Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz

Vermutlich hat zuerst REINHART (1964) darauf aufmerksam gemacht, dass der
Oberflächenabfluss auf Waldwegen, die für Einschlagarbeiten angelegt werden, aus
dem Niederschlag auf die Wege selbst und aus dem durch die Wege abgefangenen
subsurface flow besteht. Zuvor hatte bereits HURSH (1944) den Begriffe saturated
aquifer benutzt, und HEWLETT (1961) hatte eine variable area contributing to
stormflow beobachtet. Verdienste an der Entwicklung des
Sättigungsflächenkonzeptes kommen insbesondere HEWLETT & HIBBERT (1967)
sowie DUNNE & BLACK (1970) zu.
MEGAHAN (1972) führte den Begriff subsurface flow interception für das Freisetzen
von Zwischenabfluss nach Hanganschnitt (cutslope, road cut) ein. Als Folge der
Öffnung bodeninnerer Fließbahnen bildet sich an der Böschung eine
Sättigungsfläche (Abflussbildung), von der das exfiltrierte Bodenwasser als
Oberflächenabfluss über das Wege- und Grabensystem rasch in den Vorfluter
gelangt (Abflusskonzentration).
Sättigungsflächen dominieren in hängigem Gelände den Prozess der Abflussbildung
(STEIDL & HAAS 1994, JORDAN 1994, SAMBALE & PESCHKE 2001, ROBSON et
al. 1992), und sie werden auch an natürlich eingeschnittenen Vorflutern sowie auf
Auen und gewässerbegleitenden Hängen beobachtet (BOWLING & LETTENMAIER
2001, UCHIDA et al. 2001 bzw. NAEF et al. 1994). In einem von KIRNBAUER &
HAAS (1998) untersuchten alpinen Einzugsgebiet liegt ihr Flächenanteil konstant bei
8 %. Weit häufiger schwankt ihr Anteil während des Ereignisses, und die
Sättigungsflächen verteilen sich ereignisabhängig auf das gesamte Einzugsgebiet
(ROBINSON 1993b). DUNNE et al. (1975) und BEVEN & WOOD (1983) ermittelten
Werte, die bei Sommerhochwasser 5 % (Talaue) erreichten und im Fall extremer
Ereignisse über 35 %, 50 %, 65 % oder kurzfristig bis 100 % anstiegen. Die
Sättigungsflächen konzentrierten sich bei GÜNTNER et al. (1999b) auf Bachnähe,
das steile Gelände und auf die Hochflächen – auf insgesamt 6,8 % des Brugga-
Einzugsgebietes (s. o.) – und bei WALDENMEYER & CASPER (2001) auf das
Kopfgebiet und die flachen Höhenlagen nahe der Wasserscheide. TANI & ABE
(1987) beobachteten Sättigungsflächen, die sich im Verlauf des Hochwassers von
der Talaue hangaufwärts bis gegen die Wasserscheide erstreckten, ebenso
HEWLETT & NUTTER (1970), bei denen die Sättigungsflächen einschließlich Gullys
(Rinne, Runse, Tobel, Klinge) während des Scheitels etwa 20 % des
Einzugsgebietes einnahmen.
Das Sättigungsflächenkonzept hat sich als besonders fruchtbar erwiesen. Untersucht
werden in kleinen bewaldeten Einzugsgebieten z. B. der Anteil des subsurface flow
am Wellenscheitel (LISCHEID 2001, SCANLON et al. 2001), das Alter des Wassers
(SKLASH et al. 1986, JORDAN 1994, MARC et al. 2001, LADOUCHE et al. 2001,
McGLYNN & McDONNEL 2003), die Herkunft des Wassers (ROBSON et al. 1992,
BARI et al. 1996, LUCE 2002, UHLENBROOK et al. 2002) und die Wirkung der
Wegedolen bei der Ableitung des subsurface flow von Böschungs-Sättigungsflächen
(WEMPLE et al. 1996, BOWLING & LETTENMAIER 2001, WEMPLE & JONES
2003).
Der Sättigungsflächenabfluss erreichte am Beispiel der Untersuchungen von
BOWLING & LETTENMAIER (1997,2001) 82 % bis 95 % des Hochwasserscheitels,
falls das Wegwasser über Dolen und Gullys abgeleitet wird. Die Abflusskonzentration
der Wege kann diejenige der Bäche übertreffen (VALEK 1959). TISCHENDORF
(1971) hat beobachtet, dass sich das Gewässernetz eines von ihm untersuchten
bewaldeten Einzugsgebietes (24 ha, Appalachen/USA) bei Hochwasser von
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