Automatisch ermittelte Abflußlinien

Automatisch ermittelte Abflußlinien (Tiefenlinien, Talwege)

Eine Abflußlinie (synonym Tiefenlinie, Talweg) 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. Weiter unten auf dieser Seite finden Sie Beispiele (Abbildungen) für die Qualität bzw. die Möglichkeiten unserer automatisch ermittelten Abflußlinien.

Hinweis: Seiten zu verwandten Themen finden Sie unter "digitale Gewässernetze" und "Einzugsgebiete"

Abflußlinien als Ersatz und Ergänzung für ein digitales Gewässernetz

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.

Abflußlinien als Reliefgerippelinie und lokale Erosionsbasis

In der Geomorphologie bzw. Reliefanalyse stellen Abflußlinien (Tiefenlinien) neben Wasserscheiden (bzw. Kulminations- oder Scheitellinien) die wichtigsten Gerippelinie 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.

Verfahren zur Ermittlung von Abflußlinien aus Digitalen Geländemodellen

Seit vielen Jahren sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um Abflußlinien auf der Basis von Digitalen Geländemodellen zu ermitteln. Die Ergebnisse sind jedoch vielfach unbefriedigend, da für die Ermittlung von plausiblen Abflußlinien nicht immer alle erforderlichen Aspekte berücksichtigt wurden. Aus diesem Grund wurden von der scilands GmbH qualitativ hochwertige Verfahren entwickelt, die hier Abhilfe schaffen. U.a. wird dabei folgendes berücksichtigt:

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 (siehe hierzu das Kapitel "Beispiel für qualitativ hochwertige Verfahren zur Erstellung von Geofachdaten" unter "Methoden" bzw. die Abbildung zum Vergleich verschiedener Abflußmodelle)
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 (welche Abflußlinie mündet in welche übergeordnete Abflußlinie)

Anmerkungen:

1) Es gibt keine objektiven Kriterien für die Startpunkte von Abflußlinien. Die Startparameter (z.B. Mindest-Konvergenz-Index, Mindestgröße des Einzugsgebietes) sind daher so einzustellen, daß sie der jeweiligen Fragestellung optimal angepaßt sind (s.u. Abbildungen).

2) Die entwickelten Algorithmen zur Ermittlung von Abflußlinien liefern, im Gegensatz zu vielen anderen Verfahren, u.a. auch in sehr flach geneigten Gebieten plausible Ergebnisse. Siehe hierzu z.B. die Abbildung 1 (automatically derived stream network) auf der Seite "Digitales Gewässernetz". Abgesehen von den Flanken der tiefer eingeschnittenen Täler liegen die Neigungsstärken im Thüringen Becken i.d.R. unter 2 Grad.

Vorschau/ download	Erläuterung

	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

PDF-Dokument (GIF hier)	Attribute der Abflußlinien 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 (Bsp. siehe Einzugsgebiete).

	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 zeigt dort Abbildung 3 zum Vergleich die Hierarchie der Einzugsgebietes für ein ähnliches Netz von Abflußlinien.
Anwendungsbeispiele: Ergänzung Gewässernetz, Ermittlung erosionswirksamer Hangdellen; indirekt: z.B. über den Reliefparameter "Höhe über Tiefenlinie" für die Regionalisierung verschiedener Bodenkennwerte (z.B. Bodenarten, Tiefenlage Grundwasser)

Erläuterungen zu den Startkriterien: Mindest-Konvergenz-Index: von -90 bis 0 (Anm.:-90 = ideal konvergent, wie z.B. die geometrische Figur eines invertierter Kegels; >0 = divergent) Mindestgröße des Einzugsgebietes: qm (1 Rasterzelle des DGM von Ebergötzen = 156,25 qm)