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

Experimentelle Rinnenerosionsforschung vs. Modellkonzepte – Quantifizierung der hydraulischen und erosiven Wirksamkeit von Rinnen
Sie zeigen, dass unter turbulenten Fließbedingungen dieselben shear stress Werte deutlich
höhere Abtragsraten verursachen. Die Unterschiede zwischen den Abtragsraten bei
turbulentem und laminarem Fließen vergrößern sich mit ansteigenden shear stress-Werten.
Das bedeutet, wenn die gegebenen hydraulischen Bedingungen hohe shear stress-Werte
verursachen, ist der Einfluss der Turbulenz auf die Bodenerosion höher als in Bereichen mit
niedrigeren shear stress-Werten. Dies kann auch der Grund sein, warum
Bodenerosionsmodelle geringe Bodenabträge überschätzen und große Bodenverluste
unterschätzen. Nearing (1998) erklärt dies durch das Vorhandensein von natürlichen
Variationen in den Modell-Daten, also Variationen, die das Modell nicht abbilden kann. Der
Einfluss von Turbulenzen auf den Bodenabtrag wird auch von Nearing et al. (1991) gezeigt.
In einer Laboruntersuchung messen sie shear stress-Werte zwischen 0,5 Pa und 2 Pa,
während die Scherfestigkeit des Substrates zwischen 1 kPa und 2 kPa liegt, ein
Größenunterschied um den Faktor 1000. Trotz dieses Ungleichgewichtes werden deutliche
Abtragsraten gemessen. Nearing et al. (1991) erklären dieses Ergebnis mit plötzlich
auftretenden Turbulenzen, die viel stärker sind als der mittlere shear stress. Die
beschriebenen Probleme und Lücken zeigen deutlich die Notwendigkeit, auf experimentelle
Art Daten zu gewinnen.
1.7 Weitere Anwendungen
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Spülversuche in einer Studie eingesetzt, die nur indirekt
die Problematik der Rinnenerosion mit einschließt. Der Spülversuch findet Verwendung in
einer Studie zur goat erosion, also Erosion, die durch Viehtritt von Ziegen auf einer
vegetationsarmen Fläche entsteht (Ries et al., subm. 2011). In dieser Studie wird der Einfluss
von Viehtritt auf den Bodenabtrag ermittelt. Dazu wird eine Rinne zunächst ohne Viehtritt
„bespült“ und beprobt, danach in einem zweiten Versuch noch mal nach dem Queren von 600
Tieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ziegen eine relativ große Menge an Material lockern,
welches jedoch sehr schnell aus der Rinne ausgespült wird (bulldozer-effect). Unterschiede
zwischen den beiden Versuchen sind nur in den ersten Durchgängen zu erkennen, die
Unterschiede sind zudem auf die Wasserfront und die 30-Sekunden-Probe beschränkt. Die
Sedimentkonzentrationen erreichen in den Versuchen mit vorherigem Viehtritt hier deutlich
höhere Werte, in den nachfolgenden Proben weisen die Werte mit und ohne
Ziegentritteinfluss wieder ähnliche Werte auf (Ries et al., subm. 2011).
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