Bodenabtragssimulation mit dem Programm EROSION-3D

EROSION-3D ist ein physikalisch-begründetes Prozessmodell zur Prognose der durch natürliche Einzelregen oder Niederschlagsreihen verursachten Bodenerosion in Wassereinzugsgebieten. Die theoretischen Grundlagen des Modells wurden von Schmidt (1991) am Institut für Geographische Wissenschaften der FU Berlin entwickelt und zunächst in das auf ein ausgewähltes Hangprofil anwendbare Prognosemodell EROSION-2D umgesetzt. Die PC-gestützte Einzugsgebietsversion EROSION-3D wird seit 1995 von Dr. von Werner (http://www.bodenerosion.com/) entwickelt und wird u.a. vom Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie insbesondere zur Bewertung von ackerbaulichen Bodenbearbeitungsverfahren im Hinblick auf ihre abflussverzögernde und erosionsmindernde Wirkung angewendet.
Die Modelle EROSION-2D und EROSION-3D sind im Rahmen umfangreicher Feldversuche (Bodenerosionsmessprogramm Sachsen) in den Jahren 1992 bis 1996 in Zusammenarbeit mit der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft, dem Sächsischen Landesamt für Umwelt und Geologie, der TU Bergakademie Freiberg und der TU Karlsruhe validiert worden. Beide Modelle werden seit 1996 in der landwirtschaftlichen Offizialberatung des Landes Sachsen eingesetzt und sind seitdem zur Erosionsabschätzung in zahlreichen Projekten erfolgreich angewendet worden.
Das Einzugsgebietsmodell EROSION-3D ist bis zu einer Flächengröße von etwa 400 km² anwendbar. Die maximale Auflösung des durch Rasterzellen dargestellten Landschaftsausschnittes beträgt 1 m, liegt aber - in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Geländemodells - üblicherweise zwischen 5 und 20 m. Die Simulation einzelner Niederschlagsereignisse erfolgt in Zeitschritten von jeweils 10 min Dauer. Zur Berechnung des langfristigen Bodenabtrags können Serien aus einer beliebigen Anzahl einzelner Niederschlagsereignisse (Sequenzen) simuliert werden.

Spezielle Fragestellungen, zu deren Untersuchung das Modell insbesondere geeignet ist, sind:

• Identifizierung und Bewertung diffuser Eintragsquellen und -pfade,
• Prognose des flächenhaften Bodenabtrags und des gewässerabschnittsbezogenen Sedimenteintrags,
• Prognose des durch Starkregenereignisse produzierten Oberflächenabflussvolumens (Direktabflussanteil),
• Bewertung von landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungs- und Anbauverfahren im Hinblick auf ihre abflussverzögernde und erosionsvermeidende Wirkung (Wasser- und Stoffretention),
• Bemessung und Bewertung wasserbaulicher und/oder kulturtechnischer Maßnahmen (z.B. Flurgehölzstreifen, begrünte Tiefenlinien, Fahrwegen, Sammelgräben, Gewässerrandstreifen, Rückhaltebecken) unter den o.g. Gesichtspunkten sowie
• Schätzung der durch selektive Transportprozesse verursachten Sediment- und Schadstoffanreicherung partikulär gebundener Substanzen (z.B. Schwermetalle).

Damit kann das Modell insbesondere angewendet werden im Rahmen

• der ackerbaulichen Anbauplanung und behördlichen Fachberatung,
• der Bewertung von Flurordnungs- und Hochwasserschutzmaßnahmen hinsichtlich ihres stofflichen und hydrologischen Retentionsvermögens,
• der Bewertung der Erosionsanfälligkeit gestalteter Landschaftsbereiche (z.B. Rekultivierungsflächen, Deponieabdeckungen, Böschungen, Halden),
• von Emissions- bzw. Immissionsuntersuchungen sowie Stoffbilanzierungen und
• der gewässerökologischen Sanierungs- und/oder Renaturierungsplanung.