Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft
Fachbereich 4 Pflanzliche Erzeugung Referat 42 Bodenkultur
04159 Leipzig, Gustav-Kühn-Str. 8
Internet:
http://www.boden.sachsen.de
Bearbeiter:
Dr. Walter Schmidt
E-Mail: Walter.Schmidt@smul.sachsen.de
Tel.:
0341-9174 116
Fax: 0341-9174 111
Erstellung eines schlagbezogenen Erosionsschutzkonzeptes unter
Zuhilfenahme von "EROSION 2D"
1. Einführung
Im Jahr 2002 wurde durch die Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft eine "Anleitung zur Erstellung betrieb-
licher Erosionsschutzkonzepte" erarbeitet, die auf der Verwendung des zweidimensionalen Erosionssimulations-
programm "EROSION 2D" (Version 4.09) basiert.
"EROSION 2D" ist ein physikalisches Modell zur Simulation der Bodenerosion durch Wasser für einzelne extreme
Niederschlagsereignisse. Mit Hilfe des Modells kann festgestellt werden, welche erosionsmindernde Maßnahmen
unter den örtlichen Bedingungen geeignet sind, um den Schutz des Bodens vor Erosion durch Wasser nachhaltig
zu gewährleisten. Eingabeparameter sind das Relief, der Boden und der Niederschlag.
In der "Anleitung zur Erstellung betrieblicher Erosionsschutzkonzepte" wird erläutert, wie bei der Datenerfassung,
der Erstellung der Eingabeparameter und der Ergebnisausgabe vorzugehen ist und wie eine möglichst effiziente
Erosionsminderungsstrategie für einen betreffenden Ackerschlag ermittelt werden kann.
Neben der konventionellen Bodenbearbeitung (in Hangrichtung) werden, nach einzelnen Bodenartengruppen
untergliedert, die notwendigen Bodenparameter in Form von Eingabedateien für folgende Minderungsstrategien
bereitgestellt:
konventionelle Bodenbearbeitung quer zum Hang,
Einrichten von Grünstreifen in beliebiger Hangposition und
konservierende Bodenbearbeitung.
Die Bodenparameter beziehen sich jeweils auf den potenziell gefährdetsten Bodenzustand des Ackerschlages
(Saatbett) bei mittlerer Bodenfeuchte.
Im Folgenden wird beispielhaft für einen erosionsgefährdeten Ackerschlag unter Zuhilfenahme der "Anleitung zur
Erstellung betrieblicher Erosionsschutzkonzepte" ein Erosionsschutzkonzept erarbeitet.

image
2. Datenerfassung
Ausgangssituation, Lage und Topografie
Die Ausgangssituation kann am effektivsten in einem persönlichen Gespräch mit dem Landwirt erfasst werden.
Dabei sollten gemeinsam
erosionsanfällige Schläge,
ihre Lage,
die Art der Bodenbearbeitung und Hauptbearbeitungsrichtung,
mögliche Fremdwassereinflüsse (d.h. fließt Oberflächenwasser von darüber liegenden Flächen zu)
sowie
besonders gefährdete Bereiche eines Schlages (Lage von aufgetretenen Erosionsereignissen, z.B.
Lage von Depositionsflächen)
bestimmt werden. Sinnvoll hierfür ist die Verwendung von Flurkarten, Topographischen Karten (1:10000) und
Luftbilder, die auch durch eine Feldbegehung ergänzt werden können. Im weiteren Verlauf sollte im Gespräch
erörtert werden, welches Bodenbearbeitungsverfahren aktuell angewandt wird bzw. welche Erfahrungen zu be-
reits angewendeten Minderungsstrategien gemacht wurden.
Einen erosionsanfälligen Schlag zeigt die Abbildung 1. Er wurde aus einem Luftbild in die Topographische Karte
(1:10000) übertragen. Außerdem erfolgte darin der Eintrag der Bearbeitungsrichtung und einer Profillinie. Entlang
dieser Linie soll die Simulation erfolgen. Der Schlag liegt auf einem konvex-konkaven Hang. Bei der Feldbege-
hung waren Bodenabtrag im Mittelhangbereich und Bodenablagerungen am Hangfuß deutlich erkennbar.
