Analyse und Parametrisierung von Landnutzungseigenschaften zur Modellierung von Abfluss, Bodenerosion und Sedimentation im Einzugsgebiet des Wahnbachs (Bergisches Land):
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Bergisch Gladbach
Ferger
2011
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| Schriftenreihe: | Bonner geographische Abhandlungen
127 |
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Inhalt
Abbildungen 9
Tabellen 15
Vorwort 17
Abkürzungen 18
1 Einleitung 20
1.1 Problemstellung 20
1.2 Ziele der Arbeit 21
1.3 Lösungsweg 21
2 Stand der Forschung 22
2.1 Skalen und Skalierung 22
2.2 Bodenerosionsmodelle und hydrologische Modelle 24
2.3 Die Bedeutung von Modellen als Werkzeuge im Einzugs¬
gebietsmanagement 27
2.4 Modellunsicherheit 28
3 Theoretische Grundlagen der verwendeten Modelle 30
3.1 Wasserhaushalts-Simulations-ModellWaSiM-ETH 30
3.1.1 Korrektur des Niederschlages 31
3.1.2 Interpolation der meteorologischen Eingaben 32
3.1.3 Reliefabhängige Korrektur von Globalstrahlung und Lufttemperatur 32
3.1.4 Potenzielle und tatsächliche Verdunstung 32
3.1.5 Schneespeicherung und Schneeschmelze 33
3.1.6 Interzeption 33
3.1.7 Infiltration und Bildung von Oberflächenabfluss 33
3.1.8 Wasserdynamik in der ungesättigten Bodenzone und Bildung von
Zwischenabfluss 34
3.1.9 Wasserdynamik in der gesättigten Bodenzone und Bildung von
Grundwasserabfluss 36
3.1.10 Abflusskonzentration und Abfluss 36
3.1.
1
1 Durchfluss am Gebietsauslass 37
3.2 Bodenerosionsmodell
LISEM
37
3.2.1 Interpolation und reliefabhängige Korrektur des Niederschlages 39
3.2.2 Interzeption 39
3.2.3
Muldenspeicherung
39
3.2.4 Infiltration und Oberflächenabflussbildung 40
3.2.5 Oberflächenabflusskonzentration und Oberflächenabfluss auf den
Hängen und in den Gerinnen 40
3.2.6 Bodenerosion und Sedimentation 40
3.2.7 Durchfluss und Sedimentaustrag am Gebietsauslass 43
3.3 Kopplung von WaSiM-ETH und
LISEM
43
4 Charakterisierung des Untersuchungsgebietes und ausgewählter
Teileinzugsgebiete
Ą6
4.1 Klima, Witterung und Hydrologie 48
4.2 Relief 51
4.2.1 Teileinzugsgebiete 52
4.2.2 Vergleich der räumlichen Verbreitung der Hangneigungen in den
Untersuchungsgebieten 53
4.3 Untergrundgesteine und Böden 54
4.3.1 Teileinzugsgebiete 57
4.3.2 Vergleich der räumlichen Verbreitung der Hauptbodentypen in den
Untersuchungsgebieten 59
4.4 Vegetation und Landnutzung 61
4.4.1 Teileinzugsgebiete 62
4.4.2 Vergleich der räumlichen Verbreitung der Nutzungsarten in den
Untersuchungsgebieten 64
5 Kontinuierliche Simulation von Oberflächenabfluss und Boden¬
feuchte als Voraussetzung
rur
ereignisbasierte Bodenerosions¬
modellierungen 65
5.1 Datengrundlage 65
5.2 Parametrisierung von WaSiM-ETH 66
5.2.1 Meteorologische Eingabeparameter 66
5.2.2 Reliefparameter 67
5.2.3 Bodenparameter 67
5.2.4 Landnutzungsparameter 69
5.3 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 69
5.3.1 Kalibrierung und Validierung von WaSiM-ETH 69
5.3.2 Sensitivität der gesättigten Wasserleitfähigkeit auf den Abfluss, die
Verdunstung und die Bodenfeuchte für das Wahnbach-Einzugsgebiet 78
5.3.3 Simulation des Wasserhaushaltes des Wahnbach-Einzugsgebietes
unter besonderer Berücksichtigung der Bodenfeuchte und des
Oberflächenabflusses 81
5.3.4 Simulation der räumlichen Verteilung von Bodenfeuchte und
Oberflächenabfluss 85
6 Ereignisbezogene Simulation von Oberflächenabfluss, Boden¬
erosion und Sedimentation 88
6.1 Datengrundlage 88
6.2 Parametrisierung von
LISEM
88
6.2.1 Niederschlagseingaben 89
6.2.2 Bodenparameter 89
6.2.3 Landnutzungsparameter 91
6.3 Ergebnisse und Ergebnisdiskussion 91
6.3.1 Validierung von
LISEM
91
6.3.2 Sensitivität von Boden- und Landnutzungsparameter für das
Wahnbach-Einzugsgebiet 100
6.3.3 Simulation der räumlichen Verteilung von Bodenerosion und
Sedimentation 113
7 Berücksichtigung von Schnittweiden und Weiden bei der Model¬
lierung von Oberflächenabfluss, Bodenerosion und Sedimentation 117
7.1 Erweiterung der Datengrundlage 117
7.2 Berücksichtigung von Schnittweiden und Weiden mit WaSiM-ETH
und
LISEM
122
7.3 Modellierung von Schnittweiden und Weiden mit WaSiM-ETH
und
LISEM
124
8 Berücksichtigung von Straßen und
Wégen
bei der Modellierung
von Oberflächenabfluss, Bodenerosion und Sedimentation 131
8.1 Berücksichtigung linearer Strukturen bei der Modellierung mit
LISEM
132
8.2 Modellierung des Einflusses linearer Strukturen mit
LISEM
140
9 Einfluss zunehmender ackerbaulicher Nutzung und Wirkung
von Erosionsschutzmaßnahmen auf Oberflächenabfluss,
Bodenerosion und Sedimentation 147
9.1 Erweiterung der Datengrundlage 148
9.2 Modellierung der Zunahme des Ackerbaus und der Wirkung
von Erosionsschutzmaßnahmen 152
10 Schlussfolgerungen und Ausblick 160
11 Zusammenfassung 164
12 Literatur 166
7
13 Anhang 176
13.1 Pedotransferfunktionen nach Räwls und Brankensiek (1985) 176
13.2 Beginn, Menge und maximale Intensität der mit
LISEM
model¬
lierten Niederschlagsereignisse während des Untersuchungszeit¬
raumes 1999 bis 2000 177
13.3 Globale Sensitivitätsanalysen mit
LISEM
für das Wahnbach-
Einzugsgebiet 178
13.3.1 Globale Sensitivitätsanalyse der Landnutzungsparameter bezogen
auf den Oberflächenabfluss 178
13.3.2 Ergebnis der globalen Sensitivitätsanalyse der Bodenparameter
bezogen auf den Oberflächenabfluss 179
13.3.3 Ergebnis der globalen Sensitivitätsanalyse der Landnutzungspara¬
meter bezogen auf den Schwebstoffaustrag 181
13.3
A
Ergebnis der globalen Sensitivitätsanalyse der Bodenparameter bezo¬
gen auf den
Schwebstoŕfaustrag
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