Abflusslinien
Abflusslinien
Abflusslinien
Eine Abflusslinie stellt die Verbindungslinie der tiefsten Punkte in einer offenen Hohlform (Tal) auf der Erdoberfläche dar. Bei angenommener Wasserundurchlässigkeit der Erdoberfläche würde es bei kontinuierlicher Beregnung auf diesen Linien zu linearem Abfluss kommen, wie es bei Flüssen und Bächen in der Realität der Fall ist.
In der Geomorphologie bzw. Reliefanalyse stellen Abflusslinien (Tiefenlinien, Talwege) neben Wasserscheiden (bzw. Kulminations- oder Scheitellinien) die wichtigsten Gerippelinien zur Gliederung des Reliefs dar. Tiefenlinien bilden die lokale Erosionsbasis, auf die sich alle Transportprozesse (Transport von Bodenmaterial und Wasser und darin gelöster Stoffe) am Hang bzw. im Einzugsgebiet beziehen.
In der Geomorphologie bzw. Reliefanalyse stellen Abflusslinien (Tiefenlinien, Talwege) neben Wasserscheiden (bzw. Kulminations- oder Scheitellinien) die wichtigsten Gerippelinien zur Gliederung des Reliefs dar. Tiefenlinien bilden die lokale Erosionsbasis, auf die sich alle Transportprozesse (Transport von Bodenmaterial und Wasser und darin gelöster Stoffe) am Hang bzw. im Einzugsgebiet beziehen.
Automatisch ermittelte Abflusslinien
Da automatisch ermittelte Abflusslinien den Verlauf von Flüssen und Bächen simulieren, werden auf der Basis von Digitalen Geländemodellen ermittelte Abflusslinien vielfach als Ersatz für ein nicht vorliegendes digitales Gewässernetz genommen. Darüber hinaus stellen automatisch ermittelte Abflusslinien eine wichtige Ergänzung für ein vorhandenes digitales Gewässernetz dar. In Abhängigkeit von den klimatischen Verhältnissen bzw. von den Witterungsbedingungen kann die Wasserführung, insbesondere in kleinen Bächen, sehr unterschiedlich sein, d.h. der Bach kann perennierend, periodisch oder episodisch Wasser führen. Vor allem episodische Bachläufe im Bergland, die nur bei seltenen Starkregen Wasser führen, sind oft in digitalen Gewässernetzen nicht enthalten. Diese episodischen Bachläufe sind jedoch für den Hochwasser- bzw. Erosionsschutz relevant. Automatisch ermittelte Abflusslinien können hier systematisch aufzeigen, wo es in kleinen Nebentälern und Hangdellen zu linearem Oberflächenabfluss kommen kann.
Da automatisch ermittelte Abflusslinien den Verlauf von Flüssen und Bächen simulieren, werden auf der Basis von Digitalen Geländemodellen ermittelte Abflusslinien vielfach als Ersatz für ein nicht vorliegendes digitales Gewässernetz genommen. Darüber hinaus stellen automatisch ermittelte Abflusslinien eine wichtige Ergänzung für ein vorhandenes digitales Gewässernetz dar. In Abhängigkeit von den klimatischen Verhältnissen bzw. von den Witterungsbedingungen kann die Wasserführung, insbesondere in kleinen Bächen, sehr unterschiedlich sein, d.h. der Bach kann perennierend, periodisch oder episodisch Wasser führen. Vor allem episodische Bachläufe im Bergland, die nur bei seltenen Starkregen Wasser führen, sind oft in digitalen Gewässernetzen nicht enthalten. Diese episodischen Bachläufe sind jedoch für den Hochwasser- bzw. Erosionsschutz relevant. Automatisch ermittelte Abflusslinien können hier systematisch aufzeigen, wo es in kleinen Nebentälern und Hangdellen zu linearem Oberflächenabfluss kommen kann.
Zu berücksichtigende Aspekte
- Präprozessierung des Digitalen Geländemodells (z.B. Schaffung von "Ausgängen" aus geschlossenen Hohlformen), um ein kontinuierliches Längsgefälle für die Abflusslinien zu gewährleisten
- Stärke der Konvergenz des Oberflächenabflusses und Berücksichtigung von ggf. vorhandenen Divergenzen (wie sie z.B. auf Schwemmfächern auftreten)
- Abflusssimulation und Berechnung von Einzugsgebietsgrößen mittels "multiple flow"-Verfahren
- Verwendung verschiedener Kriterien für die Start- und Endpunkte bzw. den Verlauf von Abflusslinien, wie z.B. Mindest-Konvergenz-Index, Mindestgröße des Einzugsgebietes, Mindestlänge der Abflusslinie, Maximallänge von divergenten Abschnitten
- Hierarchische Gliederung der Abflusslinien über Größen der Einzugsgebiete
Abbildung 1: Automatisch ermittelte Abflußlinien im Gebiet Ebergötzen
Größe des Ausschnittes 5 x 5 km, Rasterweite 12,5 m (entspricht ca. 1,6 Pixel in der Abbildung)
Abbildung 1 zeigt überlagernd zwei verschiedene Abflußliniennetze mit unterschiedlichen Startkriterien. Die 'dicken blauen Linien' zeigen ein Abflußliniennetz, das dem real existierenden Bachnetz nahe kommt. Den 'dünnen schwarzen Abflußlinien' hingegen liegen sehr viel 'empfindlichere' Startkriterien zu Grunde (s.u.), so dass in jeder kleinen Hangdelle (einige davon in der Schummerung kaum sichtbar) eine Abflußlinie liegt.
