Prozessbasierte Modellierung der Bodenerosion in einer Lösslandschaft:
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Karlsruhe
Verl. Siedlungswasserwirtschaft
2008
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| Series: | Schriftenreihe SWW
129 |
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SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND WASSERGUETEWIRTSCHAFT UNIVERSITAET KARLSRUHE
(TH) ULRIKE SCHERER PROZESSBASIERTE MODELLIERUNG DER BODENEROSION IN
EINER LOESSLANDSCHAFT UNIVERSITAET KARLSRUHE (TH) VERLAG
SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT KARLSRUHE SCHRIFTENREIHE SWW - BAND 129 -
KARLSRUHE 2008 INHALT VII INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 1.1
AUSWIRKUNGEN DER BODENEROSION 2 1.2 DIE ANWENDUNG VON MODELLEN ZUR
ANALYSE UND QUANTIFIZIERUNG VON EROSIONSPROZESSEN 4 2 PROBLEMSTELLUNG
UND ZIELSETZUNG 9 3 THEORIE UND ABLEITUNG DER PROZESSANSAETZE ZUR
MODELLIERUNG DER BODENEROSION 13 3. 1 GRUNDLEGENDE VORAUSSETZUNGEN FUER
DIE MODELLENTWICKLUNG 13 3.1.1 DIE SEDIMENTKONTINUITAETSGLEICHUNG 13
3.1.2 MODELLVORSTELLUNGEN ZUR INTERAKTION DER TEILPROZESSE 15 3.1.3
DISKUSSION DER MODELLGRUNDLAGEN ZUR PROZESSINTERAKTION 23 3.2 DIE
MOBILISIERUNG VON PARTIKELN AUS DER BODENMATRIX 24 3.2.1 PROZESSANSAETZE
ZUR BESTIMMUNG DER POTENZIELLEN EROSIONSRATE 24 3.2.1.1 WIRKUNG DES
TROPFENAUFPRALLS 25 3.2.1.2 WIRKUNG DES OBERFLAECHENABFLUSSES 27 3.2.1.3
KOMBINIERTE BETRACHTUNG VON TROPFENAUFPRALL UND OBERFLAECHENABFLUSS 30
3.2.2 ABLEITUNG EINES MODELLANSATZES FUER LOESSBOEDEN 31 3.2.2.1
GRUNDSAETZLICHE UEBERLEGUNGEN ZUR WAHL DES MODELLANSATZES 32 3.2.2.2
BESCHREIBUNG DER LABORVERSUCHE VON SCHMIDT (1988, 1996) 33 3.2.2.3
ENTWICKLUNG DES MODELLANSATZES FUER DIE POTENZIELLE EROSIONSRATE 34 3.3
DER TRANSPORT VON BODENPARTIKELN 40 3.3.1 PROZESSANSAETZE ZUR
MODELLIERUNG DES SEDIMENTTRANSPORTS 41 3.3.1.1 ANWENDUNG VON
FLIESSGEWAESSERANSAETZEN IN EROSIONSMODELLEN 42 3.3.1.2 TRANSPORTANSAETZE
FUER OBERFLAECHENABFLUSS 45 3.3.1.3 DISKUSSION DER ANSAETZE UND WAHL EINER
GEEIGNETEN TRANSPORTFORMEL 48 3.3.2 FRAKTIONSWEISER TRANSPORT 53 3.3.2.1
DER *VOLLSTAENDIGE UND *SELEKTIVE TRANSPORT IN FLIESSGEWAESSERN 54
3.3.2.2 FRAKTIONSWEISER TRANSPORT IN DER EROSIONSMODELLIERUNG 56 3.3.2.3
GRUNDSAETZLICHE UEBERLEGUNGEN ZUM FRAKTIONSWEISEN TRANSPORT AUF LOESSBOEDEN
