Stefan Wirtz Vom Fachbereich VI (Geographie/Geowissenschaften ...

Experimentelle Rinnenerosionsforschung vs. Modellkonzepte – Quantifizierung der hydraulischen und erosiven Wirksamkeit von Rinnen
Allgemein wird Rinnenerosion als ein Prozess angesehen, der eintritt, wenn fließendes
Wasser bestimmte, die Erodibilität betreffende Kennwerte übersteigt (Knapen et al., 2007).
Die Sonderstellung linearer Erosionsprozesse gegenüber flächenhaftem Abtrag aus
geomorphologischer, hydrologischer und ökonomischer Sicht ergibt sich aus der Tatsache,
dass abfließendes Wasser seine maximale Wirkung sowohl als Erosions- als auch als
Transportmedium erreicht, wenn es in Rinnen konzentriert wird (Merz, 1993). Abflusstiefe
und Fließgeschwindigkeit erreichen hier höhere Werte als beim flächenhaften sheet flow,
sodass die auf einen Bodenpartikel wirkenden Kräfte um ein Vielfaches höher sind als bei
flächenhaftem Abfluss (Poesen, 1987). Dadurch steht mehr Energie für die Mobilisierung und
den Transport von Bodenmaterial zur Verfügung (Merz, 1993), was zu einer deutlichen
Erhöhung der Erosionsraten führt.
Übergeordnetes Ziel der Bodenerosionsforschung ist es, Gegenmaßnahmen zu finden, um den
Verlust von fruchtbarem Boden zu verhindern. Empfehlungen basieren häufig auf
Ergebnissen von Modellberechnungen. Werden in diesen Modellen jedoch keine Rinnen
berücksichtigt, führt dies zu falschen Ergebnissen und Schlussfolgerungen und endet
schließlich in unwirksamen Maßnahmen zur Erosionsbekämpfung. Allerdings ist der
Forschungsstand zur Rinnenerosion der Bereich der Bodenerosionsforschung, der - verglichen
mit dem zum flächenhaften Abtrag - noch viele offene Fragen aufweist. Es ist noch wenig
über die Unterschiede im Verhalten von Rinnen in verschiedenen Einzugsgebieten bekannt.
Aus dem aktuellen Forschungsstand lassen sich verschiedene Fragestellungen ableiten,
welche im Rahmen dieser Arbeit bearbeitet werden.
1) Experimente zur Rinnenerosion
Um Rinnenerosionsprozesse verstehen und in der Folge in Modellen auch nur annähernd
korrekt abbilden zu können, sind reproduzierbare Messmethoden notwendig. Viele
Untersuchungen zur Rinnenerosion haben bisher unter Laborbedingungen stattgefunden,
wobei Böden verschiedener Texturen und natürliche oder künstliche Niederschläge verwendet
worden sind (Brunton & Bryan, 2000; Bryan & Poesen, 1989; Gilley et al., 1990; Huang et
al., 1996; Mancilla et al., 2005). Giménez & Govers (2002) zeigen jedoch, dass die meisten
Daten, die aus Rinnenmodellen mit glatter Sohle und Gerinnewandung abgeleitet werden,
nicht auf natürlich entwickelte Rinnen mit rauem Bett übertragen werden können.
Prozessbasierte Untersuchungen müssen also in natürlichen Rinnen durchgeführt werden oder
zumindest sollte eine Kombination aus prozessorientierten Laborversuchen und
Geländeuntersuchungen angestrebt werden. Oftmals werden hydraulische Parameter mittels
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