NIEDERSCHLAG, GRUNDWASSER, ABFLUSS Ergebnisse aus

NIEDERSCHLAG, GRUNDWASSER, ABFLUSS Ergebnisse aus

I { e i d e l b e r g cCr e o g r a p h i s c hAer b e i t e n ,I l e f t 6 6 , 1 9 8 8 p, . I 2 7 ' 1 4 6
NIEDERSCHLAG, GRUNDWASSER, ABFLUSS
"Hollmuth"
Ergebnisseaus dem hydrologisch-geomorphologischen
Versuchsgebiet
des GeographischenInstituts der UniversitätHeidelberg
Oberllächenabfluß lmd Bodenabtragvon Meßparzellen
//Hollmuth/
des Versuchsgebietes
Surface mnoff and soil erosion on measurementplots
of the test field /Hollmuth"
Richard DIKAU
Inhalt;
Contents:
l . E i n l e i t u n gu n d
Problemstellung
2. Mellparzcllcn
3. U ntersuchungscrgcbnisse
,1.Ausblick
l. Introduction and problems
of investigation
2. Measurementplots
3. Results
4. Outlook
AnschriftAddress:
Geo8raphischeslnstilut,UniversitatHeidelbe.g
lm Neuenheim€rFeld 1,18,D 6900 tleidelberg
t27
ZUS$INIENFASSUNG
Dic YorlicgcndcUntcrsuchungbcschäftigtsjch mit der Mcssungvon Oberflächcnabflull und Bodcnabtragvon grasbovachscncn
und vcgctationslosen
TcstparzclLcn.
Zicl der Nlessungist cs, dic Abhängigkeit dcr Abfluß- und Abtragsmcngcnvon
Nicclerschlag,Bcwuchs.Hangncigungund Hanglängezu untcrsuchen.Der Untcrsuchungszcitrrum
c r 5 t r c c k ts i c h ü b c r 7 M o n a t c , v o n S c p t c m b c r1 9 7 7b i s M ä r z
1978. ln crstcr Linic rcgulicrcn dic Vcgctations\crhältnissc dcn Abfluß- und
A btragu n ssprozcß.67.5 o,rodcr Gcsamtnicdcrschlägc
verursachcneincn C)bcrflächcnabilulJ.Auf den grasbcwachscncn
Parzellcnwcrdcn durchschnittlich3.4 %.
aul dcn \ cgctationsloscnParzcllcn d urchschn ittlich -5.8-,voObcrflächcnabllu ß
gcmcsscn.Dcr Bodcnverlustdcr VcgclationsktscnParzcllcn bcträgl im Untcrsuchungszcilraumd u rchschnittlich 30 g m,. Auf diescm Parzcllcntyp\\'irkt sich cinc
B o d c n \ c r d i c h t u n ign h o h c m M a ß c a b f l u ß -u n d a b t r a g u n g s f ö r d c r na du s .
Ü b c r ( l i c F a k t o r c n P a r z c l l e n l ä n gucn d P a r z c l l e n n c i g u nkgi i n n c n a u f G r u n d d c r
untcrschicdlichcnMcllergcbnisscnoch kcinc abschlicßendcnAussagcn gcrrolTcn
\\'crdcn. Dic Abnullmcngcn der Grasprrzcllcn hängcn cng mit dcr Nicdcrschlags'l'cstparzcllen
mcngc zusammcn, uährcnd dic Abflüsse der vcgctationsloscn
rvcit
stürker \on dcn Niedcrschlagsintcnsitä1cn
bccinflullt $'crden. Dic damit angerisscnc Problcmatjk ist Bcsrandtcil dcr in rvcit grir13crcmUmfang fortgel'ührtcn
Untcrsuchungcn.
S T,NI]\IARY
This stud)' about thc mcasurcmcntsof surfacc runoff and soil crosion on grasscovcred lnd blrc piots iotends to displal, the correlation bchveensurfacerunofl',
soil crosion.prccipitation,vegetationco\cr, Icngth and slopc.The periodof investi
Sation lastcd 7 months, from Scptember1977 until March l97lJ. The vcgctation
co|er is the main lactor in regulatingsurfacerunoff and soil crosion-67.-5% of thc
total anrount ol prccipitationcausesurfacc runoff. On thc averagc,grass-covered
piots show 3.,1o,bsurfacc rundl and barc plors shorv -5.8yo. During the studicd
pcriod thc bare plots lost on the aYcragc 30 g soil per m2, soil compaction
i n c r ( r \ c d \ u r f J . . cr u n ( ' l Ta n d r o i l c r o s i o n .