60 3.3.2.4 ENTWICKLUNG DES MODELLANSATZES FUER DEN FRAKTIONSWEISEN
TRANSPORT 61 3.3.2.5 BERUECKSICHTIGUNG EINER MAXIMALEN
SEDIMENTKONZENTRATION 65 3.4 DIE DEPOSITION VON BODENPARTIKELN 67 3.4.1
MODELLVORSTELLUNG ZUR DEPOSITION 68 3.4.2 BESTIMMUNG DER
SINKGESCHWINDIGKEIT 69 3.4.3 BESTIMMUNG DER DEPOSITIONSRATE 71 3.5
ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLANSAETZE 73 PROZESSBASIERTE MODELLIERUNG DER
BODENEROSION 4 AUFBAU DES MODELLSYSTEMS CATFLOW-SED 75 4.1
MODELLKOMPONENTEN ZUR SIMULATION DER ABFLUSSDYNAMIK 75 4.1.1 RAEUMLICHE
DISKRETISIERUNG, ZEITSCHRITTSTEUERUNG UND DATENHALTUNG 75 4.1.2
INFILTRATION UND BODENWASSERBEWEGUNG 77 4.1.3 OBERFLAECHENWASSERBEWEGUNG
79 4.2 MODELLKOMPONENTEN ZUR SIMULATION DER BODENEROSION 82 4.3 KOPPLUNG
UND ANPASSUNG DER MODELLKOMPONENTEN 85 4.3.1 HYDRAULISCHE EINGANGSGROESSEN
FUER DIE MODELLKOPPLUNG 85 4.3.2 MODELLSENSITIVITAET BEI VERSCHIEDENEN
DISKRETISIERUNGSWEITEN 86 4.3.3 ANPASSUNG DER GEFAELLEBERECHNUNG 87 4.3.4
EIN- UND AUSGABEDATEN 87 5 BESCHREIBUNG UND DATENGRUNDLAGE DES
MODELLGEBIETS 89 5.1 DAS WEIHERBACHGEBIET 89 5.1.1 GEOLOGIE UND
PEDOLOGIE 90 5.1.2 LANDNUTZUNG 93 5.2 MESSPROGRAMME UND DATENGRUNDLAGE
95 5.2.1 NIEDERSCHLAGS-, KLIMA- UND BODENFEUCHTEMESSNETZ 95 5.2.2
ABFLUSSMESSUNG 96 5.2.3 SCHWEBSTOFFBILANZIERUNG BEI ABFLUSSWELLEN 97
5.2.4 ABLEITUNG EINER BODENARTENKARTE 99 5.2.5 BODENHYDRAULISCHE
KENNGROESSEN 100 5.2.6 MAKROPOROSITAET 102 5.2.7 BEREGNUNGSVERSUCHE ZUR
BESTIMMUNG DER BODENERODIERBARKEIT UND OBERFLAECHENRAUHEIT 103 6
CHARAKTERISIERUNG DES EROSIONSWIDERSTANDES FUER LOESSBOEDEN 107 6.1
BESCHREIBUNG DER MESSDATEN 107 6.2 EROSIONSWIDERSTAND UND EROSIVE LAENGE
DER FELDVERSUCHE 110 6.3 BESTIMMUNG DER MITTLEREN EROSIONSWIDERSTAENDE
113 6.4 VORHERSAGE UND REGIONALISIERUNG DES EROSIONSWIDERSTANDES 118 6.5
DISKUSSION DER FUNKTIONALEN ZUSAMMENHAENGE 123 7 SIMULATION DER ABFLUSS-
UND EROSIONSPROZESSE AUF VERSCHIEDENEN SKALEN 127 7.1 STRATEGIE FUER DIE
ANPASSUNG UND VALIDIERUNG DES MODELLS 127 7.2 SIMULATION DER
BEREGNUNGSVERSUCHE 129 7.2.1 SCHAETZUNG DER VORFEUCHTE IM BODENPROFIL
....*: 130 7.2.2 ANPASSUNG DER OBERFLAECHENABFLUSSSIMULATION 133 7.2.3
ZUSAMMENHANG VON MAKROPOROSITAET UND BODENEIGENSCHAFTEN 135 INHALT 7.2.4
VERGLEICH DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT MESSDATEN 137 7.2.5 DISKUSSION
