlämmter/
gesackter Bodenoberfläche 107
3.3.2.1 Auswertung der gesättigten Wasserleitfähigkeit beider Standorte 107
3.3.2.2 Vergleich Standort 1 Standort 2 109
3.3.2.3 Vergleich der Infiltrations- Stechzylinder-Messungen 110
3.3.2.4 Räumliche Variabilität der gesättigten Wasserleitfähigkeit 113
3.3.2.5 Kleinräumige Variabilität der gesättigten Wasserleitfähigkeit 119
3.3.3 Qualität der Schlämmkrusten 121
3.3.3.1 Mächtigkeit der Schlämmkrusten 121
3.3.3.2 Schlämmkrustentypen 124
3.3.3.3 Räumliche Variabilität der Schlämmkrusten-Qualitäten 128
3.3.4 Gesättigte Wasserieitfähigkeit der Schlämmkrusten 131
3.3.5 Sealing-Index 136
3.3.6 Temporal Sealing-Index 139
4 Schlussbetrachtung 141
4.1 Ergebnisse der statistischen Auswertung 141
4.1.1 Beziehung zwischen den Grundbodeneigenschaften den
Verschlämmungs-Indikatoren 142
4.1.2 Beziehung zwischen den Verschlämmungs-Indikatoren 144
4.2 Räumliche Variabilität der Verschlämmungsneigung 145
4.3 Zeitliche Variabilität der Verschlämmungs-Neigung 147
4.4 Bewertung der angewandten Methoden 150
4.5 Ausblick 152
5 Zusammenfassung 153
6 Summary 156
7 Literatur 159
Verzeichnisse__________________________________________________________IM
Abbildungen
Abb. 1-1: Funktionale Zusammenhänge des kombinierten Erosion-
Verschlämmung-Modells nach Hairsine Hook
(1995: 11) 3
Abb. 2-1: Übersicht des Untersuchungsraums mit den beiden
Versuchsfeldern an Standort 1 (1999) Standort 2
(2000) sowie der Niederschlagsstation 19
Abb. 2-2: Übersicht der Messpunkte der Ebenen des Messfeldes
an Standort 1 21
Abb. 2-3: Ansicht der reliefierten Untersuchungsfläche an Standort
1 (1999) (überhöht) 22
Abb. 2-4: Schematische Übersicht des 30 m langen Transekts 1
des 60 m langen Transekts 2 24
Abb. 2-5: Detailliertes Beprobungsschema der gesättigten
Wasserleitfähigkeit an einem Kurz-Transekt 31
Abb. 2-6: Aufbau des Hauben-Infiltrometers während einer
Messung 34
Abb. 2-7: Schematische Übersicht über die Vorgehensweise bei
der Berechnung von Variogrammen 36
Abb. 2-8: Modell eines Semivariogramms zur Begriffserklärung 37
Abb. 3-1: Niederschlagsmenge kumulierte kinetische Energie des
Niederschlags innerhalb des 72-tägigen Untersuchungs-
zeitraums an Standort 1 (1. Mai 1999 bis 15. Juli 1999) 42
Abb. 3-2: Niederschlagsintensität -energie der verschlämmungs-
auslösenden Niederschlagsereignisse an Standort 1
(1999) Standort (2000) 43
Abb. 3-3: Niederschlagsmenge kumulierte kinetische Energie des
Niederschlags innerhalb des 91-tägigen Untersuchungs-
zeitraums (1. April 2000 bis 22. Juni 2000) 44
Abb. 3-4: Räumliche Variabilität der Korngrößenverteilung beider
Standorte 47
Abb. 3-5: Semivariogramm der Schiufffraktion an Standort 1 51
Abb. 3-6: Semivariogramm der Feinsandfraktion an Transekt 2 52
Abb. 3-7: Räumliche Struktur der ausgewählten Korngrößen-
fraktionen Sand, Schlurf Ton an Standort 1 53
Abb. 3-8: Semrvariogramm des Stickstoffs an Standort 1
(64 Proben) 57
Verzeichnisse
Abb. 3-9: Semivariogramm des Stickstoffs an Standort 2
