Teilprojekt A4 - Entwicklung und Wechselwirkung von Fließwegen auf und
im Boden
Projektmitarbeiter
Fließwege entscheiden über die Wasserverteilung, die Verlagerungsvorgänge, den Wasser- und Stoffhaushalt und damit über die Systementwicklung. Auf der Bodenoberfläche bilden sich Fließwege nach Einsetzen von Oberflächenabfluss u.a. entsprechend dem Mikrorelief. Im Boden entstehen Fließwege entsprechend der räumlichen Verteilung der Sedimente sowie auf Grund von Rissen und Bioporen. Die Entwicklung der Fließwege auf der Bodenoberfläche steht in Wechselwirkung mit derjenigen im Boden und umgekehrt. An der Schnittstelle, der obersten Bodenschicht, bestimmen deren hydraulische Eigenschaften die zeitvariablen lokalen
Infiltrationsraten. Während Fließmuster bislang meist entweder auf oder im Boden analysiert wurden, sind Wechselwirkungen bislang kaum untersucht worden. Für die initiale Phase der Boden- und Ökosystementwicklung erscheint eine gekoppelte Untersuchung der Entwicklung von Fließwegen auf und im Boden unerlässlich, um die zeitliche und räumliche Dynamik der Prozesse und Strukturen an der Bodenoberfläche und im Boden zu berücksichtigen. Folgende Fragen stehen im Mittelpunkt des Vorhabens:
• Wie verändern sich Fließwege auf und im Boden in den Phasen während der Konsolidierung und in Abhängigkeit von Reliefänderungen sowie vor und nach Einsetzen der
Vegetationsentwicklung?
• Wie entwickeln sich Wechselwirkungen zwischen Oberflächenabfluss und Infiltration und wie lassen sich diese experimentell beobachten und modellhaft beschreiben?
• Welche hydraulischen Effekte üben Sedimentsortierungen, Krusten, Risse, Benetzung,
Wurzeln, Pilze, Mikroorganismen und Substrat- und Vegetationsmuster auf die Fließwege auf und im Boden aus?
• Wie beeinflusst die Verteilung von Fließwegen und Feuchtemustern die kleinräumigen
bodenphysikalischen Eigenschaften und die Lebensbedingungen für die Ansiedlung von
Organismen?
• Führt die Entwicklung von Fließwegen zu Veränderungen bei der Transformation des
Niederschlags zum Abfluss auf der Einzugsgebietsskala?
• Wie kann man aus den lokalen Ergebnissen effektive Parameter für Modelle zur
Beschreibung des Wasserhaushalts auf Einzugsgebietsebene ableiten?
Im Untersuchungsgelände „Hühnerwasser“ sollen weitestgehend zerstörungsfreie Methoden wie Infiltrometermessungen, 3D Scanneraufnahmen aus den TP C3, Aufzeichnungen mit
Videokameras, Geophysik (mit TP Z1), Wegaufnehmer, GIS, zeitlich hoch aufgelöste Erfassung des
erdbodengleichen Niederschlages, Tensiometer, TDR- Sonden, natürliche Isotope, Tracer (mit TP C1) zum Einsatz kommen. Auf Erosionsplots, deren Auswahl und Anlage gemeinsam mit dem TP Z1 erfolgt, sollen Beregnungsexperimente zur Erfassung der Infiltrations- und
Abflussdynamik stattfinden. Zusätzlich sollen auf den Experimentalflächen Versuche zur Markierung von Sediment und Fließwegen sowie Bodensäulenentnahmen für Röntgen-CT-Messungen und zur Bestimmung der Substrathydraulik durchgeführt werden. Hypothesen aus experimentellen
Beobachtungen über hydraulische Strukturen an der Bodenoberfläche sollen mittels räumlich
zweidimensionaler numerischer Modelle für singuläres und duales Porensystem (z.B. HYDRUS, DUAL) mit dem Ziel der Erzeugung ‚effektiver’ Parameter zur Unterstützung der Beschreibung der Bodenwasserbewegung im Einzugsgebietsmaßstab getestet werden, wobei in den
Bodenwassermodellen die Formulierungen der oberen Randbedingungen angepasst werden müssen.
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