DER SIMULATIONSERGEBNISSE 143 7.3 SIMULATION EINES
NIEDERSCHLAGSEREIGNISSES AUF DER HANGSKALE 144 7.3.1 BESTIMMUNG DER
MODELLPARAMETER 145 7.3.2 ERGEBNIS UND DISKUSSION DER SIMULATION 146 7.4
ERWEITERUNG AUF DAS EINZUGSGEBIET 147 7.4.1 PARAMETRISIERUNG DER
GEBIETSSIMULATION 148 7.4.1.1 DISKRETISIERUNG DES NOERDLICHEN
WEIHERBACHGEBIETES 148 7.4.1.2 LANDNUTZUNGSABHAENGIGE PARAMETER 149
7.4.1.3 BODENHYDRAULISCHE KENNGROESSEN UND MAKROPOROSITAET 150 7.4.1.4
BODENART 151 7.4.1.5 REGIONALISIERUNG DER EROSIONSWIDERSTAENDE 152 7.4.2
SIMULATION VON ABFLUSS UND BODENABTRAG 153 7.4.2.1 ANPASSUNG DER
ABFLUSSEREIGNISSE 154 7.4.2.2 INTERPRETATION DER ANPASSUNG DES
MAKROPOROSITAETSFAKTORS 157 7.4.2.3 VERGLEICH VON BILANZIERTEN UND
SIMULIERTEN SEDIMENTFRACHTEN 158 7.4.3 DISKUSSION DER
EROSIONSMODELLIERUNG FUER DAS EINZUGSGEBIET 162 7.5 AUSGEWAEHLTE
SZENARIOBERECHNUNGEN 165 7.5.1 AENDERUNG DES LANDNUTZUNGSMUSTERS 165
7.5.2 EROSIONSMINDERNDE BEARBEITUNGSVERFAHREN 168 7.5.3 AENDERUNG DER
NIEDERSCHLAGSINTENSITAET BEI STARKREGENEREIGNISSEN 174 7.5.4 FOLGERUNGEN
AUS DEN SZENARIOBERECHNUNGEN 176 8 SCHLUSSDISKUSSION UND AUSBLICK 179
LITERATURVERZEICHNIS 187 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 205 TABELLENVERZEICHNIS
211 SYMBOLVERZEICHNIS 215 ANHANG 221 SCHRIFTENREIHE SWW - KARLSRUHE 241
|
| adam_txt |
INSTITUT FUER WASSER UND GEWAESSERENTWICKLUNG (IWG) BEREICH
SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT UND WASSERGUETEWIRTSCHAFT UNIVERSITAET KARLSRUHE
(TH) ULRIKE SCHERER PROZESSBASIERTE MODELLIERUNG DER BODENEROSION IN
EINER LOESSLANDSCHAFT UNIVERSITAET KARLSRUHE (TH) VERLAG
SIEDLUNGSWASSERWIRTSCHAFT KARLSRUHE SCHRIFTENREIHE SWW - BAND 129 -
KARLSRUHE 2008 INHALT VII INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 1.1
AUSWIRKUNGEN DER BODENEROSION 2 1.2 DIE ANWENDUNG VON MODELLEN ZUR
ANALYSE UND QUANTIFIZIERUNG VON EROSIONSPROZESSEN 4 2 PROBLEMSTELLUNG
UND ZIELSETZUNG 9 3 THEORIE UND ABLEITUNG DER PROZESSANSAETZE ZUR
MODELLIERUNG DER BODENEROSION 13 3. 1 GRUNDLEGENDE VORAUSSETZUNGEN FUER
DIE MODELLENTWICKLUNG 13 3.1.1 DIE SEDIMENTKONTINUITAETSGLEICHUNG 13
3.1.2 MODELLVORSTELLUNGEN ZUR INTERAKTION DER TEILPROZESSE 15 3.1.3
DISKUSSION DER MODELLGRUNDLAGEN ZUR PROZESSINTERAKTION 23 3.2 DIE
MOBILISIERUNG VON PARTIKELN AUS DER BODENMATRIX 24 3.2.1 PROZESSANSAETZE
