Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2008. / Literaturverz. S. 178 - 186.

In ackerbaulich genutzten, reliefbedingten Abflussbahnen wie z. B. Hangrinnen und Tiefenlinien kann bei Starkregen der Oberflächenabfluss zu hohen Erosionsschäden führen. In fünf verschiedenen Regionen Sachsens wurden anhand von Fallstudien mit den betroffenen Landwirtschaftsbetrieben Maßnahmen für einen standortgerechten Erosionsschutz konzipiert und umgesetzt. Dazu gehören die dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung/Direktsaat, die Schlagunterteilung quer zum Hang und der streifenartige kleinräumige Wechsel von erosionsanfälligen und -unanfälligen Kulturen. Auch der Anbau dauerhafter Strukturen wie Hecken, Feldgehölze, Hochraine und dauerbegrünte Wiesenschutzstreifen quer zur Hangrichtung oder die Begrünung der Abflussbahn als Grünland oder mit Gehölzen sind wirksame Erosionsschutzmaßnahmen. Für die Fallbeispiele wurden praktische Lösungen entwickelt. Die Maßnahmekonzeptionen zu den Fallstudien bestehen aus Karten (Maßstab ca. 1:3.000) und detaillierten Beschreibungen der Einzelmaßnahmen mit Kostenschätzung, Fördermöglichkeiten und Umsetzungsstrategien.

Im Freistaat Sachsen tritt jährlich mehr oder weniger ausgeprägt nach lokalen Starkregenereignissen Bodenerosion auf. In der Öffentlichkeit werden die Erosionsschäden meist erst beachtet, wenn über den Ackerboden hinaus Siedlungs- und Verkehrsbereiche betroffen sind. Bodenerosion kann eine schädliche Bodenveränderung begründen, die nach § 4 Bundesbodenschutzgesetz abzuwehren oder zu sanieren ist. Für die Frage, ob eine schädliche Bodenveränderung vorliegt, enthält die Arbeitshilfe Hinweise.

Die Broschüre gibt Hinweise, wie insbesondere bei Baumaßnahmen schädliche Bodenverdichtungen vermieden bzw. minimiert werden können. Es wird erläutert, was eine schädliche Bodenverdichtung ist, wie diese zu erkennen ist und wie sie behoben werden kann. Checklisten und Karten zur Verdichtungsempfindlichkeit der Böden unterstützen Genehmigungsbehörden und Bauunternehmer bei der Beachtung des Bodenschutzes.

In ackerbaulich genutzten, reliefbedingten Abflussbahnen wie z. B. Hangrinnen und Tiefenlinien kann bei Starkregen der Oberflächenabfluss zu hohen Erosionsschäden führen. In fünf verschiedenen Regionen Sachsens wurden anhand von Fallstudien mit den betroffenen Landwirtschaftsbetrieben Maßnahmen für einen standortgerechten Erosionsschutz konzipiert und umgesetzt. Dazu gehören die dauerhaft konservierende Bodenbearbeitung/Direktsaat, die Schlagunterteilung quer zum Hang und der streifenartige kleinräumige Wechsel von erosionsanfälligen und -unanfälligen Kulturen. Auch der Anbau dauerhafter Strukturen wie Hecken, Feldgehölze, Hochraine und dauerbegrünte Wiesenschutzstreifen quer zur Hangrichtung oder die Begrünung der Abflussbahn als Grünland oder mit Gehölzen sind wirksame Erosionsschutzmaßnahmen. Für die Fallbeispiele wurden praktische Lösungen entwickelt. Die Maßnahmekonzeptionen zu den Fallstudien bestehen aus Karten (Maßstab ca. 1:3.000) und detaillierten Beschreibungen der Einzelmaßnahmen mit Kostenschätzung, Fördermöglichkeiten und Umsetzungsstrategien.