(24 Proben) 57
Abb. 3-10: Raummuster von Kohlenstoff, Stickstoff sowie dem C/N-
Verhältnis an Standort 1 59
Abb. 3-11: Übersicht der AGG zum Zeitpunkt der Aussaat an beiden
Standorten 66
Abb. 3-12: Räumliche Strukturen der AGG am Beispiel ver-
schiedener Aggregatgrößenfraktionen an Standort 1 70
Abb. 3-13: Die AST der frisch aggregierten Saatbetten an beiden
Standorten 76
Abb. 3-14: Ausprägung der AST verschiedener Fraktionen innerhalb
der Untersuchungsfläche von Standort 1 80
Abb. 3-15: Raummuster der Saatbett-Stabilität sowie des Kohlen-
stoff- Schluffgehalts an Standort 1 84
Abb. 3-16: Gesättigte Wasserleitfähigkeit der frisch aggregierten
Bodenoberfläche (kfagg), an Standort 1 mit
Stechzylindern (oben) Infiltrometer (unten) gemessen
(Lücken = fehlende Messwerte) 86
Abb. 3-17: Gesättigte Wasserteitfähigkeit der frisch aggregierten
Bodenoberfläche (kfagg) an Transekt 1 Transekt 2 88
Abb. 3-18: Schematische Übersicht der Saatbett-Morphologie des
Abstands der Saatreihen der Zuckerrüben an einem
Teilabschnitt von Transekt 1 93
Abb. 3-19: Bodenrauigkeits-Kennwerte an Transekt 1 Transekt 2 94
Abb. 3-20: Durch Oberflächenabfluss umgelagertes Bodenmaterial
akkumuliert in den Fahrspuren am Unterhang von Stand-
ort 2 nach verschlämmungsauslösendem Niederschlag
am 2. Mai 2000 96
Abb. 3-21: Ausgewählte Monitoringflächen und Ergebnis-Karten von
Transekt 1 mit horizontaler Differenzierung der Boden-
rauigkeit bei frisch aggregierter Saatbettstruktur
(GAAagg) durch Bearbeitungsstrukturen sowie nach
Verschlammung der Bodenoberfläche (GAAver)
(Maßstab: Zollstock-Intervalle 10 cm) 103
Abb. 3-22: Ausgewählte Monitoringflächen von Transekt 1 mit
horizontaler Differenzierung der Bodenrauigkeit bei frisch
aggregierter Saalbettstruktur (GAAagg) durch
Fahrspuren und nach Ausbildung der Schlämmkrusten
(Maßstab: Zollstock-lntervalte 10 cm) 104
Verzeichnisse
Abb. 3-23: Räumliche Struktur der Bodenrauigkeit bei aggregierter
verschlammter Bodenoberfläche (GAAagg GAAver)
sowie des Verschlämmungs-Quotienten Einebnungs-
Indexes (GAAQ El) an Standort 1 106
Abb. 3-24: Sehr sprunghaftes Verhalten des experimentellen Vario-
gramms der gesättigten Wasserleitfähigkeit bei ver-
schlammter Bodenoberfläche (kfver) an Standort 1 116
Abb. 3-25: Vergleich der gesättigten Wasserleitfähigkeit bei unter-
schiedlich strukturierter Bodenoberfläche an Standort 1
(Infiltration Stechzylinder-Messungen) 117
Abb. 3-26: Saatreihen der Zuckerrüben an Standort 2; Blickrichtung
entlang von Transekt 2 nach NE mit blauen Markierungen
verschiedener Messpunkte 120
Abb. 3-27: Boxplots der Mächtigkeiten der Schlämmkrusten an
Standort 1 Standort 2 (Transekt 1 2) 122
Abb. 3-28: Mächtigkeiten der Schlämmkrusten an Standort 1
Standort 2 129
Abb. 3-29: Räumliche Ausprägung der Schlämmkrustenmächtigkeit
an Standort 1 130
Abb. 3-30: Ausprägung der räumlichen Variabilität des Sealing-Index
(Sl) an Standort 1 138