The inllucncc 0f Icngth and slopc of the plot as u,cll as thc correlationbct\tecn
amount and intensityof precipitationon surfaccrunoff on both plot\ are que\tions
to bc dealt with in the ncxt ycars.
l2lt
I. EINLEITUNG UND PROBLENISTELLUNC
ln der vorlicgcndenArbeit wcrden crste Ergebnisseder Messungcnvon Obcrflächcnablluß und Bodcnabtragauf Testparzcllcndes hydrologisch-geomorpholoSi"Hollmuth" \'orgestcllt.Dic Untcrsuchungenwurdcn von
schcn Vcrsuchsgebietes
Scptember1977bis März 1978\'on Hcrrn J. Wygaschdurchgcführt(WYGASCH,
sind vom Verfasscrim Licht der fortgeführtenMessungen
J.. 1978);die Ergebnisse
und
ausgewcrtet
worden. Untcr Oberflächenabflußverstchtman dcnüberarbeitet
jenigenTcil dts Nicderschlages.
dcr rvcdcrYerdunstetnoch in dcn Boden infiltricrt
untl dcr aufgcneiglen Flächcn linicn- oder fllchcnhaft zu einem Vorflutcr gclangt
oiler auf dcm Weg dorthin auf H angverflachungcn und Mulden vcrsickert.Entkönnen dabei Bodenabsprcchcndd!'r Art und Dichtc der Vegerationsbcdcckung
tragsprozesse(Bodenerosiondurch Abspülung) auftrctcn. []ür das Ausmalj der
in einem Einzugsgebietsind
Obcrtlächenabfluß-und Bodenabtragscrscheinungen
von
BcdeutunS:
danebenfolgcndcFaktoren
- \ i c t i c r . c h l , f \ n r c n . Juc n d - i n l c n . i t i t
- Bodencigcnschal'tcn
- Hangncigunu
gnd [langlingc.
und Bodcnabtragkommt so\\ohl in hydrologischer,geoDcm C)belfl.ichcnabfluß
morphologischcrals auch agrarr|irtschaftlicherHinsicht eine wichtigc Bedeutung
zü.
- Cclangt der Obcrflächcnabnußbei hohen Nicdcrschlagsmcngen
mit nur gcringcr
Verziigcrungin dcn Voriluter. so nimmt er als Komponentcim h1'drologischen
Kreislauf dcs Linzug\gcbictcs\\'esentlichEinnuß auf N{cnge und Verlauf dcs
l l o c h \ \ ' a s s c r {sK E L L E R 1 9 6 2 ; G R E G O R Y & W A L L I N G 1 9 7 3 ; K I R K B Y
l 9 7 8) .
- Bodcnabspiilungsprozcssctrcten als Folgc dcs OberIlächcnabflusses
im landwirt"in
der feuchtgcnutztcn
auf,
tlaß
sie
häufig
dcrart
flächcnhaft
Gebiet
schafilich
gcmälJi8tenKlinazone" als "ciner der intensirstcnrezcntcn Formungsp.ozesse"
a u f z u f a s s esni n d ( R I C H T E R 1 9 7 1 ,s . 3 7 2 ) .
- Lintcr ackcrbaulicherl-andnutzunglühren Bodenabspülungen
oft zu beträchtlic h c n B o d e n g ü t e n i n d c r u n g cunn d - s c h ä d i g u n g c(nR I C H T E R 1 9 6 5 ) .V c r s t ä r k t
ist dicsc Problematikin Gebictenwie dem Kraichgau mit bcsondcrserosionsanBodenartcnauf l-<jßzu
fälligcn Kulturcn (Nlaisbau)und erosionsempfindlichcn
b c o b a c h t e (oR I C H T E R 1 9 6 5 .K A R T E 9 ) .
In den \rercinigtcnStaaten \\'urde auf clcr Basis einer sehr grolJen Dat€nmenge
d u r c h S N ' l l T H( 1 9 5 8 )u n d W I S C H M E I E R & S M I T H ( 1 9 6 1 .1 9 6 2 )c i n e B o d e n v e r lustgleichungcrstcllt,in \\'elchcdic f'tir dcn AbtragsprozeßmaßgeblichcnFaktoren
ejngcarbcitctrvurclen.Auch im mitteleuropäischcnRaum wird dcr quantltati\€n
bflu Il und Bodenabtragin den letztcnJahrcn Yerstiirkt
Lrlassungron Obcrflüchena
tsedeutungbcigcmcsscn.
Neben dcr Erfassunpder aulgetrctencnSchiiden an Boden und Anbaufrucht
l:9
wcrdcn Messungen auf Tcstflächen durchgcfühft. Sie bietcn den Vorteil,
bestimmteden Abfluß- und Abtragsprozeßbeeinflussende
Faktoaenkonstant halten zu könncn (Bovuchs, Parzellcnlänge,Neigung). Durch Vcränderung dieser
Faktoren kann ihre Bed€utungfür Abfluß und Abtrag erforscht rvcrden. Einigc
der Arbeiten, die sich u.a. auch mit Untersuchungenauf Testflächcn befassen,
seienan dicscrStcllcgcnannt:
B R E C H T E L , L E H N H A R D T & T O L D R I A N ( 1 9 7 5 )g i n g e n d e m E i n f l u ß d c r
Landnutzung, vor allem dcs Waldcs, auf Abfluß und Abtrag nach; KURON,
JUNG & SCHREIBER (1956) fühflen Testflächenmcssungcn
auf untcrschiedlic h c n B o d e n a r t € nd u r c h . R I C H T E R ( 1 9 7 5 )s o w i e R I C H T E R & N E G E N D A N K
(1977) erfassenAbfluß und Abtrag auf TestpaEellen in Weinbergen. SEILER
(1979) und SCHMIDT (19'l5, 1979) arbeiten mit Testparzcllensorvieauf ackerbaulich genutztcnFlächen.
