Abb. 7: Calanchifläche in der Nähe von Bagnoregio. Trotz der unterschiedlichen Sedimentzusammensetzung ist die Erscheinungsform denen der Reißen in den Alpen recht ähnlich (Quelle: eigene Aufnahme 2012).

Questar3D: Hochpräzise Erosionsforschung in unterschiedlichen Klimaten Europas

Erste Ergebnisse und Diskussion

5 Erste Ergebnisse und Diskussion

TLS-Aufnahmen von der 265 m² großen Reiße im Lainbachtal existieren bereits seit 2009 (Richter 2011). Im Oktober 2013 wurden die ersten Projektdaten aufgenommen. Die digitalen Auswertungen zeigen, dass innerhalb der vier Jahre 34 m³ Material erodiert wurde, wovon 6,09 m³ innerhalb der Untersuchungsfläche umgelagert wurden (Abb. 10). Die restlichen 27,91 m³ erreichten das Gerinne und wurden aus dem System ausgetragen. Im Mittel nahm die Höhe der Fläche um 14,7 cm zwischen 2009 und 2013 ab, was einer Abtragsrate von 3,4 cm/Jahr entspricht. Damit liegt dieser Wert zwischen jenem von Haas (2008) mit 2,5 cm/Jahr und Becht (1995) mit 4,3 cm/Jahr, welche den Sedimenthaushalt auf ähnlichen Hängen der Nordalpen untersuchten.

Abb. 10: Erosions- und Akkumulationswerte [in m] für die Reiße im Lainbachtal. Die Pfeile zeigen die Menge an umgelagertem und aus dem Untersuchungsgebiet transportiertem Sediment an. Die Kreise zeigen virtuelle Sedimentfallen an, welche für die späteren SCA-Modellierungen von Bedeutung sind.

Abb. 10: Erosions- und Akkumulationswerte [in m] für die Reiße im Lainbachtal. Die Pfeile zeigen die Menge an umgelagertem und aus dem Untersuchungsgebiet transportiertem Sediment an. Die Kreise zeigen virtuelle Sedimentfallen an, welche für die späteren SCA-Modellierungen von Bedeutung sind.

Maximale Höhenverluste von über 0,5 m konnten in den Rinnen am Hangfuß als Folge fluvialer Erosion festgestellt werden. Ebenfalls starke Abnahmen, jedoch deutlich flächenhafter, konnten im Oberhangbereich beobachtet werden. Intensive Durchfeuchtung während der Schneeschmelze im Frühjahr könnte hier kleinere Rutschungen hervorgerufen haben. Die Einschneidung im Unterhangbereich und die damit einhergehende Übersteilung des Hanges könnten zusätzlich zur Destabilisierung des Systems führen. Durch fortlaufende TLS-Aufnahmen lassen sich derartige Prozesse noch detaillierter untersuchen.
In den Jahren 2009 und 2012 wurde die ehemalige Erzmine nahe Rio Marina auf der Insel Elba mit dem Terrestrischen Laserscanner aufgenommen. Die Analyse der DGMs aus TLS-Daten zeigt einen Abtrag von 1,3 cm/Jahr, also einen wesentlich geringeren Abtrag als im Lainbachtal. Dass die Erosionsraten starke Differenzen zeigen, kann vor allem auf das sehr unterschiedliche Prozessgeschehen zurückgeführt werden. Klima und Ausgangssubstrat variieren in den Projektgebieten sehr stark. Erosion findet auf Elba fast ausschließlich in Rinnen statt, während die Reißen im Lainbachtal auch flächenhaften Abtrag zeigen. Das Fehlen einer tiefgründigen Durchfeuchtung, wie es bei der Schneeschmelze im Lainbachtal der Fall ist, spricht für das Ausbleiben von flächenhafter Spüldenudation. Nur starke, langanhaltende Gewitter in den Wintermonaten können zu einer Mobilisierung des Materials führen. Das sehr grobe Korngrößenspektrum begünstigt eine schnelle Infiltration des Niederschlags in den Untergrund. Dies wirkt einer flächenhaften Erosion, wie sie im Lainbachtal zu beobachten ist, entgegen.
Besonders interessant wird der Datensatz der Mine auf Elba, wenn eine ebenso lange Zeitreihe von den Eichstätter Abraumhalden, welche sehr ähnliche Korngrößeneigenschaften aufweisen, besteht. Vor allem die klimatischen Unterschiede in den Wintermonaten könnten zu Unterschieden in Erosionsraten- und Prozessen führen.
Neben den TLS-Aufnahmen wurde die Mine nahe Rio Marina auch mit dem Oktokopter beflogen. Es stellten sich zwischen den Methoden erstaunliche Unterschiede sowohl in der absoluten Punktmenge als auch in der Verteilung der Punktdichte heraus (Abb. 11).

