Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz
Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz Hydrologie - dezentraler Hochwasserschutz
Abbildung 12: Materialaustrag aus einem bewaldeten Einzugsgebiet nach Forststraßenbau und Geländearbeiten (HEWLETT 1982b) WEMPLE et al. (2001) haben in einem bewaldeten Einzugsgebiet in Oregon/USA (119 km 2 , 230 km Wege) die durch Wegeabfluss verursachte Erosion beobachtet. Ein Hochwasser im Februar 1996 hat im oberen Teil des Gebietes (75 km 2 ) 5.450 m 3 und im mittleren Teil (132 km 2 ) 14.655 m 3 Material abgetragen – also 73 m 3 /km 2 bzw. 111 m 3 /km 2 –, 1/3 davon wurde im Tal wieder aufgelandet, der Rest ausgetragen. Zum Vergleich seien die in einem überwiegend landwirtschaftlich genutzten nordhessischen Einzugsgebiet (3,5 km 2 , 3,9 km/km 2 Wegedichte, 0,33 km 2 Siedlung) im Anschluss an einen Starkregen von ca. 75 mm gemessenen Werte genannt: 1.800 m 3 /km 2 Abtrag, 1.430 m 3 /km 2 Auflandung und 370 m 3 /km 2 Austrag (BRUNOTTE 1992). Von heftigen Erosionserscheinungen nach Forststraßenbau wird aus zwei weiteren Einzugsgebieten in Oregon berichtet. Nach Straßenbau als Vorbereitung für späteren Kahlschlag führten zwei Starkregen zur Hangrutschung unterhalb einer Dole, zur Ausspülung fast der gesamten Gerinnestrecke und zur Zerstörung des Pegels durch Tonnen von Schutt (ROTHACHER 1970). REID & DUNNE (1984) schätzten den Abtrag bei einem Starkregen von 100 mm je km intensiv befahrenem Schotterwege auf 5,5 t. Der Abtrag als Folge von Forststraßenbau und Einschlag (65 %) in dem nordkalifornischen Einzugsgebiet Casper Creek, South Fork (4,24 km 2 ) wurde von RICE et al. (1979) gemessen; der Straßenbau nach einer fünfjährigen, nahezu abtragsfreien Eichperiode verursachte jährliche Abträge zwischen 25 m 3 /km 2 und 150 m 3 /km 2 , nach dem zwei Jahre später vorgenommenen Einschlag stieg der Abtrag zunächst auf ca. 500 m 3 /km 2 und im Folgejahr auf ein Maximum von ca. 600 m 3 /km 2 . HAYDON et al. (1991) beobachteten auf unbefestigten Straßen (etwa 10 % Gefälle) in Neuseeland einen jährlichen Abtrag in Höhe von 45 bis 60 t je ha Straßenfläche; sie zitieren aus dem Schrifttum Abtragswerte von 0,1 bis 625 t je km und Jahr, was auf die unterschiedlichen Einflussgrößen wie Straßengefälle, Hangneigung, Art der Wasserableitung, Intensität der Befahrung und Art des Belages hinweist. Die erosive Wirkung des von Forststraßen ausgelösten Oberflächenabflusses illustriert auch eine Studie von MEGAHAN (1987), in der 24 Experimente aus dem 26
westlichen Nordamerika mit Messwerten des Oberflächenabtrags, der Tiefenerosion und der Materialablagerung zitiert sind. Physikalisch begründete Simulationsmodelle des Erosionsprozesses befinden sich gegenwärtig noch in der Entwicklungsphase. Als analytischer Ansatz dient stets die Kontinuitätsgleichung, wonach die Änderung des Feststoffmassenstromes entlang des Fließweges die Summe von Abtragsrate und Depositionsrate ist (FOSTER 1982, GERITS et al. 1990, SCHMIDT 1998). Material-, Gelände- und Ereigniseigenschaften führen zu fallspezifischen Lösungen dieser Differenzialgleichung. Allerdings wird damit der reale Erosionsprozess nur vereinfacht wiedergegeben. Als Beispiel sei das in den USA entwickelte räumlich hochaufgelöste Modell WEPP genannt. Damit konnten AMORE et al. (2004) den Materialaustrag aus drei sizilianischen Einzugsgebieten (115, 185 und 570 km 2 ) simulieren, Messwerte des in unterliegenden Speichern abgelagerten Materials dienten zur Parametereichung. Das Modell besitzt zwar eine Wald-Routine, der Abtrag von Forststraßen und Hiebflächen kann aber wie auch in allen übrigen Erosionsmodellen nicht differenziert abgeschätzt werden. Dagegen Konnten LUCE & BLACK (1999) mit einem einfachen empirischen Ansatz den Abtrag entlang einer Forststraße abschätzen; in dem von ihnen benutzten Ausdruck k * L * S 2 bedeuten S das Gefälle und L die Länge eines von Dolen begrenzten Forststraßensegmentes, der Faktor k steht für die Textur des Bodens bzw. des Schotterbelags der Straße. Der mittlere Abtrag je Ereignis lag für hohes Gefälle (11 % bis 13 %) bei ca. 18 kg je m Straßensegment, in guter Übereinstimmung mit der Modellrechnung. Das wohl bekannteste empirische Erosionsmodell ist die sog. Allgemeine Bodenabtragsgleichung ABAG, auch Universal Soil Loss Equation (USLE). Sie wurde in den USA ursprünglich für die Schätzung des mittleren Bodenabtrags offener Landwirtschaftsflächen entwickelt, ausgeschlossen ist daher der Prozess der Materialablagerung. 