Mit den Testflächenmessungen
der vorliegendenArbeit sollte der Fragc nachgegangenwcrdcn, inwi€weit
- Niederschiagsmcnge
und -häufigkeit,
- Vcgctationsbedeckung,
- Hangneigungund -länge,
- sowie Bodenverdichtung
den Oberflächenabflußund Bodenabtraghervorrufenund beeinflussen.
Um eine Zuordnung der Abflußereignisse
an bestimmtcNiederschlagsklassen
treffen zu können, wcrdcn dic Nicdcrschlagsereignisse
in Klassen gegliedert. Der
Untersuchungszeitraumerstrecktsich aüf das Winterhalbjahr. Damit auch Vergleiche zu dcn MeßcrgcbnissennachfolgenderSommer- und Wintermonatc möglich sind, werden die Niederschlags-und Abflußereignisseeinzelner Monate
zusammengefaßtund aufgeführt. Die Angabcn dcr Abflußwerte in l/ha sowie dcr
Abtragswerte in kgiha erfolgen nur zur einfacheren Vergleichbarkeitmit den
Meßergebnissenanderer Autoren. Sie stellen in dieser Form keine Hochrechnung
auf ein größeresGebiet im Kraichgaudar.
2. MESSPARZELLEN
Zusätzlich zu den zwei bereits seit Dezember 1976 in Betrieb befindlichen Parzell e n A u n d B ( B A R S C H & F L Ü G E L 1 9 7 8 :F L Ü G E L 1 9 7 9 .w; u r d c n a b S e p t e m b c r
1977 sechs weitere Anlagen eingerichtet.Da Parzelle B währcnd des Untcrsuchungszeitraumeshäufig ausfiel und keine Ergebnisselieferte, werden die Wertc
im folgendennicht berücksichtigt.Alle Parzellensind cinheitlich2 Mcter breit. Die
ParzellenA, C, D, E und F haben einen Grasbewuchs(vgl. Abb. l). Um vergleichbareRandbedingungenzwischenihnen zu schaffcn,wurde die Grashöhe bci
5 - l0 cm gehalten.
130
Anlagen G und H wurde der Boden 20
Für die Einrichtung der vegetationslosen
behandelt und geharkt. Auf
cm ticf umgegraben,mit Pflanzenvernichtungsmittel
ParzclleH rvurtle die Oberflächefestgctretenund dadurch eine Bodenverdichtung
crreicht (vgl. Abb. 2).
wird über ein gewinkeltes,in
Das oberflächlichabfließendeNiederschlagsrvasser
Blech in eine Abflußrinne, von dort seitlich in einen
den Boden eingeschobenes
Sammelkanistergeleitet,d€r in den Bodeneingebautwurde (Ygl.Abb. 3).
ParzellengenügendStabilität zu geben' ist
Um dem Boden der vegetationslosen
Drahtgitter versehen.Die ca. l0 cm
das gewinkeltcBlech mit einem engmaschigen
aus verzinktem Blech sind etwa 5 - 7 cm in den
hohen Parzcllenbegrenzungen
Boden eingclassen.Zusammenfassendist die Ausstattung der Meßparzellenin
Tab. I aufSeführt.
Nach jedcm abflußwirksam€nNiederschlagwurden die Meßbehälterausgewechselt und die Rinnen gereinigt.Die Bestimmungdes Abtrages erfolgtedurch Eindampfen des Rückstandcsder gesamtendekanticrtenLösung.
und die
Die mittlere Korngrößenverteilungdcs Bodens des Versuchsgebietes
(1979)
aufgcführt.
Angabe der bodenphysikalischenDaten sind bei FLÜGEL
FLÜGEL (1979) bezeichnetdas Profil als eine Braunerdeaus Lößlehm mit eingeDer Ab-Horizont (0-20 cm) ist ein schluffigerLehm
lagcrtcm Buntsandsteinschutt.
mit ca. 7.19./"Schluff-. l7 o Ton- und 9 7o Sandanteil.Das Porenvolumendieses
Horizontesliegt bei,l7 Vol. yo, das Raumge\t'ichtbeträgt 1.4 g,1cm3.
3. UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE
(l 9.17 - 29-3.78)etmilIn Tab. 2 sind dic während dcs Untersuchungszeitraumes
sowie die Niederschlagsmengcn
telten Oberflächenabfluß-und Bodcnabtragsdaten
schwankenzwischen1.5 mm am 22.11.77und
dargestcllt.Die Niederschlagswcrte
34.4 mm am 22.3.78.D\c Abflußwerte liegenzrvischen0.1 I auf P D am 22.11.17
und 12.0 i bci P A am Ta8 darauf. Die Abtragswertesind entsprechendder Parvcrschiedenund b€tragenmaximal 48.0 g auf P H am 25.11.77.
z€llenausstattung
zeigt Tab. 2:
Bezüglichdes maximalenOberflächenabflusses
Par- Die Extremwertedes Oberflächenabflusses
liegen auf d€n unbewachsenen
zellen zwischcn 20 und 25 7o des gefallenenNiedenchlagesbei P H und l4 l7%beiPG.