Startkriterien (Erläuterungen s.u.):
'dicke, blaue Abflußlinien': Mindest-Konvergenz-Index = -30, Mindestgröße des Einzugsgebietes = 25000 qm, Mindestlänge der Abflußlinien = 20 Rasterzellen
'dünne, schwarze Abflußlinien': Mindest-Konvergenz-Index = -5, Mindestgröße des Einzugsgebietes = 1500 qm, Mindestlänge der Abflußlinien = 5 Rasterzellen
Größe des Ausschnittes 5 x 5 km, Rasterweite 12,5 m (entspricht ca. 1,6 Pixel in der Abbildung)
Abbildung 1 zeigt überlagernd zwei verschiedene Abflußliniennetze mit unterschiedlichen Startkriterien. Die 'dicken blauen Linien' zeigen ein Abflußliniennetz, das dem real existierenden Bachnetz nahe kommt. Den 'dünnen schwarzen Abflußlinien' hingegen liegen sehr viel 'empfindlichere' Startkriterien zu Grunde (s.u.), so dass in jeder kleinen Hangdelle (einige davon in der Schummerung kaum sichtbar) eine Abflußlinie liegt.
Startkriterien (Erläuterungen s.u.):
'dicke, blaue Abflußlinien': Mindest-Konvergenz-Index = -30, Mindestgröße des Einzugsgebietes = 25000 qm, Mindestlänge der Abflußlinien = 20 Rasterzellen
'dünne, schwarze Abflußlinien': Mindest-Konvergenz-Index = -5, Mindestgröße des Einzugsgebietes = 1500 qm, Mindestlänge der Abflußlinien = 5 Rasterzellen
Die Tabelle
zeigt für die 'dicken blauen Linien' (vgl. Abb. 1) alle Attribute, die für die Abflußlinien automatisch berechnet werden. Aus diesen Attributen lassen sich z.B. wertvolle Informationen über die Hierarchie der Abflußlinien gewinnen, die z.B. auch auf die Einzugsgebiete übertragen werden können
Abbildung 2: Hierarchie der Abflußlinien
Größe des Ausschnittes 5 x 5 km, Rasterweite 12,5 m (entspricht ca. 1,6 Pixel in der Abbildung)
Abbildung 2 visualisiert für die 'dünnen schwarzen Abflußlinien' (vgl. Abb. 1) die Hierarchie des Abflußliniennetzes (Attribut 'Order_No' aus der Tabelle, s.o.).
Anmerkungen:
1) Da die Abflußlinien nur für den Kartenausschnitt erzeugt wurden und da alle Abflußlinien, die das Kartengebiet verlassen, die Ordnungsnr. 1 bekommen, sind am Kartenrand viele 'schwarze' Abflußlinien der 1. Ordnung zu finden.
2) Auf der Seite Einzugsgebiete [3_3_3] zeigt dort Abbildung 3 zum Vergleich die Hierarchie der Einzugsgebietes für ein ähnliches Netz von Abflußlinien.
Größe des Ausschnittes 5 x 5 km, Rasterweite 12,5 m (entspricht ca. 1,6 Pixel in der Abbildung)
Abbildung 2 visualisiert für die 'dünnen schwarzen Abflußlinien' (vgl. Abb. 1) die Hierarchie des Abflußliniennetzes (Attribut 'Order_No' aus der Tabelle, s.o.).
Anmerkungen:
1) Da die Abflußlinien nur für den Kartenausschnitt erzeugt wurden und da alle Abflußlinien, die das Kartengebiet verlassen, die Ordnungsnr. 1 bekommen, sind am Kartenrand viele 'schwarze' Abflußlinien der 1. Ordnung zu finden.
2) Auf der Seite Einzugsgebiete [3_3_3] zeigt dort Abbildung 3 zum Vergleich die Hierarchie der Einzugsgebietes für ein ähnliches Netz von Abflußlinien.