ZUR BESTIMMUNG DER POTENZIELLEN EROSIONSRATE 24 3.2.1.1 WIRKUNG DES
TROPFENAUFPRALLS 25 3.2.1.2 WIRKUNG DES OBERFLAECHENABFLUSSES 27 3.2.1.3
KOMBINIERTE BETRACHTUNG VON TROPFENAUFPRALL UND OBERFLAECHENABFLUSS 30
3.2.2 ABLEITUNG EINES MODELLANSATZES FUER LOESSBOEDEN 31 3.2.2.1
GRUNDSAETZLICHE UEBERLEGUNGEN ZUR WAHL DES MODELLANSATZES 32 3.2.2.2
BESCHREIBUNG DER LABORVERSUCHE VON SCHMIDT (1988, 1996) 33 3.2.2.3
ENTWICKLUNG DES MODELLANSATZES FUER DIE POTENZIELLE EROSIONSRATE 34 3.3
DER TRANSPORT VON BODENPARTIKELN 40 3.3.1 PROZESSANSAETZE ZUR
MODELLIERUNG DES SEDIMENTTRANSPORTS 41 3.3.1.1 ANWENDUNG VON
FLIESSGEWAESSERANSAETZEN IN EROSIONSMODELLEN 42 3.3.1.2 TRANSPORTANSAETZE
FUER OBERFLAECHENABFLUSS 45 3.3.1.3 DISKUSSION DER ANSAETZE UND WAHL EINER
GEEIGNETEN TRANSPORTFORMEL 48 3.3.2 FRAKTIONSWEISER TRANSPORT 53 3.3.2.1
DER *VOLLSTAENDIGE" UND *SELEKTIVE" TRANSPORT IN FLIESSGEWAESSERN 54
3.3.2.2 FRAKTIONSWEISER TRANSPORT IN DER EROSIONSMODELLIERUNG 56 3.3.2.3
GRUNDSAETZLICHE UEBERLEGUNGEN ZUM FRAKTIONSWEISEN TRANSPORT AUF LOESSBOEDEN
60 3.3.2.4 ENTWICKLUNG DES MODELLANSATZES FUER DEN FRAKTIONSWEISEN
TRANSPORT 61 3.3.2.5 BERUECKSICHTIGUNG EINER MAXIMALEN
SEDIMENTKONZENTRATION 65 3.4 DIE DEPOSITION VON BODENPARTIKELN 67 3.4.1
MODELLVORSTELLUNG ZUR DEPOSITION 68 3.4.2 BESTIMMUNG DER
SINKGESCHWINDIGKEIT 69 3.4.3 BESTIMMUNG DER DEPOSITIONSRATE 71 3.5
ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLANSAETZE 73 PROZESSBASIERTE MODELLIERUNG DER
BODENEROSION 4 AUFBAU DES MODELLSYSTEMS CATFLOW-SED 75 4.1
MODELLKOMPONENTEN ZUR SIMULATION DER ABFLUSSDYNAMIK 75 4.1.1 RAEUMLICHE
DISKRETISIERUNG, ZEITSCHRITTSTEUERUNG UND DATENHALTUNG 75 4.1.2
INFILTRATION UND BODENWASSERBEWEGUNG 77 4.1.3 OBERFLAECHENWASSERBEWEGUNG
79 4.2 MODELLKOMPONENTEN ZUR SIMULATION DER BODENEROSION 82 4.3 KOPPLUNG
UND ANPASSUNG DER MODELLKOMPONENTEN 85 4.3.1 HYDRAULISCHE EINGANGSGROESSEN
FUER DIE MODELLKOPPLUNG 85 4.3.2 MODELLSENSITIVITAET BEI VERSCHIEDENEN
DISKRETISIERUNGSWEITEN 86 4.3.3 ANPASSUNG DER GEFAELLEBERECHNUNG 87 4.3.4
EIN- UND AUSGABEDATEN 87 5 BESCHREIBUNG UND DATENGRUNDLAGE DES
MODELLGEBIETS 89 5.1 DAS WEIHERBACHGEBIET 89 5.1.1 GEOLOGIE UND
PEDOLOGIE 90 5.1.2 LANDNUTZUNG 93 5.2 MESSPROGRAMME UND DATENGRUNDLAGE
95 5.2.1 NIEDERSCHLAGS-, KLIMA- UND BODENFEUCHTEMESSNETZ 95 5.2.2
