Eindringen von Niederschlägen in den Boden (Infiltration) und Oberflächenabfluss
Infiltration an Bodensäulen (im Labor)
An 15 cm hohen und im Durchmesser 12,5 cm breiten Bodensäulen wird die Infiltration und Durchsickerung im Labor gemessen. Die Bodensäulen werden mit Edelstahlhülsen ungestört aus der Ackerkrume (mit intakter Bodenoberfläche) entnommen. Dabei kann einerseits die Infiltration und Durchsickerung im wasserungesättigten Bodenzustand bei Beregnung mit einem Kapillarregner (Abb. 1) und andererseits bei Wassersättigung und Überstau (Abb. 2) gemessen werden.
Das Ziel bisheriger Messungen mit diesen Anlagen bestand darin, das Infiltrations- und Sickerungsverhalten von Ackerkrumen bei unterschiedlicher Bodenbearbeitung zu untersuchen sowie damit verbundene Stofftranporte zu bestimmen (siehe auch Forschungsergebnisse rechte Spalte »Einfluss unterschiedlicher Bodenbearbeitung von Ackerflächen auf den sickerwassergebundenen Stofftransport untersucht mit Hilfe von Experimenten an Bodensäulen«).
Infiltration und Oberflächenabfluss bei Simulation von Extremniederschlägen
Zur Infiltrationsmessung wird ein transportabler Niederschlagssimulator verwendet, der mit einer schwenkbaren Flachstrahldüse (2,5 m über der hängigen Bodenoberfläche) ausgestattet ist. Hiermit werden nahezu natürliche Niederschläge hinsichtlich Verteilung und Tropfenspektrum sowie kinetischer Energie der Tropfen bei Aufschlag auf die Bodenoberfläche simuliert. Mit der Anlage kann auf Ackerflächen die Wasserinfiltration bzw. der Oberflächenabfluss und der damit verbundene Bodenabtrag in Abhängigkeit von Verschlämmung und Makroporenfluss erfasst werden. Demzufolge ist die Anlage (Bild 3) geeignet, um extreme Niederschlagsereignisse zu simulieren. Während der Beregnung werden der von einer 1 m2 großen Fläche stammende Oberflächenabfluss und das abgetragene Bodenmaterial erfasst.
Die Ziele bisheriger Messungen mit dieser Anlage bestanden darin, die Infiltration und den Bodenabtrag in Hanglagen bei unterschiedlicher Bodenbearbeitung zu untersuchen. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für Empfehlungen zu erosionsmindernden und wasserretentionsfördernden Bestellverfahren (z.B. konservierende Bodenbearbeitung). Darüber hinaus bilden die Messdaten eine Grundlage für das in Sachsen zur Erosionsmodellierung eingesetzte Modell EROSION 2D/3D sowie für die Niederschlags-Abflussmodellierung ackerbaulich geprägter Wassereinzugsgebiete (siehe auch Ergebnisse »Vorbeugender Hochwasserschutz durch konservierende Bodenbearbeitung im Einzugsgebiet der Pließnitz«).
Oberflächenabfluss bei natürlichen Niederschlägen
Neben der Simulation extremer Niederschläge mit einer Beregnungsanlage auf einer relativ kleinen Fläche sollen auch der Oberflächenabfluss und die Erosion während natürlicher Niederschläge und während der Schneeschmelze erfasst werden. Hierfür wird zurzeit die in Abbildung 4 vorgestellte Versuchsanlage erprobt. Von einer 7 m2 großen Fläche wird der Oberflächenabfluss und das abgetragene Bodenmaterial durch eine Abfluss- bzw. Sedimentauffangrinne aufgenommen und über ein Ableitungsrohr zu einen Sammelbehälter geleitet (siehe auch »Einfluss landwirtschaftlicher Nutzung auf den Bodenwasserspeicher«). Parallel dazu erfolgt die Messung von Niederschlag und Temperatur.
Abfluss (Durchfluss) ackerbaulich geprägter Einzugsgebiete
Die Durchflussmenge eines Baches, welcher ein mesoskaliges Einzugsgebiet entwässert, wird kontinuierlich erfasst. Neben der Durchflussmessung werden auch qualitative Parameter des Wassers am Messgerinne (s. Abb. 5) ermittelt. Die Messstation wird zusammen mit dem Sächsischen Landesamt für Umwelt und Gelogie betrieben. Da das Einzugsgebiet überwiegend ackerbaulich genutzt wird und die Böden aus Löß bestehen, soll u. a. der Nachweis dafür erbracht werden, dass ein zunehmender Flächenanteil boden- und wasserkonservierender Bewirtschaftungsverfahren zu einer Minderung von Hochwasserabflüssen führt (siehe auch »Einfluss landwirtschaftlicher Nutzung auf den Bodenwasserspeicher«).