Abb. 4-1: Modellskizze der zeitlichen Dynamik von einem frisch
aggregierten Saatbett zu einer mit Schlämmkrusten
bedeckten Bodenoberfläche 148
VI _____________________________________________ Verzeichnisse
Tabellen
Tab. 1-1: Unterschiedliche Schwellenwerte für die Abgrenzung von
erosiven bzw. verschlämmungsauslösenden Nieder-
schlägen nach verschiedenen Autoren 9
Tab. 1-2: Definitionen der Relieftypen nach Römkens Wang
(1986) 10
Tab. 1-3: Überblick über Arbeiten zur räumlichen Variabilität von
verschlämmungsrelevanten Bodeneigenschaften auf der
Feldskala 14
Tab. 2-1: Übersicht der Messnetzkonfiguration und Anzahl der
Ebenen sowie der Proben an Standort 1 22
Tab. 2-2: Übersicht über die Methoden zur Charakterisierung und
Ableitung der Verschlämmungsneigung sowie deren
Beprobungszeitpunkt Probenumfang an Standort 1 23
Tab. 2-3: Übersicht über die einzelnen Methoden sowie deren
räumliche Verteilung auf die beiden Transekte in 2000 25
Tab. 2-4: Überblick über häufig an experimentelle Semivario-
gramme angepassten Modellfunktionen 38
Tab. 2-5: Übersicht über die Bewertungsstufen der räumlichen
Abhängigkeit von modellierten Semivariogrammen in
Anlehnung an Cambardella et al. (1994) 39
Tab. 3-1: Häufigkeiten der Niederschlagsintensitäten 41
Tab. 3-2: Korngrößenzusammensetzung an Standort 1
Standort 2 45
Tab. 3-3: Geostatistische Kennwerte der Korngrößenverteilung 48
Tab. 3-4: Stickstoff- Kohlenstoffgehalte an Standort 1
Standort 2 54
Tab. 3-5: Geostatistische Kennwerte von Stickstoff Kohlenstoff
sowie dem C/N-Verhältnis 55
Tab. 3-6: Beprobungsstrategien verschiedener Autoren für die
Analyse der räumlichen Struktur von Kohlenstoff auf
Feldskala 61
Tab. 3-7: Statistische Kennwerte der AGG sowie des GMD von
Standort 1 Standort 2 63
Tab. 3-8: Signifikante Korrelationen zwischen einzelnen Fraktionen
der AGG Bastsbodeneigenschaften 65
Verzeichnisse_______________________________________________________________VH
Tab. 3-9: Geostatistische Kennwerte der AGG des GMD an
beiden Standorten 68
Tab. 3-10: Statistische Kennwerte der AST an Standort 1
Standort 2 72
Tab. 3-11: Korrelationen von ausgewählten Korngrößen und der
AST an Standort 2 (N =38) 73
Tab. 3-12: Korrelationen von AST und Kohlenstoff an Standort 1
(N =64) 74
Tab. 3-13: Geostatistische Kennwerte der AST an Standort 1
Standort 2 77
Tab. 3-14: Statistische Kennwerte der Saatbett-Stabilität (SB-S*
SB-S) an Standort 1 Standort 2 (Transekte 1 2) 82
Tab. 3-15: Geostatistisch Kennwerte der Saatbett-Stabilität (SB-S)
an Standort 1 83
Tab. 3-16: Statistische Kennwerte der kfagg an Standort 1
(Stechzylinder-Messung Infiltration) Standort 2
(Transekte 1 2) 85
Tab. 3-17: Geostatistische Kennwerte der gesättigten Wasser-
leitfähigkeit bei aggregierter Bodenoberfläche (kfagg) an
beiden Standorten 89
Tab. 3-18: Statistische Kennwerte der aggregierten (GAAagg)
verschlämmten Bodenoberfläche (GAA»«-) beider
Standorte 91
Tab. 3-19: Statistische Kennwerte des Verschlämmungs-Quotienten
