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| 12. Mai 2016 |
Ellen Müller, Dr. Walter Schmidt
Klimawandel und Wassererosion
Planung von Schutzmaßnahmen mittels RADOLAN-Daten
und hochauflösender Geländemodelle
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Ellen Müller, Dr. Walter Schmidt
Potenzielle Wasserosions-
gefährdung in Sachsen
ca. 60 % der Ackerfläche
hohe potenzielle Erosionsgefährdung
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Ellen Müller, Dr. Walter Schmidt
Hohe potenzielle Wasser-
erosionsgefährdung
Steigender Handlungsbedarf zur Vorsorge
gegen Wassererosion
Zunahme
Starkregenereignisse
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Ellen Müller, Dr. Walter Schmidt
Folgen von Starkregenereignissen
Onsite-Schäden
Unproduktiver Wasserverlust
durch Oberflächenabfluss
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Offsite-Schäden
Foto: Dr. Strobel
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Ertragsfähigkeitsverlust infolge
Bodenabtrag durch Wassererosion
(Methau, Sächsisches Lösshügelland)
Kuppe
Hangfuß
Löss
20 cm
Löss
200 cm
Ertragsunterschiede bis 80 %
zwischen Kuppe und Hangfuß
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Dauerhaft pfluglose (nichtwendende) Bodenbearbeitung
und Direktsaat
Wirksamste Maßnahmen eines
nachhaltigen und vorsorgenden Erosionsschutzes
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Art der Bearbeitung bestimmt Erosions- und Infiltrationsausmaß
wendend
nichtwendend
Direktsaat
Eingriffsintensität und Bearbeitungstiefe
Bedeckung mit Pflanzenresten
hoch
hoch
gering
gering
gering
hoch
Wasserinfiltration
Wassererosion
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Ergänzende Erosionsschutz-
maßnahmen (Auswahl)
Foto: LfULG
Foto: LfULG
Foto: Voß et al. 2010
❙
Schlagteilung
❙
Umwandlung von Acker in Grünland
❙
Anlage von Grünstreifen und
Tiefenlinienbegrünung
❙
Anlage von Verwallungen, Mulden, Becken
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Überfahrbare Verwallungen Pröda
Foto: LfULG
= Kombination acker-/ pflanzenbaulicher Maßnahmen mit
ergänzender Maßnahme
Fläche kann weiter bewirtschaftet werden!
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Erfassung und Bewertung von
Erosionsereignissen
Planung von
Schutzmaßnahmen
❙
Rasterbasiertes, physikalisch begründetes Modell
❙
Simulation von Bodenabtrag, Deposition und
Sedimenteintrag
❙
Erstellung von Erosionssimulationskarten
❙
Gut validiert und dokumentiert
❙
Erfolgreiche Anwendung in zahlreichen Einzugsgebieten
in Sachsen
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Sachsenweite Simulationen
mit EROSION 3D
❙
Schaffung eines landesweiten Geo-Basisdatensatzes
(20m-Raster)
❙
Identifikation von wassererosionsgefährdeten Ackerflächen
bzw. von Feststoffeintragspfaden in Gewässer
❙
Grundlage für die Erarbeitung und Umsetzung zielgerichteter
Erosionsschutzmaßnahmen
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Simulation verschiedener
Erosionsschutzmaßnahmen auf einer
Ackerfläche mit EROSION 3D
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Direktsaat
Konventionell
Konventionell mit
begrünter Tiefenlinie
Konventionell mit
Verwallungen
Konservierend
Konservierend mit
begrünter Tiefenlinie
Konservierend mit
Verwallungen
Direktsaat/Strip Till mit
begrünter Tiefenlinie
Direktsaat/ StripTill mit
Verwallungen
Direktsaat/ Strip Till
: Gebietsauslass
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15 %
Bearbeitungsszenarien
