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R-Faktor (Regen- und Oberflächenabflußfaktor)

Bei Bodenerosionberechnungen werden oft nur die Niederschlagswerte der nächstgelegen Klimastation auf das gesamte Untersuchungsgebiet übertragen. Auf Grund der relativen hohen Reliefenergie im Gebiet Ebergötzen ist hier jedoch eine Regionalisierung der R-Faktoren angebracht.
Für die Berechnung des R-Faktors wurde folgende für Niedersachsen aufgestellte Formel verwendet:
R = -12.98 + 0.0783 * N
wobei:
R = R-Faktor
N = Jahresniederschläge [mm]

Die nebenstehende Abbildung zeigt deutliche Unterschiede für den R-Faktor (38 bis 73), wobei vor allem die im Westen gelegene Hochfläche des Göttingen Waldes mit hohen Werten auffällt. Innerhalb des ackerbaulich genutzten Gebietes liegt die Spannweite des R-Faktors immerhin noch zwischen 38 und 61.

Regionalisierung von Niederschlägen:

Die Berechnung der Jahresniederschläge erfolgte auf Basis eines Niederschlagsdatensatzes von Niedersachsen (200 m Rasterweite), der von Jürgen Böhner (Geogr. Inst. Uni. Göttingen) berechnet wurde. Die Grundlage für diesen Datensatz bilden (in Kurzform): 46 Klimastationsdaten von Niedersachsen, ECHAM3-T42 bzw. ECHAM3-T108 Klimamodelldaten, Zirkulationsdaten (850 hPa-Niveau), ein DGM mit 200 m Rasterweite, Berechnungen zu Luv- und Lee-Lagen (unter Berücksichtigung der Horizontüberhöhung).
Über den hypsometrischen Trend wurden die Werte von 200 m Rasterweite auf das DGM mit 12,5 m Rasterweite für das Gebiet Ebergötzen umgerechnet.

K-Faktor (Bodenerodierbarkeitsfaktor)

Der K-Faktor berechnet sich laut ABAG nach folgender Formel:
K = 2.77 * 10**-6 * M**1.14 * (12 - OS) + 0.043 * (A - 2) + 0.033 * (4 - D)
wobei
M = (% Schluff + Feinstsand) * (% Schluff + % Sand)
OS = % organische Substanz, für OS > 4 %: OS = 4
A = Aggregatklasse
D = Durchlässigkeitsklasse

Die Werte für OS, A und D können nur im Labor exakt bestimmt werden. Da hier die in den modernen bodenkundlichen Sprachgebrauch übersetzten Bodenschätzungsprofile benutzt wurden und daher einige Bodenmerkmale fehlen oder unsicher sind, wurden die Werte für OS, A und D geschätzt und im gesamten Gebiet als konstant angenommen. Es wurde A = 3, D = 3 und OS = 3 gesetzt. Ähnliche Probleme bereitet ebenfalls der Feinstsand-Anteil. Er wurde in prozentualer Abhängigkeit (10%) vom Sandanteil geschätzt.

Die Regionalisierung des K-Faktors basiert daher auf den regionalisierten Schluff- und Sandanteilen (weitere Details hierzu siehe: "Produkte/Boden/Bodenarten").

LS-Faktor (Topographiefaktor) (1)

Der LS-Faktor wurde in Variante (1) nur für Ackerflächen berechnet. Hierbei wird davon ausgegangen, daß außerhalb (meist oberhalb) der Ackerflächen kein Oberflächenabfluß auftritt.

Modifizierung des LS-Faktors:

Die Modifizierung des LS-Faktor besteht hauptsächlich darin, daß statt der Hanglänge die Fläche des Einzugsgebietes (dividiert durch die Rasterweite des DGM) als L-Faktor verwendet wurde (vgl. MOORE & WILSON 1992) (siehe "Literaturliste").

Problem: "erosionswirksame Hanglänge"

Die ABAG gilt nur für den Bereich des Hanges, wo tatsächlich Erosion stattfindet, d.h. ab der Stelle, wo die Erosion einsetzt bis zu der Stelle, wo die Akkumulation beginnt. Da hierfür i.d.R. Geländebefunde fehlen, wird die erosionswirksame Hanglänge oft über Modelle zur Ausgrenzung von Akkumulationsbereichen abgeschätzt. Von verschiedenen Autoren (z.B. MOORE & BURCH 1986) (siehe "Literaturliste") wurden bereits eine Vielzahl von Erosion-/Akkumulationsindices bzw. Depositionsmodellen entwickelt.
An der Lösung des Problems "erosionswirksame Hanglänge" wird auch von uns gearbeitet. Deshalb wird der L-Faktor z.Zt. für die gesamte Hanglänge berechnet, was zu geringen Abtragsraten in Gebieten führt, wo real akkumuliert wird. Bei den in Entwicklung befindlichen Verfahren soll u.a. auch die Gewichtung von ungleichmäßig geneigten Hangteilstücken berücksichtigt werden.