- Dic Extremwcrteder Grasparzellensind sehr unterschiedlich.
Während auf P D
gemessen
liegen die Werte
rverden,
bis zu 30 7o dcs gefallenenNiederschlages
o/o,
go,
5 und ll yo.
ll
aul
P
E
zwischen
auf P B bei
auf P H zwischen5 und 6
in Betrieb
dcr
Meßperiode
erst
im
Laufe
Einige der Mcßparellen wurden
l3l
Abb. l: GrasparzellcnE und F
Fig. l: Gras co\crcd plots E and F
Abb. 2: VeSctationslose
ParzellcnC und H
Fig. 2: Plots G and H bare of vegetation
t32
A b b . 3 : Konstruktion <1crAbllußrinne
Fig. 3: Constructionof surfaccrunolf trough
Tab. l: Größc, Ncigung und Bovuchs der Testparzcllcn
Tab. l: Arca, slopegradicnt and ycgctationof mcasursmcntplots
P A
P
B
P C
P
D
P
E
P
F
P G
P
H
l n b c t r i c b n r h m e B , ' r l c n h e . l c c k u n gL ä n g cI F I i c h e
m
l0
Dcz. 1976 -natürlicher
Grasbewuchs
l0
Dcz. 1916 -natürlichqr
Grasbcwuchs
6
l . S c p t -1 9 7 7 - n a t ü r l i c h c r
Griisbcwuchs
2
l. Scpt.1977 -natürlichcr
Grasbewuchs
6
26. Nov. 1977 -natürlichcr
Grasbcrvuchs
2
l. D.z. 1911 -natürlichcr
Grasbcwuchs
L S c p t . 1 9 7 7 -\'egctatronslos
-gcharkt
-\ cgctalionslos
Ncigung
''h
1,1.0 2.1.
11.0 24.9
15.0 26.8
| 4.1 25.7
18.8 34.0
19.1 35.2
l 3 .r
23.3
l3.l
23.3
-obcrllächcnverdichtet
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ParzelleF am l-12.1971und ParzelleH
genommeniParzelleE am 26.11.191'7,
am l.l1.1977.
3.1 Niedersct ag und Oberllächenabfluß
beträgt 451.3 mm, der als
des Untersuchungszeitraumes
Der Gesamtniederschlag
RegenschreiRegenund Schncefiel. Er wurde mit den rvöchentlichregistrierenden
bern auf dem Versuchsfeldgemessen.Die durchschnittlichentntensitätender Ni€derschläge,die Abfluß heryorriefen,li€genzwischen0.01 und 0.05 mm/min, wobei
im November 1977 insgcsamt die höchsten Werte beobachtet wurden. Am
ein, verbunden mit einem Nieder25.2.1918setzte eine kräftige Schneeschmelze
resultierenden
schiag von 1.4 mm (Tab.2)- Da die aus der Schneeschmelze
Abflüsse nicht direkt auf den Nicderschlagzurückzuführensind, werden sie gesonsind in Tab. 3 statistischgegliedert besprochen.Die 78 Niederschlagsereignisse
dert.
Tab. 3: StatistischeGlicderungder Gesamtniedelschläge
Tab. 3; Statisticaldescriptionof precipitationeyents
Niederschlags-
f,
0.1 2.1 5.1l0.l l5.l >
17
l6
9
3
1
2.0
5.0
10.0
15.0
20.0
20.1
f'
h,
E h,
NS
NSh,
E NSh,
=
:
:
:
:
t h
21.8
20.5
I1.6
3.8
5.1
3 7. 2
59.0
79.5
9l.l
91.9
100.0
NS
mm
NShi
29.5
5 7. 3
108.0
t02.1
,19.1
105.0
6.5
12.7
23.9
22.1
10.9
23.3
E NShi
6
t9.2
43.1
65.8
76."1
100.0
AbsoluteHäufigkeitder Niederschlagsereignisse
(7o)
RelativeHäufigkeitder Niederschlagsereignisse
Summenhäuilgkeit(%)
(mm)
Niederschlagsmenge
(7o)
RelativeHäufigkeitder Niederschlagsmenge
(%)
Summenhäufigkeit
sle zclgcn:
- Am häufigslentreten die Nicderschlägezwischen0.1 und 2.0 mm (31.2 oh) utrd
von 2.1 und 5.0 mm (21.8 %) auf. Sie liefern jedochzusammennur 19.2 70 d€r
Dic höchstenAnteile erbringen die Niederschläge
Gesamtnicderschlagsmenge.
zwischcn5.1 und 10.00mm mit 23.9 7o sowie > 20.1 mm mit 23.3 yo.