Abb. 1: Erfasster Schlag mit eingezeichneter Profillinie zur Erosionssimulation
Für die Auswahl einer geeigneten Profillinie ergeben sich grundsätzlich folgende Möglichkeiten:
in Gefällerichtung zu besonders, evtl. durch den Landwirt benannten, erosionsgefährdeten Berei-
chen eines Ackerschlages, wie z.B. Depositionsflächen oder Beginn von Offsite-Schäden unterhalb
des Schlages (bevorzugt),
in Richtung des stärksten Gefälles sowie
in Richtung der größten wirksamen Hanglänge.
Die Profillinie beginnt auf der Wasserscheide bzw. am höchsten Punkt des betrachteten Schlages. Sie endet am
Hangfuß bzw. an der unteren Schlaggrenze. Vereinfachend für die Bestimmung des Ausgangs- und Endpunktes
der Profillinie kann die oberste bzw. unterste Höhenlinie im Schlag verwendet werden.
Der Verlauf der Profillinie sollte dem natürlichen Fließweg des Oberflächenabflusses gut angenähert werden (Pro-
fillinie schneidet Höhenlinie möglichst im rechten Winkel!). Die Profillinie muss daher nicht einer Geraden folgen.
2

image
Bodencharakteristik
Da die bereitgestellten Bodendateien sich auf entsprechende Bodenartengruppen beziehen, muss für den betref-
fenden Schlag die dominierende Bodenartengruppe bestimmt werden. Diese kann z.B. direkt aus der MMK-Karte
abgelesen werden oder auch grob vor Ort durch eine "Fingerprobe" abgeschätzt werden.
Für unseren Beispielschlag sind damit alle notwendigen Bodenparameter für die Simulation mit "Erosion
2D" vorhanden. Die dominierende Bodenartengruppe lautet "Lehmschluffe" (lu). Im Ist-Zustand wird der Boden
konventionell in Hangrichtung bearbeitet.
Niederschlag
In Anlehnung an die naturräumliche Gliederung Sachsens hat der Deutsche Wetterdienst in einem Gutachten
(Reg.-Nr. 322-93) acht Klimaregionen hinsichtlich des Starkniederschlagsgeschehens ausgewiesen und entspre-
chende Basisdaten auf Grundlage einer 50jährigen Niederschlagsstatistik bereitgestellt (Abb. 2).
Abb. 2: Klimaregionen hinsichtlich des Starkniederschlagsgeschehen in Sachsen
Diese Niederschlagsdaten sind Bestandteil des Programms „EROSION 2D“. Sie wurden bei der Installation des
Programms im Verzeichnis C:\Programme\MWSoft\Erosion2D\ns_daten\extrem abgelegt. Bei diesen Referenzer-
eignissen handelt es sich jeweils um Extremereignisse mit einer statistischen Wiederkehrwahrscheinlichkeit von 2,
5, 10, 20, 50 und 100 Jahren.
Alternativ zu den programminternen Niederschlagsdaten können auch im Gebiet gemessene Extremereignisse
direkt eingelesen werden.
Für die Beispielsimulation wurde ein Extremereignis mit einer statistischen Wiederkehrwahrscheinlichkeit von 10
Jahren gewählt.
3

image
3. Erosionssimulation für den Ist-Zustand
Erstellung der Reliefdatei
Nach abgeschlossener Datenerfassung kann die Reliefdatei im Programm „EROSION 2D“ erzeugt werden. Hier-
zu muss das Programm gestartet werden und im Menü „Daten“, Untermenü „Reliefparameter“ der Befehl „Einge-
ben“ ausgewählt werden. Es erscheint eine Eingabemaske, in der die ermittelten Reliefparameter unter Angabe
der Gesamtlänge (Abstand AB in m) und der Schlagnummer zuzüglich der Profillinienbezeichnung übertragen
werden (Abb. 3). Zur Ermittlung der Reliefparameter werden die Abstände (x-Werte) zwischen den einzelnen
Schnittpunkten der Profillinie mit den Höhenlinien fortlaufend entlang der Profillinie gemessen (1 cm entspricht
dabei 100 m in der topographischen Karte 1:10000). Die Höhenwerte (y-Werte) werden tabellarisch dazu einge-
tragen (der Höhenabstand zwischen den Höhenlinien beträgt i. d. R. 2,5 m). Nach Beendigung wird die Eingabe-
maske durch den Befehl „Eingabe beenden“ geschlossen und dabei unter neuem Namen (z.B. Schlagnummer mit
zugehöriger Profillinie) als Reliefdatei abgespeichert.