Die Begrünung von erosionsgefährdeten Abflussbahnen ist eine wichtige Maßnahme des Boden- und Gewässerschutzes, die kombiniert werden kann mit Maßnahmen des Naturschutzes. Die Broschüre gibt Auskunft über die Lage und Verbreitung der erosionsgefährdeten Abflussbahnen. Zur Größe und Pflege der Begrünungsfläche werden ebenso Hinweise gegeben wie zu erosionsmindernden Maßnahmen auf den angrenzenden Ackerflächen.

Triebwerkskomponenten in Luft- und Raumfahrtfahrzeugen unterliegen im Einsatz erosivem Verschleiß. Feine Stäube und Partikel wie Sand, Vulkanasche und Eiskristalle führen bei einer Wechselwirkung mit den Triebwerksschaufeln zum Materialabtrag. Auswirkungen reichen von einer erhöhten Oberflächenrauheit der Schaufel bis hin zu einer Veränderung der Bauteilgeometrie. Im Bereich des Verdichters treffen z. B. angesaugte Partikel senkrecht auf die Schaufelvorderkanten auf, wodurch sich die Profilsehnen verkürzen. Im Bereich der Schaufelhinterkanten erfolgt aufgrund des flachen Auftreffwinkels des Abrasivmittels ein flächiger Materialabtrag, der die Schaufeldicke reduziert. Durch eine Beschichtung von Bauteiloberflächen eröffnet sich eine Möglichkeit, Triebwerksschaufeln effektiv vor Partikelerosion zu schützen. Im Vordergrund der Entwicklung von Erosionsschutzschichten steht ihre verschleißreduzierende Wirkung, die durch das bestmögliche Verhältnis von Schichtzähigkeit und –härte zum Grundwerkstoff erreicht wird. Diese Arbeit liefert Untersuchungen zu Wechselwirkungen zwischen Beschichtungen und Grundwerkstoff als Gesamtsystem und den daraus resultierenden Einfluss auf das Partikelerosionsverhalten des Bauteils. Ziel der Untersuchungen ist es, eine bestmögliche Auswahl qualifizierter Schichtsysteme für den Erosionsschutz zu gewährleisten. Dafür wurden verschiedene Kombinationen aus PVD-Beschichtungen (konventionelle Hartstoffschichten, Cr2AlC MAX-Phase, DLC ta-C) und Grundwerkstoffen (Inconel 718 lösungsgeglüht, Inconel 718 ausscheidungsgehärtet, WC-Co) hinsichtlich ihres Partikelerosionsverhaltens getestet und ihre Schichtverbundeigenschaften charakterisiert, um relevante Einflussgrößen auf die Partikelerosion zu eruieren. Die dabei ablaufenden verschiedenen Erosionsmechanismen wurden analysiert und in grundlegende Modelle überführt. Abgerundet wurden diese experimentellen Untersuchungen mit theoretischen Betrachtungen zum mechanischen Verhalten unterschiedlicher Kombinationen von Beschichtung und Grundwerkstoff bei Partikelimpakt. Die vorliegende Arbeit leistet einen essentiellen Beitrag zum besseren Verständnis des Einflusses von Schicht-Grundwerkstoff-Verbundeigenschaften auf das Partikelerosionsverhalten. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass das Deformationsverhalten des Substrats einen erheblichen Einfluss auf das Erosionsverhalten des Schicht-Grundwerkstoff-Systems hat. Im Falle eines duktilen Substrats ist eine entsprechend gute Schichthaftung von wesentlicher Bedeutung. Die Erosionsversuche auf hartem WCCo Grundwerkstoff zeigen, dass bei Vorhandensein identischer mechanischer Eigenschaften von Substrat und Beschichtung die Schichthaftung nicht in dem Maße erforderlich ist, wie bei plastisch verformbaren Grundwerkstoffen. Erstmalig wird in dieser Arbeit das schadenstolerante Erosionsverhalten der superharten DLC ta-C-Beschichtung auf duktilem Inconel 718 aufgezeigt. Der hohe elastische Verformungsanteil der DLC-Beschichtung in Kombination mit einer guten Schichthaftung resultiert in einem hohen Erosionswiderstand des Schicht-Grundwerkstoff-Verbunds, wobei im Versuch keine plastische Verformung des Grundwerkstoffs nachgewiesen wird.