- lnsgesamterzeugtcn26 Niederschlagsereigniss€
(33.3 %) Oberflächenabfluß.
135
Gliedert man diese Ereignissemit Obcrflächenabflußcntsprechendden in Tab. 3
aufgeführtenKriterien, so ergibt sich Tab. 4.
- Mit 31.6 % tritt der Abfluß in den meistenFällen zrvischen5.1 und 10.0 mm
hat die Klasse
Niederschlagauf. Den mit 3,{..1% höchstcnNicdcrschlagsantcii
> 2 0 . 1m m .
- Der Oberflächenabflußerfolgt bei insgesamt305.3 mm Nicderschlag,das sind
der Meßperiode.Nicdcrschläge > l5.l mm
67.6oh vom Gesamtniederschlag
hatten in allen 7 Fällen auch cincn Obcrflächenabflußzur Folge.
Die Nicdcrschlägeder einzelnen Monate sind in Tabelle 5 aufgcführt. Danach
wurden im NovcmiJer 1977 und März 1978 die höchsten Niedcrschlagswertc
gcmcssen.Oberflächenabflußerfolgte im November 1977 6er 13 70 der monatlichen Niederschiagsmenge,
im Januar 1978bci 8l % und im März 1978bei 79 %.
3.2 Ober{lächenabfluß
Dic von den monatlichen Niederschlägenhervorgerufenen Abflußereignissc
(Tab. 6) ergebenfolgendesBild:
- Von 78 Niederschlagsereignisse
werden 17, d.h.
n des Untenuchungszcitraumcs
21.8 yo im November 1977gemessen.
Sie erzeugenin 9 Fälien (52.9 %) Oberflächenabfluß.
- Im Dezember1977 und Januar 1978wird bci jervcils50 96 dcr NiederschlagsereignisscOber{lächenabflußgemessen.ln den anderen Monaten mit häufigen
Niederschlägenunter 5.0 mrn licgcn dicsc Werte \yeitaus tiefcr. So werden im
unter 2.0 mm nur cin AbflußOktobcr 1977mit sechsNiederschlagsereignissen
ereignisund im Februar 1978 mit siebenNiederschlägenunler 2 mm nur zwci
bcobachtct.
Abfl ußereignisse
- Dcr Schwcrpunkt der Niederschlägezrvischen5.1 und 15 mm liegt in d€n
N{onaten Dezember 1977 und Jaouar 1978, n'ährend dic Klassc > l5.l mm
zunehmendin dcn Monatcl Fcbruar und März 1978an Bedcutunggewinnt. In
diesen beiden Monaten verursachendie Niederschläge< 10.0 mm kcinen
Abfluß. In den nicdsrschlagsärmstcn
Monaten Scptemberund Oktober 1977
r ui r d n u r j c r t c i l sc i n A b f l u ß c r e i g n iSsc m e s s e n .
des gesamten
Betrachtenwir die Summen der Niederschlagsund Abflußercignisse
Untersuchungszeitraumes,
so ergibt sich die folgendeAufst€llung:
0 . 1- 2 . 0m m
3A n/o
2 . 1- 5 . 0m m
l l.8%
5 . 1- 1 0 . 0m m
56.3 0/.
l 0 . l - 1 5 . 0m m
71 .8 o/o
> l5.l mm
1 0 0 . 0%
Es zeigt sich, daß bei Niederschlägen> l5.l mm jed€sErcigniszum Oberflächenabfluß führt, rvährend in dcr Klassc l0.l bis 15.0 mm noch 78 7o und zrvischen
5.1 und l0 mm noch 56 % der Ereignisse
einenAbfluß zur Folgehaben.
136
Tab. 4: StatistischcGliedcrungdcr Nicdcrschlägemit Oberflächcnablluß
Tab. 4: Statisticaldivision of prccipitationcausingsurfacerunoff
Nicdcrschlags-
0.1
2.15.1l0.l 1 5 . 1>
2.0
5.0
10.0
15.0
20.0
20.1
f,
hi
I h,
NS
NSh,
E NSh,
:
:
:
:
:
f,
I
2
9
7
3
4
h,
3.8
7.7
34.6
21.0
It.5
15.4
r h,
NS
mm
NSh,
I NShi
3.8
I I.5
16.1
73.1
84.6
100.0
1.5
9.2
6t.2
79.3
49.1
t05.0
0.5
3.0
20.0
26.0
l6.l
34.4
0.5
3.5
23.5
49.5
65.6
100.0
Absolute Häufigkcit dcr Nicdcrschlagscrcignisse
(oÄ)
Rclative Häufigkeit der Niederschlagsercignissc
Summcnhäufigkeit(%)
(mm)
Niederschlagsmenge
(%)
Rclativc Häufigkeit der Niederschlagsmengc
Summenhäufigkeit(or.7
T a b . 5 : Monatsnicdcrschläge
und Monatsniederschläge
mit Oberflächcnabfluß
Tab. 5: Monthly precipitationand monthly precipitationcausingsurfacerunoff
Monat
NS
mm
Okt.
