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Nachdem in der letzten Übung ein Höhenmodell erstellt wurde, geht es heute um die Analyse dieses Gebietes hinsichtlich Hangneigung, Hanglänge und Einzugsgebietsgröße. Diese Faktoren bilden die Grundlage für die Berechnung des Bodenabtrags.

Die Bodenabtragsformel setzt sich aus folgenden Parametern zusammen:

    A = R * K * L * S * C * P

wobei

    A = Langfristiger, mittlerer Bodenabtrag

    R = Niederschlagsfaktor

    K = Substratfaktor

    L = Hanglängenfaktor

    S = Hangneigungsfaktor

    C = Bedeckungs- und Bewirtschaftungsfaktor

    P = Bodenschutzmaßnahmen

sind.

Der LS-Faktor setzt sich aus der Multiplikation des Fließlängenfaktors mit dem Hangneigungsfaktor zusammen und kann mit der RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) - Berechnung ermittelt werden:

    L = (l / 22,130) 0,4

    S = (sin alpha / 0,0896) 1,3

    LS = (l / 22,13) 0,4 * (sin alpha/ 0,0896) 1,3

wobei l für die Fließlänge steht und alpha für die Neigungswinkel in slope.

Verlauf der Übung:

Berechnung der Einzugsgebiete (watershed basins) sowie der L und S Faktoren mit r.watershed

Modellgrenzen wie bei der Ermittlung des Deponiestandortes einstellen (Standardwerte).
Es soll mit einer Auflösung von 30 Metern gerechnet werden. Bitte verwenden Sie das Originalhöhenmodell aus dem Mapset PERMANENT.

Zunächst sollen verschiedene Einzugsgebiete mit einem Schwellenwert (threshold) von 10000 Zellen ermittelt werden. Das heißt, dass jedes Einzugsgebiet mindestens eine Größe von 10000 Zellen haben sollte. Für die Berechnung benötigt das Programm r.watershed eine Weile (mit & im Hintergrund laufen lassen).

    r.watershed

Schauen Sie sich die erzeugten Rasterdateien an (wbasin, lslope).

Berechnung der Erosionsgefährdung

Nochmals die Bodenabtragsformel:

    A = R * K * LS * C * P

Den Hanglängenfaktor (LS) haben Sie mit r.watershed berechnet, jetzt geht es darum, die noch fehlenden Parameter zu ermitteln.

Für unsere Beispiele soll es bisher keine Bodenschutzmaßnahmen geben (P = 1). Der K-Faktor (Substratfaktor) ist bereits im spearfish Datensatz enthalten (Karte: soils.Kfactor). Der Niederschlagsfaktor R und der Einfluß der Bedeckung C müssen noch ermittelt werden.

Berechnung des R-Faktors

Um den R-Faktor berechnen zu können, braucht man Niederschlagsdaten, die hier in Form einer Ascii-Datei zur Verfügung stehen. Zuerst die Daten laden und mit 'Datei - Speichern unter' in ihrem Kursverzeichnis speichern.

Mit dem Befehl r.in.xyz werden die Niederschlagsdaten in eine Rasterdatei umgewandelt.

Interpolieren der Jahresniederschlagssumme

Die Datenpunkte sind unregelmäßig im Gebiet verteilt. Um sie in der Berechnung zu berücksichtigen muss zunächst wieder interpoliert werden:

    r.surf.idw

Berechnung des R-Faktors aus der Regressionsgleichung

Aus dem langjährigen Jahresniederschlagsmittel des Untersuchungsgebietes wird mit r.mapcalc der R-Faktor berechnet. Benutzen Sie dazu folgende Regressionsgleichung:

    r.mapcalc R='-7.31 + 0.1039 * interpolierter_niederschlag'

Einbeziehung des C-Faktors (Bedeckungs- und Bewirtschaftungsfaktor)

Sehen Sie sich die Karte vegcover und deren Legende genau an.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den C-Faktor entsprechend eigener Wertung einzubeziehen. Hier ist nur ein Weg beschrieben, der exemplarisch zeigt, wie man Labelwerte statt Kategorien für die Kalkulation verwenden kann. Dazu sollen zunächst die Label durch Zahlen entsprechend eigener Gewichtung ersetzt werden:

  • Mit r.reclass die Label von vegcover editieren. Die Kategoriewerte bleiben unverändert.
    Es sollen folgende Label eingesetzt werden:

    • Kategorie Label
    1 0.81
    2 0.10
    3 0.01
    4 0.01
    5 0.01
    6 0.00

    Berechnung des langjährigen mittleren Bodenabtrages

    Durch das Voranstellen des Klammeraffen (@Kartenname) werden von r.mapcalc die Labelwerte (und nicht wie sonst die Kategoriewerte) zur Berechnung benutzt.

      r.mapcalc A='R * soils.Kfactor * lslope * @C'

    Ergebnis ansehen mit:

      d.rast A

    Aufgabe 1:
    Wie wirkt sich die Bodennutzung auf die Berechnung des Bodenabtrages aus? Erzeugen Sie verschiedene Karten, bei denen jeweils eine unterschiedliche Landnutzung angenommen wird (Karten A2, A3, A4, ...).

    Zum Beispiel: Der gesamte Waldbestand wird durch landwirtschaftlich genutzte Flächen ausgetauscht. Was erwarten Sie? Wie gehen Sie vor? Protokollieren Sie ihr Vorgehen (und die erzeugten Karten) in einer Textdatei.

    Aufgabe 2:
    Vergleichen Sie mindestens 3 der erstellten Ergebniskarten.
    Beachten Sie dabei die unterschiedlichen Wertebereiche (gleiche Farben entsprechen nicht unbedingt den gleichen Werten). Wie könnten Sie dies ändern?.

    Aufgabe 3:
    Erhöhen Sie die Niederschläge. Was erwarten Sie? Vergleichen Sie die Ergebnisse mit ihren Erwartungen und beschreiben Sie ihr Vorgehen in einer Textdatei.

    Aufgabe 4:
    Fassen Sie die Arbeitsschritte in einem Skript zusammen. Durch Anpassen des Skriptes sollen verschiedene Szenarien für geänderte Flächennutzung berechnet werden können. Das Skript soll in der nächsten Woche weiter verwendet werden.

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