Abb. 3: Eingabemaske zur Erstellung der Reliefdatei
Erstellung der Bodendatei
Nachdem die Bodenart bekannt ist, kann die der Bodenart zugeordnete Bodendatei über das Programm
„EROSION 2D“ geöffnet werden (Woher bekomme ich die Bodendateien?).
Im Menü „Daten“, Untermenü „Bodenparameter“ von „EROSION 2D“ wird hierzu der Befehl „Laden“ und die ent-
sprechende Bodendatei unter Beachtung der entsprechenden Bodenbearbeitung (z.B. konventionelle Bearbei-
tung) ausgewählt (Woher bekomme ich die Bodendateien?).
Damit das Programm mit der ausgewählten Bodendatei rechnen kann, ist es notwendig, in der geöffneten Boden-
datei die Hanglänge an die eingegebene Profillinie in der Reliefdatei anzupassen und einen geeigneten Namen
des aktuell abzuschätzenden Schlages entlang einer ausgewählten Profillinie einzutragen. Hierzu wird im
„EROSION 2D“-Menü „Daten“, Untermenü „Bodenparameter“ der Befehl „Bearbeiten“ ausgewählt. Es erscheint
eine Eingabemaske, die bereits mit den entsprechenden Bodendaten ausgefüllt ist. Nach den notwendigen Ver-
änderungen (Schlagbezeichnung, Länge der Profillinie) wird die Bodendatei unter der Schlagbezeichnung im
zugehörigen Ordner des Schlages abgespeichert.
In Abbildung 4 ist die zu bearbeitende Bodendatei für den Beispielschlag bei konventioneller Bodenbearbeitung in
Hangrichtung dargestellt.
4

image
Abb. 4: Eingabemaske zur Erstellung bzw. Bearbeitung der Bodendatei
Laden der Niederschlagsdatei
Im Menü „Daten“, Untermenü „Niederschlagsparameter“ wird der Befehl „Laden“ und die entsprechende Nieder-
schlagsdatei unter Beachtung der entsprechenden Klimaregion und des Referenzereignisses ausgewählt. Diese
Niederschlagsdateien sind Bestandteil des Programms „EROSION 2D“. Sie wurden bei der Installation des Pro-
gramms im Verzeichnis C:\Programme\MWSoft\Erosion2D\ns_daten\extrem abgelegt.
Für die Beispielsimulation wurde das Extremereignis mit einer statistischen Wiederkehrzeit von 10 Jahren ge-
wählt.
Erosionsabschätzung und Ergebnisausgabe
Nachdem das Laden und Bearbeiten der Relief-, Boden- und Niederschlagsdatei (im hier dargestellten Beispiel für
das zehnjährige Regenereignis bei konventioneller Bodenbearbeitung) abgeschlossen ist, kann die Erosionssimu-
lation gestartet werden. Hierzu wird in „EROSION 2D“ das Untermenü „Berechnen“ und der Befehl „Berechnung
starten“ ausgewählt.
Sofern die entsprechenden Dateien vorab neu erstellt wurden, greift das Programm „EROSION 2D“ auf die Datei-
en zurück. Sollte eine Erosionsabschätzung für früher erstellte Dateien durchgeführt werden, müssen die entspre-
chende Relief-, Boden- und Niederschlagsdateien neu geladen werden. Nach erfolgter Berechnung kann das
Ergebnis sowohl in tabellarischer als auch in grafischer Form angezeigt werden.
Durch die Auswahl des Untermenüs „Daten, Nettoaustrag, Anzeigen“ gelangt man zu tabellarisch dargestellten
Ergebnissen. Durch die Auswahl des Untermenüs „Grafik, Anzeigen“ und z.B. Auswahl der Grafik „Nettoaustrag“
gelangt man zu grafisch dargestellten Ergebnissen des Bodenabtrages (Abb. 5).