Nov.
Dcz.
Ja n .
Fcb.
Mär.
30.-5
| 1.5.4
'19.5
63.0
56.9
101.9
.l
77
71
77
78
78
78
A"NS
mm
t2.o l
31
73
69
8l
57
19
NS
A"Ns
:
:
Monatlicher Nicdcrschlag
Monatlichcr Niederschlagmit
Obcrflächenabfluß
t31
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138
3.3 Parzellen ohne und mit Bewuchs
Die Summe dcs auf die einzelnenParzcllengefallenenNiederschlagsund der Parauf dic verschiedenen
sorviedie Verteilungdes Oberllächenabflusses
zellenabflüsse
sind in Tab. 7 aufgelistet.Auf die Parzellenfallcn im UnterNiederschlagsklassen
rvovoninsgesamt5221(3.8 %) oberflächsuchungszeitraum13 651 I Niederschlag,
lich abfließen.Die höchstenAbflußanteil€wetdcn auf Parz€lleH (7.0 %) und auf
P D (6.5 %) gemesse
n, die geringsten auf P E (0.9 %) und P F (1.9 %). In der
unter. Werden EinzeF
Mittelbildung der AbflüsscgehenallerdingsSpitzenabflüssc
ereignisse(vgl. Tab. 2) betrachtet,wird dcutlich, daß die maximalenAbflußantcile
beträchtiicheGrößcnordnungenannehmcnkönnen.
Tab. 7 läßt für die Parzellenohne BcwuchsfolgendeAussagenzu:
- P H erbringt den deutlich höherenAbflußanteil von 7.0 % (2'/.2liml) gegenüber
1.6 ' (21.0 lrrn'?)bei P G.
- Der verdichtcteBoden von P H reagiertrnit höheren Abflüssen bei geringeren
Nicderschlägendeutlich empfindlicher.Die Niederschläge> l5.l mm tragen
auf P H mit nur 5l .,17o gegenüber63.0 9" auf P G zum Oberflächenabflußbei.
Für die Parzcllenmit BewuchszeigtTah.1:
- Der Einfluß der Hangncigungist nicht erkennbar. Die auf einem Hangteil mit
ca. 19" Neigung installicrtenParzellenE und F liefertcn insgesamtnur 0.9 bzw.
also $'eitausrvenigerals alle anderenParzel2.0 9/" dcs Parzellenniederschlages,
len mit Neigungsrvinkelnzwischen l4 und l5'. Die geringcn Abflüsse rverden
auf eine sehr starke Vermoosungder Grasnarbezurückgeführt.
- Dcr Einfluß der Parzellenlänge
ist nicht einheitlich.So wurdcn auf P A mit einer
Länge von 5 m nur 101.5l Abfluß gegenüber143.9I von der 3 m langen Parzelle P C gemcssen.P C erbringt gegenübcrder I m langen Parzcllezweieinhalbfach höherenAbfluß.
und der
des Parzellenbodens
Diese Vergleichezeigcn,wie stark die Beschaffenheit
Vegetation (2.8. unterschiedlicheKorngrößen, Porenvolumen, Durchwurzelung,
Vermoosung)die Abflußmenge beeinflußt und somit die Faktoren Hangneigung
und Hanglängeüberdcckcnkann.
In Tab. 7 sind zudcm dic Mittelwerte der zwci Parzellentypcngegenübergestellt.
dcutlich rvurde,sind bei allen
Wie bercitsbci dcr Betrachtungder Abflußcrcignisse
Parzellendie Niederschläge> l5.l mm am stärkstenabflußbildend.Auf den zw€i
unbcwachscncnP G und P H ereugen abcr auch die Niederschlägc< l5.l mm
insgcsamtnoch ca. ,139/oder Abflußmengc. Deutlichcr sind die Unt€rschiedein
Flächen(8 m'?)
bezug auf dje Parzellenflächen.
Hier erbringendie vegetationslosen
mit zusammen2,1.I l1m2um 67 % höhereAbflüsseals die Grasflächen(26 m?).
139
3.,1 Bodenabtrag
Die Grasparzcllenliefern keine oder nur sehr geringeAbtragsmengenvon w€niger
als einem Gramrn. Der Bewuchsverleiht dem Boden hohe Stabilität, mindert die
Wucht der aufschlagendenRegentropfen(kaum Verschlämmung)und bervirkt ein
noch
hohes Sickewermögen,das z.T. durch den Moosbewuchs(Zwischenspeicher)
stärker wird. Im folgendenwerden daher nur die Bodenverlusteder ParzellenG
und H in Tab. 8 in verbindung mit dcn oberflächenabflüssen
in Tab. 7 diskutiert.
- Im Untersuchungszcitraumrvurden auf P G insgcsamt45.5 g und auf P H
193.3g Bodenabtraggemessen.Sowohl im Verhältnis der Abtragsmengenals
auch in ihrcr Verreilung auf die 5 Niederschlagsklasscn
tritt die abtragsfördernde Wirkung der Bodenverdichtungvon P H noch deutlicherheryor als bei
den Abflüssen. So liegt der Quotient der Abf'lußmengenbeider Parzellenbei 1.5
während er bei den Bodcnabträgen4.3 beträgt.
