Bodenerosionsmodellierung in verschiedenen Skalen: Modellvergleiche und Praxistauglichkeit am Beispiel von zwei Einzugsgebieten im Baselbieter Tafeljura (Kanton Basel-Landschaft/Schweiz)
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Basel
Wepf
2011
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| adam_text | Titel: Bodenerosionsmodellierung in verschiedenen Skalen
Autor: Meier, Stefan
Jahr: 2011
Verzeichnisse
Bodenerosionsmodellierung in verschiedenen Skalen
Modellvergleiche und Praxistauglichkeit am Beispiel von zwei Einzugsgebieten im Basel-
bieter Tafeljura (Kanton Basel-Landschaft/Schweiz)
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis...................................................................................................................I
Verzeichnis der Abbildungen..........................................................................................IV
Verzeichnis der Tabellen.................................................................................................VI
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen....................................................................VI
Vorwort und Dank..............................................................................................................VII
1 Einleitung...........................................................................................................................1
1.1 Bodenerosions- und Stoffhaushaltsmodellierung in Agrarlandschaften.....................1
1.1.1 Das Umweltproblem Bodenerosion.....................................................................1
1.1.2 Methoden und Modellansätze...............................................................................2
1.1.3 GIS-Einsatz in der Modellbildung........................................................................4
1.1.4 Modellbildung und Visualisierung.......................................................................4
1.2 Bodenerosions- und Stoffhaushaltsforschung am Geographischen Institut der
Universität Basel...........................................................................................................5
1.2.1 Stand der Arbeit innerhalb der Forschungsgruppe Bodenerosion des
Geographischen Institutes der Universität Basel...........................................................6
1.2.2 Bisherige Erkenntnisse der Feldbeobachtungen der FBB und
Schlussfolgerungen für die vorliegende Arbeit.............................................................7
1.3 Zielsetzung der Arbeit.................................................................................................8
1.3.1 Arbeitshypothesen..............................................................................................10
1.3.2 Methodisches Grundkonzept..............................................................................12
2 Der Untersuchungsraum...................................................................................................16
2.1 Naturräumliche Einordnung und geologische Verhältnisse......................................17
2.2 Hydrologische, geomorphologische, pedologische und klimatische Verhältnisse.... 18
2.3 Landwirtschaftliche Nutzung der Untersuchungsgebiete..........................................20
2.3.1 Veränderungen der landwirtschaftlichen Nutzung in den Untersuchungs-
gebieten 1985-1999.....................................................................................................21
3 Methodik...........................................................................................................................22
3.1 Messungen und Beobachtungen im Feld...................................................................22
3.1.1 Felddatenerfassung als Grundlage für die Modellbildung.................................22
3.1.2 Erosionstestparzellen T30 und T50....................................................................22
3.1.3 Niederschlag.......................................................................................................23
3.1.4 Gebietsabfluss.....................................................................................................24
3.1.5 Drainagen...........................................................................................................26
3.1.6 Bodenfeuchte......................................................................................................28
3.1.7 Landnutzungskartierung.....................................................................................31
Verzeichnisse
3.1.8 Feststoffhaushalt.................................................................................................31
3.1.9 Die Bestimmung des organischen Kohlenstoffes...............................................32
3.1.10 Erosionsschadenskartierungen.........................................................................33
3.2 Modellansätze in verschiedenen Dimensionen..........................................................33
3.2.1 Ein dynamisches, empirisches GIS-gestütztes Feststoffmodell (ESSEM).........33
3.2.1.1 Ausgangslage für die Modellentwicklung...................................................33
3.2.1.2 Die verwendeten Eingangsgrössen und ihre Herleitung.............................36
5.2.1.3 Modellbildung.............................................................................................39
3.2.2 Das ereignisbezogene deterministische Einzugsgebietsmodell E2/3D..............45
3.2.2.1 Die Modellgrundlagen.................................................................................46
3.2.2.2 Die verwendeten Eingangsgrössen und ihre Herleitung.............................47
3.2.2.3 Kalibrierung und Validierung......................................................................53
3.2.3 EPIC: Ein Modell zur Abschätzung von langjähriger Erosionsgefährdung und
