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

Experimentelle Rinnenerosionsforschung vs. Modellkonzepte – Quantifizierung der hydraulischen und erosiven Wirksamkeit von Rinnen
Sedimentkonzentration, transport rate oder detachment rate, hydraulische Parameter shear
stress, unit length shear force oder verschiedene Varianten der stream power. Knapen et al.
(2007) berechnen in ihrer Studie die Korrelationen zwischen verschiedenen hydraulischen
Parametern und der detachment capacity verschiedener WEPP-Datensätze (Water Erosion
Prediction Project). Die beste Korrelation zur detachment capacity weist die stream power mit
einem mittleren Bestimmtheitsmaß von R² = 0,59 auf. Im WEPP-Modell wird der shear stress
verwendet, der allerdings in keinem der getesteten Datensätze einen hohen R²-Wert aufweist.
In Wirtz et al. (subm. 2012) werden an eigenen Daten die Korrelationen zwischen der
detachment rate und verschiedenen hydraulischen Parametern überprüft. Dabei wird die
gesamte Breite von 0 ≤ R² ≤ 0,99 abgedeckt, Trendlinien sind steigend, fallend oder auch
nahezu konstant, es ist letztendlich nicht möglich, irgendeine Regelmäßigkeit zu
identifizieren. Nur 40 von 252 Korrelationen (16 %) zeigen eine steigende Trendlinie mit
einem Bestimmtheitsmaß von R² ≥ 0,7. Auch hier ist wieder deutlich zu erkennen, dass die
Versuche mit geringen Sedimentkonzentrationen höhere R²-Werte aufweisen als die Versuche
mit hohen Sedimentkonzentrationen, ganz gleich ob alle Korrelationen oder nur diejenigen
mit steigender Trendlinie berücksichtigt werden.
In Wirtz et al. (2013) werden auf einer homogenen Ackerfläche in vier Rinnen sowohl die
Eingangsparameter für die Berechnung des shear stress als auch Erosionswerte direkt
gemessen, d. h. es stehen sowohl die Eingangsdaten als auch die „korrekten“ Ergebnisse eines
theoretischen Modelldurchlaufes zur Verfügung. Die Eingangsdaten für die Berechnung des
shear stress und damit auch die daraus resultierenden shear stress Werte weisen für die vier
beprobten Rinnen relativ geringe Schwankungen (relative Messfehler und empirische
Variationskoeffizienten) auf. Träfe die Modellannahme „linearer Zusammenhang zwischen
hydraulischem Parameter und Erosionsparameter“ zu, müssten auch die gemessenen
Erosionswerte eine geringe Schwankung aufweisen, bei gleichen Eingangsdaten liefert ein
deterministisches Modell auch immer dieselben Ergebnisse. Die Erosionsparameter weisen
jedoch hohe relative Messfehler (Abbildung 8) und empirische Variationskoeffizienten
(Abbildung 9) auf.
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