Im Rahmen der Umsetzung der EU Wasserrahmenrichtlinie sind Maßnahmepläne gefordert, welche den Stoffeintrag in Oberflächengewässer minimieren. Da der Sedimenteintrag an das Vorhandensein von Oberflächenabfluss gebunden ist, müssen beide Prozesse im Zusammenhang betrachtet werden. Für die Einschätzung der Wirksamkeit ist eine quantitative Bewertung dieser Maßnahmen notwendig. Dafür sind Modellrechnungen ein unerlässliches Hilfsmittel. In der vorliegenden Arbeit wurde das Modell EROSION 3D als geeignetes Instrument zur Quantifizierung des Landnutzungs- und Bewirtschaftungseinflusses auf den Wasserrückhalt in der Fläche und den Sedimenteintrag in Gewässer, angewendet. Das Modell ermöglichte zudem eine Abbildung von Erosion und Abfluss in einer hohen räumlichen Auflösung (5 m Rasterweite). Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit haben bestätigt, dass die Landnutzung Einfluss auf den Oberflächenabfluss und insbesondere auf den Sedimenteintrag in Gewässer nimmt. Maßnahmen wie eine Erhöhung des Wald- sowie Grünland / Direktsaatanteils wirken sich reduzierend auf den Oberflächenabfluss und die Bodenerosion aus. Es hat sich gezeigt, dass der Landnutzungseinfluss mit zunehmender Abflusswirksamkeit eines Starkregenereignisses und zunehmender Anfangsbodenfeuchte sinkt. Während sich im Falle des 5 jährigen Extremereignisses der Abflussbeiwert zwischen vollständiger Bewaldung des UG Oberreichenbach und realem Nutzungszustandes (konventionelle Bewirtschaftung der Ackerflächen) um 100 % unterscheidet, liegt der Unterschied beim Hochwasserereignis vom August 2002 zwischen beiden nur noch bei ca. 20 %. Hingegen bleibt die Wirkung der Landnutzung auf die Bodenerosion auch bei Starkregenereignissen hoher Abflusswirksamkeit erhalten. Für das lössgeprägte Untersuchungsgebiet Klatschbach konnte bestätigt werden, dass eine konservierende Bewirtschaftung im Vergleich zur konventionellen Variante zu einer signifikanten Abflussminderung führt. In Bezug auf den Erosionsschutz ist die konservierende Bewirtschaftung für beide Untersuchungsgebiete als sehr geeignete Maßnahme einzuschätzen, da hierdurch eine Reduzierung des Sedimenteintrages um etwa 95 % erreicht werden kann. Als noch wirksamer für den Hochwasser- und Erosionsschutz erwies sich eine Umstellung der Bewirtschaftung auf Grünland oder Direktsaat. Selbst bei einem 100 jährigen Extremereignis und hoher Anfangsbodenfeuchte wurden für beide Untersuchungsgebiete Abflussminderungen von mindestens 17 % und Minderungen des Bodenabtrages von mehr als 98 % im Vergleich zur konventionellen Variante berechnet.

Die Begrünung von erosionsgefährdeten Abflussbahnen ist eine wichtige Maßnahme des Boden- und Gewässerschutzes, die kombiniert werden kann mit Maßnahmen des Naturschutzes. Die Broschüre gibt Auskunft über die Lage und Verbreitung der erosionsgefährdeten Abflussbahnen. Zur Größe und Pflege der Begrünungsfläche werden ebenso Hinweise gegeben wie zu erosionsmindernden Maßnahmen auf den angrenzenden Ackerflächen.