Anm. 1: Begrenzungen der erosionswirksamen Hanglänge (z.B. durch Feldwege und Gräben) sind z.Zt. noch nicht berücksichtigt.

Anm. 2: Erläuterungen zur Berechnung der Basisgrößen für den LS-Faktor finden sich unter "Produkte" / "Relief" / "lokale Reliefparameter", Stichwort "Neigung" und "Produkte" / "Relief" / "komplexe Reliefparameter", Stichwort, Einzugsgebietsgrößen.

LS-Faktor (Topographiefaktor) (2)

Der LS-Faktor wurde in Variante (2) für das Szenario "das Gesamtgebiet ist Acker" berechnet. Hierbei wird davon ausgegangen, daß überall Oberflächenabfluß auftritt. Ansonsten gelten die Bedingungen wie bei der Abbildung LS-Faktor Variante (1) (s.o.).
Wie bereits oben erwähnt, sind Erosionshemmnisse (z.B. Gräben und Straßen) vom Gebiet Ebergötzen z.Zt. nicht digital vorliegend, so daß die erosionswirksamen Hanglängen (bzw. Einzugsgebietsgrößen) bei diesem Szenario deutlich überschätzt werden.

(1) Berechnete Bodenerosion für Ackerflächen
Szenario: Anbaufrucht: Mais

Gesetzte Werte für: P-Faktor = 1.0, C-Faktor = 0.277
Die nebenstehende Abbildung zeigt die nach der ABAG geschätzte Bodenerosion unter der Annahme, daß alle Ackerflächen mit der erosionsfördernden Anbaufrucht Mais bestanden wären.
Es fällt sofort auf, daß sich die Abtragsraten bei dem von uns entwickelten Verfahren kontinuierlich im Raum ändern, was den realen Verhältnissen i.d.R. entspricht. Im Gegensatz dazu pausen sich bei vektorbasierten Berechnungsverfahren z.B. oft Schlaggrenzen durch - verursacht durch Annahme eines homogenen K-Faktors für den gesamten Schlag.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Extremwerte der Bodenerosion durch noch nicht eingearbeitete Erosionshemmnisse und Abgrenzung von Akkumulationsbereichen z.Zt. noch überschätzt werden (s.o. Hinweise zum LS-Faktor).

(2) Berechnete Bodenerosion für Ackerflächen
Szenario: Anbaufrucht: Winterweizen

Gesetzte Werte für: P-Faktor = 1.0, C-Faktor = 0.036
Der Unterschied zu Abb. (1) liegt lediglich an einem anderen Wert für den C-Faktor. Die berechneten Abtragsraten sind also um den Faktor 7.69 (= 0.277 / 0.036) geringer.

(3) Berechnete Bodenerosion für Gesamtgebiet
Szenario: Das Gesamtgebiet ist Acker, ohne Konturpflügen, Anbaufrucht: Mais

Dieses Szenario stellt den "worst case" dar. Auf Grund der z.T. sehr hohen Neigungswerte, der sehr großen Hanglängen (bzw. Einzugsgebietsgrößen) und der erosionsfördernden Anbaufrucht Mais wäre unter diesen (zum Glück fiktiven) Bedingungen mit extrem hohen Bodenabtragsraten zu rechnen.

Anm.: Besonders im zentralen Bereich der Karte (Schweckhäuser Wiesen) fällt innerhalb der Blautöne eine Streifung (Treppung) der berechneten Abtragsraten auf. Der Grund hierfür liegt darin, daß auch in dem verwendeten, qualitativ hochwertigen DGM Fehler enthalten sind: Das auf der Basis von digitalisierten Isohypsen erstellte DGM neigt auf Grund des verwendeten Interpolationsverfahrens zu isohypsenparallelen Schwankungen der Höhenwerte bzw. der daraus abgeleiteten Neigungswerte. Da der LS-Faktor die Hangneigung stärker als die Hanglänge gewichtet, wird dieser Effekt verstärkt (siehe auch oben in Abbildung LS-Faktor Variante (2) "alles ist Acker").