Im Projekt wurde eine Methodik entwickelt, um mit dem Modell EROSION 3D sachsenweit für erosionsauslösende Starkniederschlagsszenarien den partikelgebundene Phosphoreintrag in Oberflächenwasserkörper abzuschätzen. Mit dieser Abschätzung und der Identifikation wassererosionsgefährdeter Ackerflächen bzw. Feststoffeintragspfade in Gewässer lassen sich zur erfolgreichen Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie zielgerichtete Maßnahmen zum Erosionsschutz ableiten. Die Modellierungen mit EROSION 3D zeigen, dass eine konsequente Umstellung auf konservierende Bodenbearbeitung die P-Austräge in Sachsen signifikant um 80-90 % senken würde. Die Projektergebnisse liefern wichtige Grundlagen zur P-Anreicherung im Feinbodenanteil von Ackerböden und geben einen Einblick in das Prozessverständnis der partikelgebundenen P-Austragsdynamik.

Bisherige Auswertungen der Erosionsgefährdung stützen sich auf das landesweit verfügbare Digitale Geländemodell (DGM) mit einer Rasterweite von 20 m (DGM20). Das neu erstellte DGM2 bietet durch seine Rasterweite von 2 m erstmalig eine sehr hohe räumliche Auflösung. In Testgebieten wurden die Auswirkungen der neuen Datengrundlage DGM2 (Laserscanbefliegung) auf die Erosionsgefährdungsbewertung analysiert. Verschiedene DGM-Aufbereitungsverfahren sowie DGM-Rasterweiten wurden im Hinblick auf die Erosionsmodelle Erosion-3D und ABAG (Allgemeine Bodenabtragsgleichung) getestet. ABAG und Erosion-3D reagierten zum Teil unterschiedlich empfindlich auf die verschiedenen DGM-Varianten.

Für das Modell Erosion 3D wird derzeit an der TU Bergakademie Freiberg ein Wintermodul entwickelt. Mit diesem soll es möglich werden, den aus der Schneeschmelze resultierenden Oberflächenabfluß und dessen Sedimentgehalt zu modellieren. Ziel dieser Studienarbeit ist es, zum einen die Schneedecke im „Schäfertal“ zu charakterisieren und zum anderen das Modell Erosion 3D/Winter Version zu überprüfen. Das Ergebnis der Auswertung von gemessener Lufttemperatur, Schneehöhe und dazugehörigem Wasseräquivalent hat ergeben, das selbst in Kleineinzugsgebieten wie dem Schäfertal die Schneedecke eine sehr große Heterogenität aufweißt. Diese Heterogenität nimmt mit zunehmendem Alter der Schneedecke zu. Bei der Ausführung des Modells Erosion 3D/Winter Version muß zu Beginn der Modellierung ein Schneeschmelzfaktor eingegeben werden. Eine empirische Bestimmung ergab, daß ein Schneeschmelzfaktor mit dem Wert 1 für das „Schäfertal“ die besten Simulationsergebnisse liefert. Weiterhin muß festgelegt werden, ob die Böden im Untersuchungsgebiet zum Zeitpunkt der Modellierung gefroren oder nicht gefroren sind. Diese Entscheidung ist problematisch: Einerseits wird selten die Bodentemperatur gemessen, die nicht zwangsläufig mit der Lufttemperatur korreliert. Anderseits befindet sich im Untersuchungsgebiet nur ein Lufttemperaturmesspunkt. Somit ist es schwierig eine exakte Verteilung des Parameters zu erhalten, insbesondere da es eine starke Gliederung in Nord- und Südhanglagen gibt. In Anlehnung an die große Heterogenität der Schneedecke kann davon ausgegangen werden, daß es falsch ist anzunehmen, daß im gesamten Untersuchungsgebiet über den Modellierzeitraum gleiche Bedingungen vorliegen (gefrorene bzw. nicht gefrorene Böden). Somit wird der große Einfluß des Bodenfrostes nicht optimal in dieser Modellversion beachtet. Für die Überprüfung des Modells Erosion 3D/Winter Version wurde zunächst eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um das Verhalten der Modellergebnisse gegenüber der Lagerungsdichte, dem Erosionswiderstand und der Rauhigkeit herauszufinden. Diese Sensitivitätsanalyse ergab, daß bei den Parametern Erosionswiderstand und Rauhigkeit die Annahme „Bodenfrost“ keinen Einfluß auf das Ergebnis der Modellierung hat. Einen großen Einfluß hat die Annahme „Bodenfrost“ allerdings bei Betrachtung der Lagerungsdichte die im Programm Erosion 3D/Winter Version ein zentraler Parametern ist. Gefrorene Böden überspringen das Infiltrationsmodul, somit ist deren Sensitivität wegen fehlender Infiltration Null. Ohne Bodenfrost ist der Parameter durch seine hohe Sensitivität wie schon im E3D sehr bedeutend. Die Ablation der Schneedecke wird von Erosion 3D/Winter Version sehr gut berechnet, doch bei der Akkumulation von Schnee treten bei der verwendeten Version Fehler auf, denn das simulierte Wasseräquivalent ist um einiges höher als das gemessene. Aus diesem Grund war es nicht möglich das Programm für das Schäfertal zu validieren.:Abbildungsverzeichnis iii Tabellenverzeichnis iv 1 Einleitung und Zielsetzung 1 2 Charakterisierung des Untersuchungsgebietes „Schäfertal“ 4 2.1 Lage und Charakterisierung 4 2.2 Pedologie 6 2.3 Klima 7 2.4 Landnutzung 8 3 Charakterisierung von Schneeperioden im Untersuchungsgebiet im Hinblick auf ihre zeitliche und räumliche Dynamik 11 3.1 Datengrundlage 11 3.2 Zeitliche Dynamik der Schneeschmelze 13 3.2.1 Ergebnisdarstellung und Interpretation 13 3.3 Räumliche Dynamik 15 3.3.1 Ergebnisdarstellung 15 3.3.2 Interpretation 21 4 Model Erosion 3D mit Wintermodul 24 4.1 Das Modell Erosion 3D 24 4.2 Erweiterung des Modells Erosion 3D durch das Wintermodul 25 4.3 Parametersetzung für die räumlichen Daten 27 4.4 Aufbereitung der zeitlichen Daten 32 5 Überprüfung der Funktion des Modells Erosion 3D/Winter Version 34 5.1 Methodische Vorgehensweise 34 5.2 Überprüfung des Schneeschmelzfaktors mit gemessenen Werten 34 5.2.1 Ergebnisdarstellung und Interpretation 34 5.3 Überprüfung der Sensitivität ausgewählter Bodenparameter 35 5.3.1 Methodische Vorgehensweise 36 5.3.2 Ergebnisdarstellung und Interpretation 36 5.3.3 Vergleich der Sensitivitätsparameter 38 5.4 Optimierung der Februarbodenparameterdatei für das „Schäfertal“ 40 5.4.1 Datenaufnahme für den Sedimentaustrag 40 5.4.2 Vergleich gemessener Daten mit simulierten Daten 41 5.4.3 Änderung der Februarbodenparameterdatei 43 5.5 Modellierung der dritten Schneeperiode 43 6 Zusammenfassung 46 Literaturverzeichnis 48 Anhang 50