Messung, Simulation und Modellierung von Oberflächenabfluss und Bodenabtrag auf Wirtschaftswegen in bewaldeten Einzugsgebieten

Die vorliegende Arbeit betrachtet den Einfluss von Wald- und Wirtschaftswegen auf Abflussentstehung und Bodenerosionsraten innerhalb eines bewaldeten Einzugsgebiets im Naturschutzgebiet Laacher See. Hierfur wurden sowohl bestehende Erosions- und Akkumulationsformen im Gelande kartiert, als auch Erosionssimulationen mittels einer Kleinberegnungsanlage durchgefuhrt. Zuletzt erfolgte eine Modellierung des Erosionspotentials auf Grundlage der Simulationsergebnisse. Die Analyse bestehender Erosions- und Akkumulationsformen im Gelande gab einen Hinweis auf Bodenerosionsraten von Wegoberflachen, die zwischen 27,3 und 93,5 t ha-1 a-1 und somit in derselben Grosenordnung wie Erosionsraten unter intensiver ackerbaulicher Nutzung lagen. Die Simulationslaufe zeigten, dass persistente Waldwege ein deutlich verandertes Infiltrationsverhalten aufwiesen. Auf naturlichen Waldboden lag der Anteil des infiltrierten Niederschlags bei durchschnittlich 96%. Im Falle von Waldwegen nahm dieser Anteil im Mittel auf 14% bis 7% ab. Besonders auffallig waren die Ergebnisse auf Ruckegassen, auf denen ein erheblicher Einfluss der Bodenverdichtung durch Befahrung nachgewiesen werden konnte. Hier sank der Anteil des infiltrierten Niederschlags auf 31% in den Fahrspuren, zwischen den Spuren wurden noch 76 % infiltriert. Wahrend der Simulationslaufe konnten maximale Sedimentmengen von 446 g m-2 erodiert werden, was einer mittleren Bodenerosionsrate von 4,96 g m-2 min-1 entspricht. Diese hohen Abtragsraten wurden auf persistenten Wegen mit geringer Befestigung gemessen. Ruckegassen wiesen die geringsten Abtragswerte auf, maximal konnten 37 g m-2 erodiert werden, gleichbedeutend mit einer Abtragsrate von 0,41 g m-2 min-1. Die erodierten Sedimentmengen betrugen im Mittel bei Wegen 167 bis 319 g m-2 und im Falle von Ruckegassen 17 g m-2. Anhand von Vergleichsmessungen auf Waldstandorten, bei denen ein mittlerer Bodenabtrag von ca. 5 g m-2 festgestellt wurde, konnte eine erhohte Erodierbarkeit fur jedwede Form der Weganlage bestatigt werden. Auf Basis der im Gelande gemessenen Abtragsraten wurden die Modellierungen kalibriert. Die Ergebnisse der ABAG / DIN 19708 zeigten fur das betrachtete Untersuchungsgebiet eine mittlere jahrliche Bodenerosionsgefahrdung von 2,4 - 5,8 t ha-1 a-1 fur persistente Wege und von 0,5 t ha-1 a-1 fur Ruckegassen. Im Vergleich zum Mittelwert weitgehend unbeeinflusster Waldflachen im Untersuchungsgebiet von 0,1 t ha-1 a-1 zeigte sich abermals ein erhohtes Abtragspotential. Die physikalisch basierte Modellierung der Beregnungsversuche mittels WEPP zeigte ein zufriedenstellendes Ergebnis bei der Einschatzung des Abflussverhaltens, so wurden fur persistente Wege nur Abweichungen von maximal -5% festgestellt. Die Abflussmodellierung auf Ruckegassen sowie die generelle Modellierung der Bodenerosion wahrend der Beregnungsversuche zeigte sich im Kontrast hierzu noch fehlerbehaftet, was ursachlich mit der fur ein physikalisches Modell relativ geringen Eingangsdatentiefe zu begrunden ist. Es wurde nachgewiesen, dass Waldwege einen bedeutenden Einfluss auf den Wasserhaushalt und das Bodenerosionsgeschehen haben. Der Ruckhalt von Niederschlagen wird gemindert und es kommt zu intensivierten Bodenerosionsprozessen. Schlecht befestigte Wege zeigten einen stark erhohten Bodenabtrag, der zu okologischen Folgeschaden fuhren kann. Der Abtrag kann ebenso zu einer Beeintrachtigung der Befahrbarkeit fuhren. Anhand der Folgen lasst sich die Relevanz der Betrachtung von Abfluss- und Bodenerosionsprozessen auf Wald- und Wirtschaftswegen deutlich machen. Die vorliegende Arbeit stellt die erste Studie dar, innerhalb derer Abfluss- und Bodenerosionspozesse fur Walderschliesungsnetzwerke in Mitteleuropa untersucht wurden.