ABFLUSSMESSUNG 96 5.2.3 SCHWEBSTOFFBILANZIERUNG BEI ABFLUSSWELLEN 97
5.2.4 ABLEITUNG EINER BODENARTENKARTE 99 5.2.5 BODENHYDRAULISCHE
KENNGROESSEN 100 5.2.6 MAKROPOROSITAET 102 5.2.7 BEREGNUNGSVERSUCHE ZUR
BESTIMMUNG DER BODENERODIERBARKEIT UND OBERFLAECHENRAUHEIT 103 6
CHARAKTERISIERUNG DES EROSIONSWIDERSTANDES FUER LOESSBOEDEN 107 6.1
BESCHREIBUNG DER MESSDATEN 107 6.2 EROSIONSWIDERSTAND UND EROSIVE LAENGE
DER FELDVERSUCHE 110 6.3 BESTIMMUNG DER MITTLEREN EROSIONSWIDERSTAENDE
113 6.4 VORHERSAGE UND REGIONALISIERUNG DES EROSIONSWIDERSTANDES 118 6.5
DISKUSSION DER FUNKTIONALEN ZUSAMMENHAENGE 123 7 SIMULATION DER ABFLUSS-
UND EROSIONSPROZESSE AUF VERSCHIEDENEN SKALEN 127 7.1 STRATEGIE FUER DIE
ANPASSUNG UND VALIDIERUNG DES MODELLS 127 7.2 SIMULATION DER
BEREGNUNGSVERSUCHE 129 7.2.1 SCHAETZUNG DER VORFEUCHTE IM BODENPROFIL
.*: 130 7.2.2 ANPASSUNG DER OBERFLAECHENABFLUSSSIMULATION 133 7.2.3
ZUSAMMENHANG VON MAKROPOROSITAET UND BODENEIGENSCHAFTEN 135 INHALT 7.2.4
VERGLEICH DER SIMULATIONSERGEBNISSE MIT MESSDATEN 137 7.2.5 DISKUSSION
DER SIMULATIONSERGEBNISSE 143 7.3 SIMULATION EINES
NIEDERSCHLAGSEREIGNISSES AUF DER HANGSKALE 144 7.3.1 BESTIMMUNG DER
MODELLPARAMETER 145 7.3.2 ERGEBNIS UND DISKUSSION DER SIMULATION 146 7.4
ERWEITERUNG AUF DAS EINZUGSGEBIET 147 7.4.1 PARAMETRISIERUNG DER
GEBIETSSIMULATION 148 7.4.1.1 DISKRETISIERUNG DES NOERDLICHEN
WEIHERBACHGEBIETES 148 7.4.1.2 LANDNUTZUNGSABHAENGIGE PARAMETER 149
7.4.1.3 BODENHYDRAULISCHE KENNGROESSEN UND MAKROPOROSITAET 150 7.4.1.4
BODENART 151 7.4.1.5 REGIONALISIERUNG DER EROSIONSWIDERSTAENDE 152 7.4.2
SIMULATION VON ABFLUSS UND BODENABTRAG 153 7.4.2.1 ANPASSUNG DER
ABFLUSSEREIGNISSE 154 7.4.2.2 INTERPRETATION DER ANPASSUNG DES
MAKROPOROSITAETSFAKTORS 157 7.4.2.3 VERGLEICH VON BILANZIERTEN UND
SIMULIERTEN SEDIMENTFRACHTEN 158 7.4.3 DISKUSSION DER
EROSIONSMODELLIERUNG FUER DAS EINZUGSGEBIET 162 7.5 AUSGEWAEHLTE
SZENARIOBERECHNUNGEN 165 7.5.1 AENDERUNG DES LANDNUTZUNGSMUSTERS 165
7.5.2 EROSIONSMINDERNDE BEARBEITUNGSVERFAHREN 168 7.5.3 AENDERUNG DER
NIEDERSCHLAGSINTENSITAET BEI STARKREGENEREIGNISSEN 174 7.5.4 FOLGERUNGEN
AUS DEN SZENARIOBERECHNUNGEN 176 8 SCHLUSSDISKUSSION UND AUSBLICK 179
LITERATURVERZEICHNIS 187 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 205 TABELLENVERZEICHNIS
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