Provisorische Geländeanleitung zur Abschätzung des

Provisorische Geländeanleitung zur Abschätzung des

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BFW-Dokumentation 3-2004 (01.05.2004)
Provisorische Geländeanleitung zur Abschätzung des
Oberflächenabflussbeiwertes auf alpinen Boden-/Vegetationseinheiten
bei konvektiven Starkregen (Version 1.0)
G. MARKART, B. KOHL, B. SOTIER, T, SCHAUER, G. BUNZA & R. STERN
Kurzfassung: Seit annähernd 3 Jahrzehnten werden am Institut für Lawinen- und Wildbachforschung beim
Bundesamt und Forschungszentrum für Wald (Innsbruck und Wien) und am Bayerischen Landesamt für
Wasserwirtschaft in München Starkregensimulationen und begleitende Untersuchungen, wie Erhebungen
boden- und vegetationskundlicher Kennwerte zur Charakterisierung des Abflussverhaltens beitragender
Flächen in Wildbacheinzugsgebieten durchgeführt. Die Ergebnisse von mittlerweile über 700 Einzelberegnungen wurden in einer gemeinsamen Datenbank zusammengeführt und ausgewertet.
Ein erstes Produkt dieser Auswertungen ist die vorliegende Geländeanleitung zur Abschätzung des Oberflächenabflussbeiwertes bei konvektiven Starkregen. Sie ist die Basis für die Erstellung von Abflussbeiwertkarten
zur Berechnung von Abflussspitze und Abflussfracht beim Bemessungsereignis in Wildbacheinzugsgebieten.
Die gegenständliche Anleitung enthält Hinweise für die quantitative und qualitative Abschätzung des Oberflächenabflussbeiwertes bei Abflusskonstanz, einen Ansatz zur Anschätzung der Rauhigkeit der Oberfläche und
eine Funktion zur Abschätzung der Initialabstraktion auf beitragenden Flächen in Wildbacheinzugsgebieten.
Schlüsselworte: Abflussbeiwert, Anlaufzeit, beitragende Fläche, Nutzung, Oberflächenrauhigkeit, Starkregensimulation
Abstract: [A Simple Code of Practice for Assessment of Surface Runoff Coefficients for Alpine Soil-/
Vegetation Units in Torrential Rain (Version 1.0)]. Rain simulation experiments by use of a transportable spray
irrigation installation for assessment of runoff behaviour on typical runoff contributing areas in alpine
catchments have been carried out at the Institute for Avalanche and Torrent Research (Federal Office and
Research Centre for Forests) and the Bavarian State Office for Water Management over nearly 30 years. These
investigations usually were combined with investigations on characteristics of vegetation and soil. Data from
more than 700 single rain simulation experiments have been stored in a joint data base and analysed in detail.
The presented “simple code of practice for assessment of surface runoff coefficients in convective torrential
rain” is the first product of this interpretation process. It will be a means for construction of surface runoff coefficient maps which are needed to calculate peak runoff and runoff freight in torrent catchment areas in case of
extreme precipitation, e.g. the recurrent design event. The manual comprises hints for assessment of surface
runoff coefficients and surface roughness as well as a function for calculation of initial abstraction on runoff
contributing areas in alpine catchments.
Key words:
1.
Runoff coefficient, runoff delay, runoff contributing area, cultivation, surface roughness,
simulation of torrential rain
Ziele und Anwendungsbereiche der
Geländeanleitung
•
•
Die Berechnung von Bemessungsregen und Konzentrationszeiten, die Erstellung von Gefahrenkarten und
Gefahrenzonenplänen in Wildbacheinzugsgebieten
setzt die Kenntnis des Abflusses aus den beitragenden
Flächen voraus. Für eine objektive Charakterisierung
des Gebietsabflusses sollen neben den einschlägigen
topographischen Grundlagen und Standortsinformationen folgende Größen bekannt sein:
•
Die Initialabstraktion (Abflussverzögerung nach
Beginn eines Niederschlagsereignisses)
Die Oberflächenrauhigkeit (zur Abschätzung der
Fließgeschwindigkeit an der Oberfläche)
Der Abflussbeiwert bei Abflusskonstanz (Ψconst)
Die gegenständliche Anleitung enthält Hinweise für
die quantitative und qualitative Abschätzung des
Oberflächenabflussbeiwertes bei Abflusskonstanz
(Ψconst) auf beitragenden Flächen in Wildbacheinzugsgebieten, und einen Ansatz zur Anschätzung der
Rauhigkeit der Oberfläche der betreffenden Einheit.