(GAAq) des Einebnungs-Indexes (El) an Standort 1
Standort 2 95
Tab. 3-20: Korrelationen der Bodenrauigkeits-Kennwerte -
Indikatoren mit AST AGG an Standort 1 98
Tab. 3-21: Korrelationen der Bodenrauigkeits-Kennwerte -
Indikatoren der Stabilität verschiedener Aggregatgrößen-
Fraktionen (AST) an Standort 2 99
Tab. 3-22: Geostatistische Kennwerte der Bodenrauigkeit sowie der
Verschlämmungs-Indikatoren an Standort 1 Standort 2 100
Tab. 3-23: Statistische Kennwerte der gesättigten Wasserleit-
fähigkeit bei verschlammter (idW) sowie unver-
schlämmter/gesackter (kfuwsacn) Bodenoberfläche an
Standort 1 Standort 2 (Transekte 1 2) 108
VIII________________________________________________________Verzeichnisse
Tab. 3-24: Geostatistische Kennwerte der gesättigten Wasser-
leitfähigkeit bei unverschlämmter/gesackter (kfuv/Sack)
verschlammter Bodenoberfläche (kfver) an beiden
Standorten 114
Tab. 3-25: Geostatistische Kennwerte der gesättigten Wasser-
leitfähigkeit bei verschlammter und unverschlämm-
ter/gesackter Bodenoberfläche der Kurz-Transekte (KT)
an Standort 2 (nur modellierte Variogramme) 119
Tab. 3-26: Statistische Kennwerte der Schlämmkrustenmächtigkeit
an Standort 1 Standort 2 121
Tab. 3-27: Korrelationen der Schlämmkrustenmächtigkeit
verschiedener Bodeneigenschaften an Standort 2
(N = 23) 122
Tab. 3-28: Geostatistische Kennwerte der Schlämmkrustendicke an
Standort 1 Standort 2 128
Tab. 3-29: Statistische Kennwerte der gesättigten Wasserleit-
fähigkeit der Schlämmkrusten (kforuste) an Standort 1
Standort 2 132
Tab. 3-30: Übersicht der gesättigten Wasserleitfähigkeit der
Schlämmkrusten auf Basis von Niederschlags-
simulationen im Labor verschiedener Autoren 132
Tab. 3-31: Geostatistische Kennwerte der gesättigten Wasserleit-
fähigkeit der Schlämmkrusten (kfKlUste) an Standort 1
Standort 2 135
Tab. 3-32: Statistische Kennwerte des Sealing-Index (Sl) an
Standort 1 Standort 2 (Transekte 1 2) 136
Tab. 3-33: Geostatistische Kennwerte des Sealing-Index (Sl) an
Standort 1 Standort 2 137
Tab. 3-34: Statistische Kennwerte des Temporal Sealing-Index (TSI)
an Standort 1 Standort 2 139
Tab. 3-35: Geostatistische Kennwerte des TSI an beiden Standorten 140
Tab. 4-1: Signifikante Beziehungen zwischen den Grundboden-
eigenschaften sowie den Verschlämmungs-Indikatoren
(grau markiert) 142
Tab. 4-2: Bewertung der Beziehung zwischen den verschiedenen
vier Gruppen der Verschlämmungs-Indikatoren 144
Verzeichnisse_______________________________________________________IX
Tab. 4-3: Bewertung der geostatistischen Auswertung der
Probenahmestrategien der Grundbodeneigenschaften
sowie der Verschlämmungs-Indikatoren an Standort 1
Standort 2 146
Tab. 4-4: Vergleich verschiedener Kennwerte der Infiltations-
Stechzylinder-Messungen bei aggregierter (kfagg)
verschlammter (kfver) Bodenoberfläche 151
|
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| discipline | Geologie / Paläontologie Geographie |
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