Kinetsche Niederschlagsenergie als auslösende Kraft für Bodenerosion durch Wasser

Bodenerosionsprozesse hängen wesentlich von der Energie des Niederschlages ab. Diese stellt eine Funktion der Größe und Fallgeschwindigkeit der Regentropfen dar. Interaktionen zwischen Tropfengröße, -geschwindigkeit und form, Windgeschwindigkeit und Intensität des Ereignisses bestimmen die Kraft des erosiven Regens. Nimmt die Tropfengröße zu steigt auch ihre Fallgeschwindigkeit und ihr Impuls, was sich auf das Loslösen der Bodenpartikel undaufTransportprozesse auswirkt. Über dieCharakteristika von Tropfengrößen gibt es nur beschränkt Daten. Die meisten Untersuchungen wurden unter Laborbedingungen durchgeführt, nur wenige Studien erfolgten unternatürlichen Bedingungen im Feld, wobei stets nur wenige Ereignisse gemessen wurden. Ziele des Projektes bestehen in 1) der Quantifizierung und dem Vergleich der Tropfengrößenverteilung von Niederschlagsereignissen an vergleichbaren Standorten in Österreich, Tschechien und Neuseeland, 2) der Ableitung von Beziehungen zwischen kinetischer Niederschlagsenergie (KE) und Regenerosivität, 3) der Abschätzung von zeitlichen/saisonalen Variabilität der KE-I Beziehungen und 4) Untersuchung zwischen Regenerosivität und Bodenerosion. An mehreren Standorten in Österreich, Tschechien und Neuseeland sind bzw. werden Distrometer installiert und die kinetische Energie von Niederschlägen sowie deren Erosivität analysiert. Beziehungen zwischen kinetischer Regenenergie und intensität werden im Hinblick auf saisonale/monatliche Variabilität untersucht. Für jene Stationen, bei welchen auch Winddaten registriert werden, erfolgt die Abschätzung des Windeinflusses auf die kinetische Energie. Direkt neben denDistrometernwerden kleine Erosionsplots installiert, um die erosionauslösende Wirkung dieser Niederschlagsereignisse zu erfassen. Anhand aller Messdaten sollendie bestehendenBeziehungen zwischen Regenenergieund Bodenloslösung und -transport überprüft und gegebenenfalls modifiziert werden.

Bodenerosionprozesse hängen wesentlich von der kinetischen Energie von Niederschlägen ab, welche eine Funktion von der Größe und Fallgeschwindigkeit der Tropfen darstellt. Interaktionen zwischen der Größe, Form und Geschwindigkeit der Tropfen sowie der Intensität und der Windgeschwindigkeit beeinflussen die Größe des erosiven Ereignisses. Ziele des Projektes waren 1) Tropfengrößenverteilungen von Regenereignissen in vergleichbaren Standorten in Österreich, Tschechien und Neuseeland zu vergleichen und quantifizieren, 2) Beziehungen zwischen kinetischer Energie (KE) und Regenintensität (I) abzuleiten, 3) zeitliche Verteilung von KE-I-Beziehungen zu evaluieren und 4) den Zusammenhang zwischen Regenerosivität und Splasherosion zu untersuchen. Die Diskrepanz zwischen der Bestimmung der kinetischen Regenenergie mit unterschiedlichen Disdrometern, die gerätespezifische Unterschiede in der Messung aufwiesen, zeigte, dass sie unterschiedliche Ergebnisse der KE Bestimmung lieferten. Dies wurde in früheren Studien, bei der Disdrometerdaten zur Berechnung von KE verwendet wurden, nicht berücksichtigt. Ein Korrekturfaktor zwischen den verwendeten Geräten erwies sich als sinnvoll, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Splasherosionsmessungen unter natürlichen Niederschlagsbedingungen zeigten, dass die Erosion als lineare Funktion der Regenintensität dargestellt werden kann. Die Veränderungen von Niederschlagscharaketeristika während eines Ereignisses erklären, warum die Splasherosion durch akkumulierte kinetische Regenenergie unterschätzt wird. Verbesserte Abschätzungen ergeben sich durch KE pro Zeiteinheit. Die Untersuchungen an unterschiedliche Standorten ergaben, dass räumlich unterschiedliche Regencharakteristika einen Einfluss auf die Splasherosion aufweisen. Wegen der Verwendung unterschiedlicher Disdrometer an den drei Standorten und ihrer gerätespezifischen Unterschiede konnte dies jedoch nicht zur Gänze quantifiziert werden. Mithilfe von Starkregensimulationen wurde der Einfluss unterschiedlicher Anfangsbedingungen auf die Splasherosion untersucht. Hoher Anfangswassergehalt und eine teilweise verschlämmte Bodenoberfläche verringerten die Erosionsrate am meisten. Die Verschlämmung der Bodenoberfläche wurde durch die Abnahme der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit beschrieben und ergab sich als Potenzfunktion der kumulativen Regenenergie. Bei diese Proben entstand durch Stau ein mehr oder weniger starker Wasserfilm an der Oberfläche, wodurch diese zusätzlich gegen die kinetischer Energie der Regentropfen geschützt wurde. Die Proben mit trockener und verkrusteter Oberfläche wiesen geringere Erodibarkeit und Infiltrationskapazität auf. Bei Versuchen ohne Verschlämmung der Oberfläche ergaben sich dagegen bei geringen Regenintensitäten höhere Loslösungsraten aufgrund geringerer Kohäsion der Bodenpartikel. Alle Versuche zeigten, dass die Splasherosion in hohem Maße von den Anfangsbedingungen der Bodenoberfläche abhängt. Kontinuierliche Messung von Niederschlagsparametern in höher zeitlicher Auflösung ist unumgänglich, um Bodenerosion und die auslösenden Prozesse zu beschreiben. Dies sollte nicht nur in Erosionsversuchen , sondern auch in physikalisch basierten Erosionsmodellen berücksichtigt werden.