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Provisorische Geländeanleitung zur Abschätzung des Oberflächenabflussbeiwertes ...
Fotos: G. Markart
Vegetationslose Flächen - Böschungen in steilen Grabeneinhängen
Starkregensimulation mit der Beregnungsanlage des BFW
mit periodischer Messung der Abtragfracht auf einer noch
offenen Wegböschung.
Nach einer Starkregensimulation mit der Beregnungsanlage
des BFW in Innsbruck auf einem frisch planierten, für die
Begrünung vorbereiteten Grabeneinhang.
Flächengröße: 80 m2
Flächengröße: 50 m ≤, iN 100mm/h. Der Versuch war 31min
nach Beregnungsbeginn infolge einer Hangmure zu Ende.
Ort: Großsölk (Steiermark)
Ort: Meran 2000 - Südtirol
In beiden Bildern deutlich sichtbar ist die Ausbildung kleiner Rinnen und Runsen aufgrund der fehlenden Bodenfestigenden
Wirkung einer Vegetationsdecke.
Gesellschaft
Rohboden bzw.
Initialstadien,
Pioniervegetation,
Deckungsgrad der
Vegetation << 70%
Standort/Boden
Grob-Boden mit Feinanteil,
Fein-Boden, geschüttet
(Anthrosol), sehr hohes
Erosionspotenzial, steil
Nutzung
Hydrologische
Eigenschaften
Rauhigkeitsklasse
Abflussbeiwertklasse
keine
Augrund der mangelnden
Bodendeckung und der
fehlenden Struktur (durch
Planie bzw. Schüttung gestört)
nach anfänglicher Aufsättigung des Oberbodens hoher
Abfluss und Abtrag bei Starkniederschlägen.
Erhöhte Rutschungsneigung
1-2
4-5
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2.2
Rasenvegetation - Mähwiesen
Fotos: T. Schauer
Alpine Rasen (nicht Bürstling)
Standort/Boden
Nutzung
Hydrologische
Eigenschaften
Rauhigkeitsklasse
Abflussbeiwertklasse
subalpiner
Kalkmagerrasen
Grob-Boden,
skelettreich, locker
keine
mf, (Blaugras - Horstseggenrasen) rasche Infiltration in
den Untergrund
2-3
2
Gesellschaft
Standort/Boden
subalpine(r) Kammgrasweide und
Rostseggenrasen
Fein-Boden,
skelettreich, bindig, dicht
Fotos: T. Schauer
Gesellschaft
Nutzung
Hydrologische
Eigenschaften
Rauhigkeitsklasse
Abflussbeiwertklasse
Weide
mf-ff, (Kammgras, Rostsegge), reduzierte
Infiltrationsleistung insbesondere im
Hoch- und Spätsommer (Trittschäden,
Benetzungswiderstände durch Akkumulation toter Biomasse) Kleingerinnenetz
1-2
4-5
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Wälder und feuchte Rasen bzw. Wiesen
Foto: H.Hartl
Foto: T. Schauer
3.2
Sumpf-Schachtelhalm
Riesen-Schachtelhalm
(Equisetum palustris)
(Equisetum telmateja)
Standort
4-5
Standort
AKl
sehr feuchte bis nasse Wälder und Rasenstandorte
4
Foto: H.Hartl
Foto: H.Hartl
feuchte bis nasse Wälder und Rasenstandorte
AKl
Sumpf-Pippau
Sumpfdotterblume
(Crepis paludosa)
(Caltha palustris)
Standort
sehr feuchte bis nasse Wälder und Rasenstandorte,
Weidezeiger
AKl
4-5
Standort
AKl
nasse Wiesen und Wälder