Abb. 11: Punktdichten für die Mine nahe Rio Marina (Insel Elba) generiert mit TLS (links) und Agisoft (rechts). Die unterschiedlichen Farbskalen sind zu beachten. Die Werte geben die Punktanzahl je Rasterzelle (20 x 20 cm) an.

Abb. 11: Punktdichten für die Mine nahe Rio Marina (Insel Elba) generiert mit TLS (links) und Agisoft (rechts). Die unterschiedlichen Farbskalen sind zu beachten. Die Werte geben die Punktanzahl je Rasterzelle (20 x 20 cm) an.

Während bei TLS nur in unmittelbarer Nähe zum Gerät und in Überlappungsbereichen mit anderen Scanpositionen hohe Punktdichten erreicht wurden, zeigt sich bei den Drohnenaufnahmen flächendeckend eine sehr hohe Punktdichte. Abschattungseffekte im Gerinne sind bei den Drohnenaufnahmen nicht zu beobachten.
Es liegt der Schluss nahe, dass drohnengestützte Aufnahmen – nicht zuletzt wegen einer viel kürzeren Datenerhebungsphase – das Mittel der Wahl sind. Jedoch fehlt bis dato der Nachweis einer direkten Vergleichbarkeit beider Methoden in Bezug auf die Präzision und Richtigkeit der Drohnendatensätze. Hinzukommt, dass eine Drohne wegen ihrer erhöhte Perspektive nicht durch Vegetation auf die darunterliegende Oberfläche blicken kann, wodurch es zur Fehlinterpretation in der Sedimentbilanzierung kommen kann. Vor allem für Untersuchungen auf der Lokalskala wird das mittlerweile etablierte Terrestrische Laserscanning auch in Zukunft eine geeignete Methode darstellen. Besonders wünschenswert wäre eine Kombination bzw. Substitution beider Methoden.
Die hohe geomorphologische Aktivität im Lainbachtal bestätigt die Notwendigkeit eines Langzeitmonitorings und den dringenden Schutz der Bevölkerung bei Unwettern. Es deutet sich bereits an, dass mehrere Faktoren im System Erosionshang zusammenwirken. Das weitere Vorgehen von Questar3D zielt darauf ab, in einem zeitlich hoch aufgelösten Monitoring zwischen dem Anteil saisonal typischer und singulärer Ereignisse im gesamten Sedimenthaushalt zu unterscheiden. Mittels der Kalibrierung zweier Modelle soll dadurch auch die künftige Sedimentationsdynamik in unterschiedlichen Klimaten abgeschätzt werden. Der Wechsel von der Mikro- bis zur Regionalskala mit Messmethoden auf dem aktuellen Stand der Technik soll ein umgreifendes Bild zu Erosionsprozessen liefern.

Danksagung

Herzlicher Dank geht an Fabian Neugirg, Andreas Kaiser, Dr. Florian Haas, Sebastian Wiggenhauser und Prof. Dr. Michael Becht für die Bereitstellung von Daten und wertvolle Hinweise während der Ausarbeitung.

Ein Gedanke zu „Questar3D: Hochpräzise Erosionsforschung in unterschiedlichen Klimaten Europas

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