Insgesamt wurde abgeschätzt, dass es beim betrachteten Niederschlagsereignis und bei konventioneller Boden-
bearbeitung zu einem Nettobodenabtrag von ca. 45 t/ha kommt. Im Mittelhang ist im Bereich des Übergangs von
der konvexen zur konkaven Hangform ein verstärkter Bodenabtrag zu erkennen (Abb. 5).
5

image
Abb. 5: Grafische Darstellung des Nettobodenabtrages für die Beispielsimulation bei konventioneller Bearbeitung
4. Wahl der Minderungsstrategie
Nachstehende Minimierungskonzepte können mit den bereits erstellten Bodendateien (Woher bekomme ich die
Bodendateien?) simuliert werden:
Hierzu ist es notwendig, im Programm „EROSION 2D“ eine neue Bodendatei für die gewünschte Minderungsstra-
tegie und Bodenartengruppe zu laden und die Hanglänge analog zu Kapitel 3 (Erosionssimulation für den Ist-
Zustand) so anzupassen, dass sie mit der Länge der Profillinie übereinstimmt. Die für den Schlag erstellten Relief-
und Niederschlagsdateien bleiben unverändert. Sie müssen wieder neu aufgerufen werden, sofern sie noch nicht
geladen sind. Nach erfolgter Berechnung kann das Ergebnis analog zum vorherigen Kapitel angezeigt werden.
Sollte sowohl bei der Simulation des Ist-Zustandes, als auch bei der Simulation einer ausgewählten Minderungs-
strategie mit dem durchgeführten Niederschlagsereignis nur geringe oder keine Nettoausträge auftreten, bietet es
sich an, die Simulation zusätzlich mit einem stärkeren Niederschlagsereignis durchzuführen.
Die Vorgehensweise zur Auswahl verschiedener Minderungsstrategien wird nachstehend am ausgewählten Bei-
spiel dargestellt.
Konventionelle Bodenbearbeitung quer zum Hang
Eine erste Minderungsstrategie ist die Hangquerbearbeitung. Hierzu ist für das Beispiel die der Bodenartengruppe
Lu (Lehmschluffe) zugeordnete Bodendatei „Lu_Konvquer.sol“ zu laden und gemäß der tatsächlichen Länge der
Profillinie des neu zu bearbeitenden Ackerschlages zu korrigieren. Nach Abspeicherung unter einem geeigneten
Namen (z.B. Schlagbezeichnung mit zugehöriger Profillinie) kann das Minderungspotenzial bei hangparalleler
konventioneller Bodenbearbeitung abgeschätzt werden.
Hierzu sind die für den Schlag bereits erstellten Relief- und Niederschlagsdateien zu laden, sofern sie nicht mehr
geöffnet sind.
Einrichtung von Grünstreifen in beliebiger Hangposition
Die Anlage von Grünstreifen kann ebenfalls zur Erosionsminderung genutzt werden. Zur Abschätzung dieser
Maßnahme mit „EROSION 2D“ wurden, den Bodenartengruppen zugeordnete, Bodendateien erarbeitet. Diese
ermöglichen es, den Einfluss eines Grünstreifens auf die Erosion in beliebiger Position und Breite auf der Profilli-
nie bei
konventioneller Bodenbearbeitung,
konventioneller Bodenbearbeitung quer zum Hang sowie
konservierender Bodenbearbeitung
mit „EROSION 2D“ zu berechnen (Woher bekomme ich die Bodendateien?). Die Abschätzung einer Anlage von
Grünstreifen mit „EROSION 2D“ wird im Folgenden am Beispiel bei konventioneller Bodenbearbeitung erläutert.
Bei der Festlegung der Lage der Grünstreifen kann im einfachsten Falle auf topografische Besonderheiten, wie
z.B. Bereiche mit großem Gefälle, zurückgegriffen werden.
6

image
Eine andere Möglichkeit zur Verortung von Grünstreifen (Lage und Länge) auf einer Ackerfläche besteht darin,
das Ergebnis der Erosionssimulation für den Zustand nach konventioneller Bodenbearbeitung zu verwenden.