4. Empfehlungen zum Hochwasser- und Erosionsschutz im Wald Angesichts der vielfach beobachteten Intensität des Hochwasserablaufs – auch in den Einzugsgebieten des Rammert – stellt sich die Frage nach Minderungsmaßnahmen. Einige Methoden und Projekte des dezentralen Hochwasserschutzes haben FISCHER et al. (1998) vorgestellt. Im Schrifttum findet man zahlreiche Handlungsempfehlungen: - Die Richtlinien des DVWK (1999a) für den ländlichen Wegebau empfehlen die Ableitung von Weg-Oberflächenwasser zur Versickerung ins Gelände sowie in Mulden und Becken (Abbildung 13). An anderer Stelle wird den Wegen auf die Abflussbildung bei konvektiven Starkniederschlägen keine bzw. eine vernachlässigbare, höchstens eine mittlere Auswirkung beigemessen, auf die Abflusskonzentration eine mittlere bis starke Auswirkung (DVWK 1999b). - Im Mittelpunkt des Leitfadens für eine schonende Bewirtschaftung sensibler Niederschlagsflächen und Bachauen in der Waldwirtschaft steht die Ableitung des Wegwassers zur Versickerung im Waldkörper oder in Flutmulden (SCHÜLER 2000, Abbildung 14). Das Hochwassermanagement sollte sich – unabhängig von der Versickerungs- und Speicherleistung des Bodens – auf alle Maßnahmen zur Ausschöpfung einer maximal möglichen Retention konzentrieren: Infiltration von Wasser aus Linienstrukturen im Wald, Rückbau vorhandener Drainagesysteme und Schließung von Entwässerungsgräben (SCHÜLER et al. 2002). 27
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Abbildung 12: Materialaustrag aus einem bewaldeten Einzugsgebiet<br />
nach Forststraßenbau und Geländearbeiten (HEWLETT 1982b)<br />
WEMPLE et al. (2001) haben in einem bewaldeten Einzugsgebiet in Oregon/USA<br />
(119 km 2 , 230 km Wege) die durch Wegeabfluss verursachte Erosion beobachtet.<br />
Ein Hochwasser im Februar 1996 hat im oberen Teil des Gebietes (75 km 2 ) 5.450 m 3<br />
und im mittleren Teil (132 km 2 ) 14.655 m 3 Material abgetragen – also 73 m 3 /km 2 bzw.<br />
111 m 3 /km 2 –, 1/3 davon wurde im Tal wieder aufgelandet, der Rest ausgetragen.<br />
Zum Vergleich seien die in einem überwiegend landwirtschaftlich genutzten<br />
nordhessischen Einzugsgebiet (3,5 km 2 , 3,9 km/km 2 Wegedichte, 0,33 km 2 Siedlung)<br />
im Anschluss an einen Starkregen von ca. 75 mm gemessenen Werte genannt:<br />
1.800 m 3 /km 2 Abtrag, 1.430 m 3 /km 2 Auflandung und 370 m 3 /km 2 Austrag<br />
(BRUNOTTE 1992).<br />
Von heftigen Erosionserscheinungen nach Forststraßenbau wird aus zwei weiteren<br />
Einzugsgebieten in Oregon berichtet. Nach Straßenbau als Vorbereitung für späteren<br />
Kahlschlag führten zwei Starkregen zur Hangrutschung unterhalb einer Dole, zur<br />
Ausspülung fast der gesamten Gerinnestrecke und zur Zerstörung des Pegels durch<br />
Tonnen von Schutt (ROTHACHER 1970).<br />
REID & DUNNE (1984) schätzten den Abtrag bei einem Starkregen von 100 mm je<br />
km intensiv befahrenem Schotterwege auf 5,5 t.<br />
Der Abtrag als Folge von Forststraßenbau und Einschlag (65 %) in dem<br />
nordkalifornischen Einzugsgebiet Casper Creek, South Fork (4,24 km 2 ) wurde von<br />
RICE et al. (1979) gemessen; der Straßenbau nach einer fünfjährigen, nahezu<br />
abtragsfreien Eichperiode verursachte jährliche Abträge zwischen 25 m 3 /km 2 und 150<br />
m 3 /km 2 , nach dem zwei Jahre später vorgenommenen Einschlag stieg der Abtrag<br />
zunächst auf ca. 500 m 3 /km 2 und im Folgejahr auf ein Maximum von ca. 600 m 3 /km 2 .<br />
HAYDON et al. (1991) beobachteten auf unbefestigten Straßen (etwa 10 % Gefälle)<br />
in Neuseeland einen jährlichen Abtrag in Höhe von 45 bis 60 t je ha Straßenfläche;<br />
sie zitieren aus dem Schrifttum Abtragswerte von 0,1 bis 625 t je km und Jahr, was<br />
auf die unterschiedlichen Einflussgrößen wie Straßengefälle, Hangneigung, Art der<br />
Wasserableitung, Intensität der Befahrung und Art des Belages hinweist.<br />
Die erosive Wirkung des von Forststraßen ausgelösten Oberflächenabflusses<br />
illustriert auch eine Studie von MEGAHAN (1987), in der 24 Experimente aus dem<br />
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