ohne Verwallungen
Bearbeitungsszenarien
mit Verwallungen
Ergebnisse der Erosions- und Abflusssimulationsrechnungen
Eintrag in den Vorfluter bei 10-jährlichem Niederschlagsereignis (32 mm/h)
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Eingangsparameter
EROSION 3D
❙
Bodendaten
❙
Reliefdaten
❙
Niederschlagsdaten
Grundlage für wirksame Schutzplanungen:
Räumlich und zeitlich hochaufgelöste Daten
(v. a. Niederschlags-, Geländedaten sowie
aktuelle großmaßstäbige Orthophotos)
Nutzung von RADOLAN-Daten
(DWD stellt seit 2011 RW-Produkt bereit +
tägliche Kurzinfo über Ereignisse > 10 mm/h
am Vortag)
Befliegung mit kamerabestückten Drohnen
= günstige und zeitsparende Generierung von
großmaßstäbigen Luftbildern / Orthophotos +
hochauflösenden digitalen Geländemodellen
Foto: A. Kaiser
Quelle: DWD
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Foto: F. Franzke
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Digitales Geländemodell eines
2014 mit einem Quadrocopter
beflogenen Erosionsgrabens
am Großräschener See (in
Flutung befindlicher Tagebau-
restsee) und dessen im GIS
berechnete Volumen
(Kunth et al. 2015)
Nutzung drohnengestützter
Produkte
❙
Wichtiger methodischer Baustein der Bodenerosionsforschung
❙
Bessere Kartierung und Analyse von Erosionsereignissen
❙
Validierung des Modells EROSION 3D
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Der in EROSION 3D
modellierte Bodenabtrag
des Erosionsgrabens für
ein Referenzjahr
(Kunth et al. 2015)
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Promotionsvorhaben der AG
Boden- und Gewässerschutz
der TU Bergakademie Freiberg
❙
Nach Starkniederschlagsereignissen anhand aktueller RADOLAN-Daten
Auswahl von potenziellen Erosionsflächen und umgehende Befliegung
❙
Erstellung von hochaufgelösten Digitalen Geländemodellen und Orthophotos
für die Kartierung des Erosionsereignisses
❙
EROSION 3D-Modellierung (Nutzung der RADOLAN-Daten)
❙
Vergleich der Ergebnisse aus Befliegung und Modellierung
❙
Prüfung, ob die sachsenweit vorliegenden Erosionskarten mit Hilfe von
RADVOR-OP (radargestützte Niederschlagsvorhersage) so kombiniert
werden können, dass zukünftig eine Frühwarnung vor Erosionsereignissen
möglich wird (Frühwarnsystem).
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Zusammenfassung
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In Sachsen besteht ein steigender Handlungsbedarf zur Vorsorge
gegen Wassererosion (hohe potenzielle Erosionsgefährdung und
Zunahme von Starkregenereignisse).
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Wirksamste Maßnahme eines nachhaltigen und vorsorgenden
Erosionsschutzes sind die dauerhaft pfluglose Bodenbearbeitung und
die Direktsaat. Sie müssen optimiert und umfassender eingesetzt
werden.
❙
Zusätzlich sind ergänzende Maßnahmen wie z. B. Schlagteilung,
Anlage von Grünstreifen oder Verwallungen umzusetzen.
❙
Die detaillierte Erfassung von Erosionsschäden und die konkrete
Schutzmaßnahmenplanung kann mit dem Modell EROSION 3D
erfolgen.
❙
Hierfür werden hochaufgelöste Eingangsdaten benötigt. Diese
können durch die Nutzung von RADOLAN-Daten und von
drohnengestützten Produkten gewonnen werden.
❙
Die AG Boden- und Gewässerschutz der TU Bergakademie Freiberg
entwickelt gemeinsam mit dem DWD, dem LfULG und dem ZALF ein
Frühwarnsystem vor Erosionen.
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Vielen Dank an die Leipziger Agrarmeteorologen
und die AG Boden- und Gewässerschutz der
TU Bergakademie Freiberg!
