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| Bewirtschaftung von Wildbach- und Lawineneinzugsgebieten | |
| Leiter: DI Dr. Gerhard Markart | |
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Regensimulation: Abfluss- und Infiltrationseigenschaften alpiner Boden-/Vegetationskomplexe
An der Forstlichen Bundesversuchsanstalt, am Institut für Lawinen- und Wildbachforschung in Innsbruck wurde 1990 damit begonnen nach dem Vorbild einer transportable Erosions- und Abfluss- Messanlage nach KARL und TOLDRIAN (Bayerischen Landesamt für Wasserwirtschaft, 1973) durch Beregnungsexperimente Abflusskoeffizienten zu ermitteln. Mittels künstlichem Starkregen (MARKART und KOHL 1995), bei welchem die Verdunstung vom Boden und der Vegetation annähernd gleich Null gesetzt werden kann, wird jener Teil des Niederschlages, welcher als oberirdischer Abfluss (Ao) abrinnt, gemessen. Gegebenenfalls wird auch der Zwischenabfluss (Interflow, oberflächennaher Abfluss) quantifiziert. Als Interflow wird jener Teil des Abflusses bezeichnet, der dem Vorfluter unterirdisch mit nur geringer Verzögerung nach dem Niederschlag zufließt. Die Flächengröße kann je nach Geländeverhältnissen zwischen 50 und 100m² gewählt werden und beträgt im Regelfall 80m². Begleitende Untersuchungen beinhalten Bodenfeuchtemonitoring mittels TDR, Bodenphysik, Bodenkarten und Vegetationsanalysen . Die langjährig erhobenen Messdaten sind in einer Beregnungsdatenbank zusammengeführt. Zur Simulation von Dauerregen geringerer Intensität wurde im Jahr 2001 eine Regenanlage entwickelt, die es ermöglicht größere Hangsegmente (400m²) über einen längeren Zeitraum (Tage) zu beaufschlagen. Die Beregnungsanlagen werden auch für andere Fragestellungen eingesetzt, z.B. Quantifizierung des Wasserhaushaltes von Hochlagenbeständen (Interzeptionsleistung,...) oder Erfassung der von unterschiedlich genutzten alpinen Boden-/Vegetationskomplexen. Abfluss- und Erosionsforschung - Entwicklung von Methoden und Maßnahmen für Abflussvorbeugung und Erosionsschutz Um Anhaltspunkte über die Abfluss- und Erosionsdisposition verschiedener Boden-/Vegetationseinheiten in Wildbacheinzugsgebieten zu erhalten, werden ausgewählte Versuchsflächen mit Hilfe einer transportablen Großregenanlage beregnet. Ziel der Beregnungsexperimente ist es erosive Starkniederschläge zu simulieren und den entstehenden Bodenabtrag in zeitlicher Abhängigkeit der Beregnungsdauer zu messen. Zusätzlich erfolgen Freilandansprache und Laboranalysen der wichtigsten bodenphysikalischen Parameter sowie die vegetationskundliche Ansprache der Versuchsflächen, um Aufschlüsse über das Infiltrations- und Erosionspotential der Böden zu erhalten. Die experimentelle Ermittlung der Abtragsfracht gebietsrepräsentativer Standorte soll die Kalibrierung von flächenhaften Modellrechnungen der Erosions- und Sedimentationsraten ermöglichen. Untersuchungen in Meran2000 (MARKART und KOHL 2000) und im Einzugsgebiet der Großsölk (STMK; KOHL et al. 2002) belegen eine Zunahme der Abtragsbereitschaft der verschiedenen Versuchsflächen in folgender Reihenfolge: vegetationsbedeckt, weidefrei < vegetationsbedeckt, beweidet << vegetationslos Hydrologie alpiner Einzugsgebiete, Entwicklung von Modellansätzen - Abflussbeiwertkarten
Die Resultate punktueller Messungen und Beobachtungen (Beregnungen, bodenphysikalische Kennwerte, Vegetationsaufnahmen...) und Daten mit Flächeninformation (Orthophotos, Bodenkarten, Vegetationskarten...) werden mit Unterstützung einer Beregnungsdatenbank zusammengeführt. Diese umfasst mittlerweile die Messwerte von über 700 Beregnungen und Ergebnisse der entsprechenden Begleituntersuchungen aus dem Ostalpenraum. Basierend auf den angeführten Informationen wird dann eine Abflussbeiwertkarte erstellt. Bereits im Jahr 1974 veröffentlichte ZELLER erstmals sein hydrologisches Modell zur Abschätzung von Spitzenabflüssen in Wildbacheinzugsgebieten A. Aufgrund der Notwendigkeit mehrfacher Iterationen sowie der wenig befriedigenden Datenlage hinsichtlich Abflussbeiwerten und Starkniederschlag wurde dieses Modell jedoch in Österreich nur spärlich oder unter stark vereinfachten Modellvorstellungen verwendet. Mit Hilfe eines am Institut erstellten EXCEL - Programms war es möglich, auf Basis des erweiterten Kenntnisstandes hinsichtlich Niederschlag und Abflussbeiwerten, Erfahrungen mit dem Modell und seinen Elementen in der ursprünglich vorgeschlagenen Form zu sammeln und es hinsichtlich des erweiterten Kenntnisstandes zu adaptieren (STEPANEK et al. 2002). Angewandte BodenphysikMethodenentwicklung und Routineanalytik 