- Auf P H erfolgcn 40.9 yo des G€samtabtragsbei Niederschlägen
von mchr als
l5.l mm, während der Anteil dieser Niederschlagsklasse
am Obcrflächenabfluß
von nur
nach Tab. 7 bei 51.4 % licgt. Bci cincm Antcil dcs oberflächenabflusses
5.1 7o crzcugcn die Niedersctrläge
zrvischen2.1 und 5.0 mm immcrhin noch
einen Ant€il von ll96 am Gesamtabtrag.Dcr mittlere Materialaustragerrechnet sich zu 1.8 g,il.
- Abtrag und Obcrflächenabflußverlaufen auf ParzclleG in etwa parallcl (\gl.
Tab. 7). Dic im Abfluß transportiertemittlere Bodenmengcliegt bei 0.5 gil.
- Wenn auch die statistischeMasseder vorgelegtenDaten noch rccht klein ist, so
deuten diese Ergebnisseauf die nachhaltigcBeeinflußungdes Versickcrungsrermögensdes VerdichtetenBodcnsund damit auf seincverminderteAbspülungsrcsistenzhin. Dcnnoch zcigensich auch Unterschiede,dic z.T. wittcrunSsbedingt
s i n d . S o w u r d c n i m N o v e m b e r1 9 7 7( 1 1 5 . 4m m ) a u f b c i d c n P a r z c l l e nd i e m i t
Abstand höchstenAbträge gemcsscn.P C licfcrtc 48 9o und P H 61 o/o d'er
gesamtenAbtragmenge.Obwohl dcr März 1978mit I01.9 mm Niederschlagdie
zrvcithiichstcMonatssummeaufweist.sind auf P ll nur ca. 8 9/ound auf P G
nur ca. l8 70 d€s Gesamtabtragsgcmcssenwordcn. Die Ursachcdiesergcringen
Abträge sind dic Witterungsverhältnisse
im Februar und März 1978,in dcncn
aut'cinandcrfolgten.
Bodengefrornisund Schneeschmclzc
Parzcllcn
Tab. E : BodenabtraSvon ilen vegctationskrscn
Tab. 8 : Soil losson mcasurcmcntplots barc ol Ycgctation
PAR.
Z E L L E N (s)
P C
P H
ABTR :
l:10
45.5
1 93 . 3
ABTR
(cimr)
l r.4
4 l tt.
' I),
(ksiha)
A 8T R'li,
1
481
0.1
0.6
A BTR%
AB-IR%
17.0
t6.5
ABI'R%
14.9
10.3
AsB;T R 9 ; = P r o z c n t u a l eA
r nteil ä
Ccsamtabtrig dcs LJntcrsuchungszcitraum
ABIR"
"
66.2
40.9
Gcsamtabtrag
3.5 Schneeschmelzeund Bodengelrorrus
Schneeschmclzc
und die Folgen von Bodenfrostkönnen den Oberflächenabflußund Bodcnabtragsprozess
sehr stark bccinflussen.So führte z.B. die Schneeschmelze vom 25. - 21.02.1978zu auffallend hohen Abflüssen und geringcn
Abtragsmengen(vgl. Tab. 2), dic sich bis in dcn März hin€in fortsetzten.
Das Vorwetter dieserEreignissekann folgendcrmaßen
charakterisiertwerderl:
- In dcr Zcitspannevor 13.02.- 21.02.18fallen insgesamt24.2 mm Nicderschlag
als Schnecaufeinen ca. l0 - l2 cm tief gefrorenenBoden.
- Die mittlercn Tagcstemperaturenbervegensich bis zum 2l-02.78 zrvischen-2"
und -5' C und crhöhcn sich zum 25.02.78auf +7.6'. Zusätzlichzur Luftcrwärmung bervirkt ein Rcgcnniederschlag
von 1.4 mm das beschlcunigtsAbschmelzcn dcr Schneedecke.
- Da dcr Boden nur an einigenSt€llenwcnigc Zentimeterticf aufgetautist, fließt
das Schmelzwasscr
zum größcrcnTeil oberflächlichhangabwärts.
Auf den vegetationsloscn
ParzellenG und H yenickcrt dabei ein Teil des Schmelzwassersin 0.5 - 1.0 cm breitcn und 1.5 - 3.0 cm tiefen Rissen,dic währcnd der
Frostperiodeentstan<len
waren. Als Folgc der Frosteinwirkungwaren während der
iolgenden Abflußcrcignisseim März 1978 die Abtlußmengcn der Grasparzellen,
auf denen kcinc Rissc beobachtetwurden, im Vcrgleich zu den vegetationslosen
ParzcllcnP G und weitaus höher, so am 20. März und am 22. März 1978.Auf
P G und P H \r'urdenzu dieserZeit auch nur gcringe Abtragsmengengem€ssel.
