Modellierung der Bodenerosion I

Überblick zur Allgemeinen Bodenabtragsgleichung.

Die Allgemeine Bodenabtragsgleichung (ABAG) ist ein mathematisches Modell für zur Quantifizierung der Bodenerosion. Sie gilt jeweils für landwirtschaftlich genutzte Parzellen und ist nicht für die Anwendung auf die ganze Einzugsgebietsfläche vorgesehen. In die Berechnung fließen die Faktoren Niederschlag, die Landnutzung, Kultivierungsweise sowie boden- und reliefspezifische Eigenschaften ein. Die ABAG gründet auf der Universal Soil Loss Equation (USLE) von Walter Wischmeier und Dwight Smith (1957), die diese Faktoren als zentrale Einflussgrößen für Bodenabtragsprozesse identifizierten. Sie nahmen Ihre Messungen an landwirtschaftlichen Parzellen mit folgenden Referenzeigenschaften vor: Länge 22,1 m, Breite 1,87 m, Hangneigung 9 %, hangabwärtsgerichtete Bodenbearbeitung. Mit der Gleichung kann folglich der Bodenabtrag unter bestimmten Umwelt- und Bewirtschaftungsbedingungen berechnet werden. Das Modellierungsergebnis liefert Orientierungswerte jeder Parzelle für den langjährigen, jährlichen mittleren Bodenabtrag [t/ha].

Bodenabtrag = R * K * LS * C * P

Der Bodenabtrag führt unmittelbar zum Verlust des ackerbaulich wertvollen Oberbodens. In Gewässern und Rohrleitungen sorgt der Eintrag des erodierten Bodenmaterials für höheren Unterhaltungsaufwand. Üblicherweise werden Toleranzschwellen festgelegt, ab welcher Abtragsrate Erosionsschutzmaßnahmen erforderlich werden. Mit Hilfe der räumlichen Modellierung durch die ABAG ist die Identifikation und Bewertung von erosionsanfälligen Flächen möglich. Gängige Regelwerke sehen eine Einstufung der Bodenerosion in 9 Gefährdungsklassen vor. Wie bei allen modellierten Umweltprozessen ist die persönliche Kenntnis des betrachteten Gebiets, bzw. der betrachteten Ackerschläge eine unabdingbare Voraussetzung für die richtige Handhabung und Interpretation des Modells. Dies gilt im Besonderen für die Informationen über Bewirtschaftung- und Erosionsschutzmaßnahmen (C- und P-Faktor).

Kurzbeschreibungen und notwendige Datengrundlagen für die Berechnung sind in der unteren Tabelle aufgelistet. Nutzung und Geometrien der Ackerschläge sind in ALKIS-Daten (Liegenschaftskataster) enthalten. Höheninformationen stammen von Digitalen Geländemodellen (Auflösung 1 m). Langjährige Messreihen des Niederschlags werden vom Deutschen Wetterdienst angeboten. Angaben zum K-Faktor sind oftmals in Bodenkarten vorzufinden.

FaktorBeschreibungWertermittlung
RFaktor für Niederschlagswirkunglangjährige Monats- und Jahresmittel des Niederschlags
KErodierbarkeit des BodensBK50 des Geologischen Dienstes
LSHanglänge und HangneigungBerechnung aus DGM1
CBodenbedeckung und -bearbeitungALKIS, Ortsbegehung, Landwirt, Satellitendaten
PFaktor für ErosionsschutzALKIS, Ortsbegehung, Landwirt

In einer kurzen Serie werden hier die einzelnen Faktoren und das Ergebnis einer exemplarischen Modellierung vorgestellt. Als Arbeitsgebiet wurde ein kleiner Ausschnitt des Rotbach-Einzugsgebiets in der nördlichen Eifel gewählt. Alle benötigten Datengrundlagen sind in NRW über die Bezirksregierung Köln (Geobasis NRW), den Geologischen Dienst NRW und den Deutschen Wetterdienst (DWD) frei verfügbar. Die Datenbearbeitung und -visualisierung wurde mittels SAGA GIS und QGIS umgesetzt.

Überblick_Bodenerosion
Parzellen im Projektgebiet mit Luftbild und Höhenmodell.