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Entwicklung eines Modells zur Simulation der Bodenerosion bei Starkregen auf Grundlage eines zweidimensionalen hydrodynamisch-numerischen Modellansatzes

Starkregenereignisse werden durch den Klimawandel immer häufiger und nehmen an Intensität zu. Um das Risiko infolge von Starkregenüberflutungen abzuschätzen und folglich begrenzen zu können, werden zurzeit bundesweit vermehrt Starkregengefahrenkarten erstellt. Neben der infolge des Starkregens resultierenden Überflutung darf auch die Bedeutung der damit verbundenen Bodenerosion sowie das daraus folgende Risiko nicht unterschätzt werden. So zeigt die Erfahrung, dass gerade in der vegetationsarmen Zeit Starkregenereignisse mit hoher Regenerosivität eintreten und daher bearbeitete landwirtschaftliche Böden insgesamt eine große Gefahrenquelle im Falle eines Starkregens darstellen (vgl. Starkregenereignisse Eppelborn (SL) 2016, Simbach (BY) 2016, Gemeinde Kleinblittersdorf (SL) 2018). Neben Schäden durch Wasser treten auch Schäden durch Bodenmaterial auf. Diese können einerseits die Bodenfruchtbarkeit und Bodenfunktionen irreversibel negativ beeinträchtigen (Bodenverlust) und andererseits Gewässerökosysteme und Infrastruktur durch Zufuhr von Bodenmaterial in ihren Funktionen deutlich gestört oder unbrauchbar machen.

Zur Lokalisierung von durch Erosion gefährdete landwirtschaftliche Flächen und zur Abschätzung des mengenmäßigen Bodenverlustes bei Starkregen ist ein eigener Erosionsansatz nötig. Dieser soll insbesondere unter den Randbedingungen von Starkregenereignissen (trockene Böden, Splasherosion etc.) ausgearbeitet und anschließend in einen Programm-Code überführt werden. Durch die Kopplung des Erosionsansatzes mit dem hydrodynamisch-numerischen 2D-Modell HYDRO_AS können dann gemeinsam mit den Sturzfluten des Starkregens auch die Erosions-, Transport- und Sedimentationsprozesse simuliert werden.

Zur Validierung des Modellansatzes sind reale Daten von Erosionsereignissen infolge Starkregen zwingend erforderlich. Zur Aufzeichnung solcher Daten werden daher Erosionsereignisse in der Starkregenzeit Mai bis Juli kartiert. Dazu werden unter anderem händische Messungen von Erosionsrillen durchgeführt. Außerdem kann durch Drohnenbefliegungen und mithilfe von Fachsoftware ein Orthofoto und ein digitales Geländemodell der betroffenen landwirtschaftlichen Fläche generiert werden, wodurch das Erosionsvolumen berechnet werden kann. Die Aufnahmen dienen dann zum Vergleich mit den berechneten Mengen aus ereignisspezifischen Simulationen.