Stoffauswaschung........................................................................................................55
3.2.3.1 Die verwendeten Eingangsgrössen und ihre Herleitung.............................58
3.2.3.2 Kalibrierung und Validierung......................................................................62
3.3 Visualisierung als partizipative Methode zur nachhaltigen Landschaftsplanung.....66
3.3.1 Visualisierung von Teilergebnissen der Modellbildung.....................................67
3.3.2 Die Zukunft einer Landschaft.............................................................................69
4 Ergebnisse.........................................................................................................................71
4.1 Daten der Messungen und Beobachtungen im Feld (Hydrologische Jahre 1997-1999)71
4.1.1 Niederschlag.......................................................................................................71
4.1.2 Verdunstung.......................................................................................................72
4.1.3 Gebietsabfluss.....................................................................................................73
4.1.4 Drainagen...........................................................................................................74
4.1.5 Bodenfeuchte......................................................................................................76
4.1.6 Wasserbilanz in den hydrologischen Jahren 1997-1999....................................77
4.1.7 Ergebnisse stoffhaushaltlicher Messungen in den Jahren 1997-1999................77
4.1.8 Erosionsschadenskartierungen...........................................................................82
4.1.8.1 Anzahl und Verteilung der Erosionsereignisse...........................................82
4.1.8.2 Art, Entstehungsursachen und Verteilung der Erosionsformen..................85
4.1.8.3 Bodenabtragsmengen..................................................................................87
4.1.8.4 Akkumulation und Off-Site-Schäden, Übertritte.........................................88
4.1.8.5 Erosion und Landnutzung im EZG Länenbach...........................................88
4.2 Ergebnisse der Erosionsmodellierungen...................................................................90
4.2.1 Ein einfaches GIS-gestütztes Modell zur Bestimmung der beitragenden
Flächen in chorischer Dimension im Einzugsgebiet Länenbachtal............................90
4.2.1.1 Kleinsteinzugsgebiete (Subbasins) im Länenbachtal..................................90
4.2.1.2 Präferentielle Fliesspfade des Oberflächenabfluss......................................92
4.2.1.3 Identifikation von Übertrittsstellen..............................................................93
4.2.1.4. Klassierte Übertrittstellen...........................................................................94
4.2.1.5 Schadenskarten und Modellsimulation........................................................95
Verzeichnisse III
4.2.2 Erosionssimulation von Starkniederschlagsereignissen im Einzugsgebiet
Riedmattbachtal...........................................................................................................96
4.2.2.1 Simulationsergebnisse und Vergleich mit Feldmessungen.........................96
4.2.2.2 Extremniederschlagsereignis mit Erosion 3D...........................................100
4.2.3 Langfristsimulation von Erosion und Auswaschung auf Schlagebene unter
verschiedenen Nutzungs- und Bearbeitungsvarianten mit EPIC...............................101
4.2.3.1 Das Einzugsgebiet Länenbachtal...............................................................102
4.2.3.2 Das Einzugsgebiet Baldeggersee...............................................................111
4.2.4 Visualisierung als Partizipationsinstrument.....................................................113
4.2.4.1 Visualisierung von Erosionsereignissen und berechneten Fliesspfaden... 113
4.2.4.2 Visualisierung von Planungsvarianten für eine nachhaltige Landnutzung 115
5 Diskussion......................................................................................................................117
5.1 Diskussion der Arbeitshypothesen..........................................................................117
5.2 Vergleich der verschiedenen Modellansätze...........................................................120
5.2.1 Skalenproblematik............................................................................................121
5.2.2 Einfluss ausgewählter Parameter auf die Modellergebnisse............................123
5.3 Eignung der Modelle als Planungsinstrument in der Praxis....................................124
5.3.1 Praxistauglichkeit.............................................................................................124
5.3.2 Planungskarten und Visualisierung als Anwendungs- und
Umsetzungsinstrument..............................................................................................124
5.3.3 Erosionsschutz als Landschaftsschutz..............................................................125
6 Schlussbetrachtung.........................................................................................................127
6.1 Haupterkenntnisse der Arbeit..................................................................................127
6.2 Schlussfolgerungen für die Modellbildung in der Landschaftsökologie.................129
6.3 Perspektiven und Ausblick......................................................................................132
7 Zusammenfassung..........................................................................................................133
8 Literaturverzeichnis........................................................................................................135
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