Im bodenphysikalischen Labor in Innsbruck werden folgende bodenphysikalische Analysen durchgeführt und angeboten:
Bodenkartierung - alpine Bodenkunde Im Zuge der Erstellung von Abflussbeiwertkarten werden auch die wichtigsten bodenkundlichen Merkmale des bearbeiteten Einzugsgebietes flächig in Bodenkarten erfasst. Wie die Untersuchungen von KOHL (1993) im Einzugsgebiet des Löhnersbaches und die Auswertungen der Beregnungsdatenbank zeigen, hängt die Infiltrationsleistung bei alpinen Böden primär von der Vegetation, der Art und Intensität der Bewirtschaftung bzw. Nutzung, sowie den bodenphysikalischen Eigenschaften (Makroporenanteil, Skelett...) ab. Der Bodentyp ist (mit Ausnahme der hydromorphen Böden) von untergeordneter Bedeutung. Vegetationskartierung, Vegetation als Abflussindikator? Abflussprognose 
Änderung der räumlichen Ausdehnung verschiedener Vegetationseinheiten (links die Kartierung aus dem Jahr 1953 nach SCHIECHTL, rechts aus dem Jahr 1996 nach SCHIFFER und BURGSTALLER Die Indikatorfunktion der Vegetation (Zeigerwerte) wird genutzt um Prädispositionen für die Abflussbildung abzuleiten (KOHL 2000). Bestehende Zeigerwerte (Feuchtezahl, Dispersitätszahl, Humuszahl, Lebensform, soziologisches Verhalten,...) werden hierfür zu einer entsprechenden "Abfluss-Zeigerzahlen" zusammengeführt. Durch GIS - basierte Bearbeitung von Vegetationskarten sollen Abflusspotentialkarten erstellt werden können und Entwicklungsszenarien ableitbar sein. Das Verfahren stellt Verknüpfungen und Synergien zu mehreren anderen am Institut für Lawinen- und Wildbachforschung des BFW laufenden Forschungsprojekten her. Ein weiterer Zielpunkt des Projektes umfasst die Fragestellung nach dem Einfluss der Biomasse auf das Abflussgeschehen. In diesem Themenkomplex werden Niederschlagsexperimente herangezogen um Rückschlüsse über Infiltrationshemmnis und Rauhigkeit der Vegetation abzuleiten. Rückschlüsse, welche für die Niederschlags-Abflussmodellierung sowohl quantitativ (Abflussbeiwert) als auch qualitativ (Konzentrationszeit) von Bedeutung sind. Wasserhaushalt, Klimatologie und Biometrie in Hochlagenaufforstungenbzw. alpinen Waldbeständen.
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Untersuchungen von MARKART (2000) zur Quantifizierung des Wasserumsatzes der Hochlagenaufforstung bei Haggen im Tiroler Sellraintal stellen eine Basis für die Abschätzung der hydrologischen Wirksamkeit zukünftiger Aufforstungsprojekte dar. Jede der untersuchten Flächen zeigt bei gegebenen meteorologischen Bedingungen einen typischen Gang der Bodenfeuchte, der sich einerseits durch die unterschiedliche Bestockung - Aufforstungen mit Zi bzw. Lä, Freifläche mit Calluna vulgaris - oder andererseits durch das Alter der Aufforstung und die Bestandesdichte erklären lässt: Von sehr dichten Zirbenaufforstungen mit hoher Nadeloberfläche (19 bis 23 m²/m²) können bei extremen Starkregen maximal um 4 mm, bei landregenartigen Niederschlägen maximal bis zu 6 mm im Kronenraum festgehalten werden. Beregnungsdatenbank: Abfluss- und Abtragsprognose basierend auf statistischen Verrechnungen und Interpretation von Daten aus der Datenbank. Weltweit wurde bisher eine Vielzahl von Untersuchungen zum Thema Abflussbildung durchgeführt, wie die Monographie von MENDEL (2000) zeigt. Dennoch steigt die Nachfrage aus der Praxis nach konkreten Abflussbeiwerten im Rahmen spezifischer Projekte, sowie nach objektiven Kriterien der Abschätzung von Abflussbeiwerten im generellen. Durch die Zusammenführung einer Vielzahl bei Starkregensimulationen in Wildbacheinzugsgebieten erzielter Informationen in einer einheitlichen Datengrundlage (MARKART et al. 2001), wurde die Entwicklung neuer Instrumente, z.B. die Erstellung einer Geländeanleitung zur Abschätzung des Oberflächenabflusses bei konvektiven Starkregen (MARKART et al. 2002) möglich. |
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