Aus dem Ergebnis der Simulation für den Ist-Zustand geht hervor, dass im Mittelhangbereich der Bodenabtrag
besonders zunimmt. Deshalb wurde in dieser Hangposition ein 30 m breiter Grünstreifen zur Unterteilung des
konventionell bearbeiteten Schlages als Minderungsstrategie angenommen und die Erosion abgeschätzt. Hierzu
ist die Bodendatei „Lu_KonvGruenKonv.sol“ zu laden und so zu überarbeiten, dass der Grünstreifen die ge-
wünschte Lage und Breite hat. Diese bearbeitete Datei ist in Abbildung 6 dargestellt. Zur Berechnung sind außer-
dem die für den Schlag bereits erstellten Relief- und Niederschlagsdateien zu laden, sofern sie nicht mehr geöff-
net sind.
Abb. 6: Bodendatei zur Simulation der Erosion bei konventioneller Bearbeitung mit Grünstreifen zur Schlagunterteilung
Es ist auch möglich den Ackerschlag insgesamt zu verkürzen, indem der Grünstreifen im obersten bzw. untersten
Bereich platziert wird. Hierzu ist die Bodendatei „Lu_KonvGruenKonv.sol“ so zu verändern, dass der Grünstreifen
die gewünschte Lage und Breite am Ober- bzw. Unterhang hat. Es ist zweckmäßig, hierzu das erste bzw. letzte
Segment der Bodendatei einfach zu entfernen. Hierdurch wird erreicht, dass in der Bodendatei der Grünstreifen
das oberste bzw. unterste Segment auf der Profillinie darstellt.
Konservierende Bodenbearbeitung
Eine weitere Minderungsstrategie stellt die konservierende Bodenbearbeitung dar. Durch Laden der Bodendatei
„Lu_Kons.sol“ und dem Anpassen der Datei gemäß tatsächlicher Länge der Profillinie, kann das Minderungspo-
tenzial bei konservierender Bodenbearbeitung abgeschätzt werden.
7

image
5. Bewertung der einzelnen Minderungsstrategien
Bezüglich der Erarbeitung eines schlagbezogenen Erosionsschutzkonzepts ist eine Zusammenstellung der ver-
schiedenen bewerteten Minderungsmaßnahmen erforderlich. Diese dient als Entscheidungshilfe bei der Auswahl
geeigneter Minderungsstrategien.
Für das Beispiel sind nachfolgend in der Abbildung 7 die angewendeten Minderungsstrategien und deren Netto-
austragsreduzierungen der konventionellen Bodenbearbeitung gegenübergestellt.
Abb. 7: Angewendete Minderungsstrategien und deren Nettoaustragsreduzierungen der konventionellen Bodenbearbeitung gegen-
übergestellt
Bei konservierender Bodenbearbeitung konnte die größte Reduzierung des Nettoaustrages erreicht werden. Der
Vorteil dieser Strategie liegt darin, dass die Minderung des Nettoaustrags nicht durch Deposition des bereits von
der Ackerfläche erodierten Materials im Bereich des Grünstreifens erzielt wird, sondern dass der Bodenabtrag auf
der Ackerfläche durch konservierende Bodenbearbeitung deutlich vermindert wird.
Ein weiterer Vorteil der konservierenden Bodenbearbeitung besteht darin, dass der Einfluss verschiedener Hang-
richtungen auf einem Schlag eine untergeordnete Bedeutung hat. Demgegenüber muss bei Anwendung des
zweidimensionalen Modells „EROSION 2D“ zur Verortung der Minderungsstrategien „Konventionelle Bodenbear-
beitung quer zum Hang“ und „Grünstreifen zur Schlagunterteilung“ unbedingt die Topografie des gesamten A-
ckerschlages mit berücksichtigt werden.
Aus diesen Betrachtungen heraus wird als
wichtige zu prüfende Minderungsmaßnahme die konservierende
Bodenbearbeitung
empfohlen. Zusätzlich sollte zur Vermeidung von Offsite-Schäden bei stärkeren Nieder-
schlagsereignissen in besonders gefährdeten Bereichen (z.B. Grenzlage zu einer Siedlung) mindestens die Anla-
ge eines Grünstreifens am Unterhang im Rahmen der Erstellung des Erosionsschutzkonzeptes geprüft werden.
Woher bekomme ich die Bodendateien?
Wenn Sie die Bodendateien verwenden möchten, senden Sie bitte eine E-Mail an M. Zimmermann
(
Michael.Zimmermann@smul.sachsen.de
).
Sie erhalten von uns umgehend die Bodendateien gepackt als zip-Datei (17kB).
8