Nachdem der Boden durch dic Folgcniederschläge
$,ieder zugeschlämmtwar,
erhöhtensich die Abfluß- und Abtragswerte,$.iedie Werte \om 29. Män zei,Een.
3.6 Korrelations- und Regressionsanalyse
Zur Bcschreibungeiner mathematischcnBeziehungzwischen Niederschlagund
Oberflächenabflußsind dic Werteverteilungender Parzellenin doppeltlogarithmisch€m Maßstab in Abb..1 - 7 in cincr Regressionsanalyse
b€arbeitctworden. Als
Ergebnisscerechnensich die in dcn Abbildungen eingetragenenRegressionsgleichungenund Korrelationskoeffizienten.
Bczogcnauf dic zwci Parzellentypen
läßt sich formulieren:
- Dic höchstenKocffizientenergebensich für dic Cleichungcnmit den Logarithmen von Niedcrschlagund Abfluß, rvobcideutlicheUntcrschiededurch die verschiedenartigeBodcnbcdeckungder Parzellenhcrvortreten.Die vegetationslosen
Flächen licfcrn Koefl'izientenyon 0.68 und 0.60, die Niederschlagsmenge
ist
allein also keine hinreichendcErklärung für d€n beobachtetenOberflächenabfluß. Hier wird crst die Einbeziehungder maximalen Niederschlagsintensität€n
und der Bodcnfeuchten,die in dcr vorlieg€ndenArbeit nicht berückichtigt
l4l
Abb. 4: Niederschlagund Obcrflächenabfluß,P A
Fig. ,l: Precipitationand surfacerunoff, P A
Abb. 5: Niederschlagund Obcrllächcnabfluß,P C
Fig. 5: Precipilationand surfacerunoff, P C
l.ll
Abb. 6: Nicdcrschlagund Oberflächenabfluß,P G
Fig. 6: Precipitationand surfaccrunoff, P G
Niederschlagund Oberflächenabfluß,P H
Prccipitationand surfaccrunoff, P H
t13
rvurden, bcsscreErklärungsmöglichkeiten
bieten können. Die Bcrücksichtigung
(r,gl. Tab. 2) bringt kcine
der durchschnittlichen Niederschlagsintensitätcn
befriedigendenErgebnisse.
- Eine größere Abhängigkeit zwischen Niederschlagund Abfluß kann bci dcn
Grasparzellengefunden rverden. Die Korrelationskoeffizicntenliegen bci 0.84
(P D, kcine Abbildung), 0.81 (P C) und 0.89 (P A), $'as bedcutct,daß bei P A
80 %, bei P C 7l oh und bei P D 70 % der Fällc durch die Rcgrcssionsgeradc
erklärt rverdenkönnen.
4. AUSBLICK
Die Studien zum Oberflächenabllußund Bodenabtragwurdcn seit Januar 1979 in
stark erweitcrtcm Umfang vom Verfasserim Rahmen einer Dissertation,die yon
Hcrrn Prof. Barsch betreut wurde, fortgeführt. Die Untersuchungensollen dazu
beitragcn,die lür die Abfluß- und Abtragsprozcsse
maßgeblichenFaktorcn quantitativ zu erfasserI.
Diese Faktoren sind:
- Niederschlagsmenge
und -dauer
- maximalc 5-, 10- und 30-M in utenintensitäten
der Niederschläge
- täglichc Bodcnfcuchtcin 0 - 30 cm Tiefe
- Korngrößenverteilungen
des Bodcns
- Porcnvoluminaund I nll ltrationskapazitätender Bödcn
- Parzellenbervuchs
- Parzcllcnlänge
Die Anzahl der Testparzellenrvurde auf ll mit insgesamt 138 m'? Tcstfläche
crhöht. Dic je\\,ciligeGröße variiert zrvischen2 und ,10m2. Die Oberflächenbcdckkung von 4 Parzellenbestchtaus Grasbewuchs,6Parzcllcnwcrden Iegetationslos
gchaltcn,cine Parzelle\vurdeim Mischrvaldinstallicrt.
Ab Oktober 1979 wurde das Meßprogrammum Abflull- und Abtragsmessungen
auf Flächen mit landwirtschaftlicherNutzung erweitcrt. Mit Hilfc der Feldmessungensollenfolgend€Fragcn bcarbeitetwerden:
l. Inrvierveitkönnen die Ergcbnisscder Parzellenmessung
auf cin größeresGcbiet
übertragen rverden und somit zu cincr flächenhaftenAussage hcrangezogcn
werden?
2. Welchen Einfluß haben Anbaufrucht, Bcarbcitungsrichtung.Bodcnart und
Hangncigungauf den Oberflächenabflußund Bodcnabtrag?
Da auch die Feldmessungcn
den Bcobachtungsraumnur punktuell erfassenkönnen, sollcn Ccländcbcobachtungurd die Kartierung der aufgetretenenSchäden
zur Vervollständigung einer Aussagc übcr dcn Obcrflächenabfluß- und
111
dienen. Ein Vcrgleichmit in der Literatur angegebenmatheBodenabtragsprozeß
malischenAbtragungsmodellenist angestrebt.
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