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Fotos: H.Hartl
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Hain-Gilbweiderich
Wald-Engelwurz
(Lysimachia nemorum)
(Angelica sylvestris)
Standort
feuchte Wälder
AKl
3-4
Standort
AKl
feuchte Wälder, Auenwälder, Nasswiesen
4
Anhang 4 Formular für die Erhebung von
Abflussbeiwerten und Rauhigkeit
im Gelände
Erheber
Oberflächenabflussbeiwert
Erhebung
Aufnahmeort
Fortlaufende Blattummer
Einzugsgebiet
OA
2
Aufnahmedatum
GPS
0
0
Lage in Feldkarte / Orthophoto angegeben:
s
Z
s
nein
Hangneigung (Grad
Bemerkung
X
Y
ja
Besenheide / Erika (+Wacholder)
Latsche (beigemischt Zwergsträucher + Bäume)
(Mäh)Wiese
Rasen (nicht Bürstling)
Bürstlingrasen
Feuchtwiese / Feuchtfläche / (Nieder)Moor
Vegetationslos bzw. initiale Vegetationsstadien
Planien mit und ohne Ansaat
Fichte (nudum bzw. wenig Bodenvegetation)
Fichte (mit Krautschicht / Vaccinien)
Lärche (auch Lärchwiesen)
Zirbe, Fi mit Zwergstäuchern (Vaccinien, Alpenrose)
Laubmischwälder (beigemischt auch Nadelbaumarten)
Kahlschlag
Windwurf
Hochstaudenfluren
Grünerlengebüch
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Sonstige (Beschreibung)
Alpenrose und Heidelbeerenheide
Vegetationsform
19
Feuchtestufe
tr-mf
wichtige Zeigerpflanzen
f
ff
fn
Waldflächen
Überschirmungsgrad in 1/10
Deckungsgrad der (Boden)Vegetation
voll
90 - 100 %
70 - 90 %
Skelettanteil (Blöcke, Steine) an der Oberfläche
keine
wenige
häufig, viele
Boden - Auflage
keine
geringmächtig < 5 cm, locker, elastisch-federnd
geringmächtig < 5 cm, kompakt, periodisch austrocknend, benetzungshemmend
> 5 cm, locker, leicht feucht, aufnahmefähig
> 5 cm, kompakt, periodische Austrocknung, benetzungshemmend
< 70 %
Mineralboden bis 20 cm - Aufbau
blockig
Eindringwiderstand
(Bodenbohrer)
Keinrelief
feinteilreich - bindig
gering
glatt
feinteilreich - dicht
mittel
leicht bewegt
Torf
hoch
stark bewegt
skelettreich (>20 %) - locker
feinteilreich - locker
Vernässung
ja
nein
bei ja, Vernässung anthropogen?
ja
nein
ja
nein
Kleingerinnenetz
nicht / kaum ausgebildet
mittel
Hinweise auf Fließen an der Oberfläche
Bemerkungen
Häufung von Kleingerinnen
Bewirtschaftung
technische Eingriffe
Anmerkung
Weide
Weg / Wegböschung
keine
Planie (für Wiese, Weide, Piste, etc.)
gering
Schipiste
mittel
linienförmig (Kanal, Holzriesen)
intensiv
Sonstige
ehemalig
Heterogenität der Flächen
uniform, gleichförmig
mäßig-mittel
sehr heterogen / sehr ungleichförmig
Heterogenität der Flächen
Oberflächenabfluss
in % des Niederschlages
Abflussbeiwertklasse (AKl)
0
0
1
2
3
4
5
6
> 0 - 10
11 - 30
31 - 50
51 - 75
> 75
1,0 (vernässte, versiegelte Flächen)
Zuordnung
Anmerkung
Einordnung in eine Oberflächenrauhigkeitsklasse (nach angeführtem Schema)
Zuordnung
RKl 1
RKl 2
RKl 3
RKl 4
RKl 5
RKl 6