Das Herbert River
Einzugsgebiet in Nordostqueensland unterliegt einer intensiven landwirtschaftlichen
Nutzung durch den Zuckerrohranbau.
Es ist dem Einfluß hoher
Niederschlagsintensitäten stark saisonalen Charakters ausgesetzt.
Verbunden mit der weiten Verbreitung von hydrologisch ungünstig wirksamen
Böden
führt dieser Umstand zu zeitweilig auftretenden hohen Oberflächenabflüssen,
daraus resultierenden Überflutungen,
Stauwassererscheinungen auf den Parzellen sowie Sediment- und Nährstoffeinträgen
in die Vorfluter; damit in die nahegelegenen Küstengewässer.
Das Ripple
Creek Teileinzugsgebiet kann hinsichtlich seiner Nutzung und naturräumlichen
Ausstattung sowohl für das untere Herbert River Einzugsgebiet als
auch für vergleichbare Teileinzugsgebiete an der tropischen Küste
von Nordostqueensland als repräsentativ gelten.
Die Durchführung eines nachhaltigen Landnutzungsmanagements in diesem
und in ähnlichen Gebieten umfaßt einerseits die rationelle
und ökonomisch sinnvolle landwirtschaftliche Nutzung des Gebietes.
Andererseits besteht die Verantwortung zum Schutz des sensiblen Habitats
des Great Barrier Riff, welches von den Stoffeinträgen in die Küstengewässer
direkt beeinflußt wird.
Das Ziel der Diplomarbeit
war die Charakterisierung der hydraulischen Eigenschaften der Böden
im Ripple Creek Teileinzugsgebiet. Der Schwerpunkt lag dabei in der Ausscheidung
von Pedohydrotoptypen, die auf der Grundlage von zuvor klassifizierten,
ausgewählten hydraulischen Bodeneigenschaften gebildet wurden.
Im Weiteren bestand für das Gebiet die Notwendigkeit der Erhebung
von bodenhydraulischen Parametern als direkt gemessene Werte, um den zukünftigen
sinnvollen Einsatz von Bodenwasserhaushaltsmodellen zu gewährleisten.
Meßwerte zur ungesättigten Leitfähigkeit sind in dieser
Arbeit erstmals in Queensland ermittelt worden. Die Messung der ungesättigten
Leitfähigkeit galt als erster Schritt, eine Standardmethode zur Bestimmung
dieser hydraulischen Kenngröße erstmalig in einem australischen
Labor zu etablieren.
Zunächst wurde die regionale Problematik hinsichtlich des Bodenwasserhaushaltes im Untersuchungsraum erläutert. Anhand des Forschungsstandes wurde die Notwendigkeit der mit dieser Arbeit vorgenommenen Untersuchung verdeutlicht. Anschließend wurden die naturräumlichen Grundlagen des Untersuchungsgebietes dargestellt.
Auf der Grundlage
der Bodenkarte, von Orthophotos, Beobachtungen im Feld und den Ergebnissen
der durchgeführten Kartierung wurden repräsentative Standorte
zur Charakterisierung des Untersuchungsgebiet ausgewählt. Anhand
von acht Leitprofilen wurden die dominierenden Bodentypen des Gebietes
erfaßt. Die Beprobung der Leitprofile lieferte das Probenmaterial
für die anschließenden Laboruntersuchungen.
Neben der Ermittlung der hydraulischen Parameter wurden eine Reihe von
ergänzenden bodenphysikalischen und -chemischen Untersuchungen durchgeführt,
um eine umfassende Bodenansprache zu ermöglichen.
Zur Bestimmung der ungesättigten Leitfähigkeit wurde eine modifizierte
APM Methode nach ROTH et al. (1995) gewählt. Die Messung lieferte
zufriedenstellende Ergebnisse. Die Verwendung von kürzeren Stechzylindern
gegenüber der Originalmethode nach ROTH et al. (1995) erwies sich
insbesondere bei sehr tonigen Böden als sehr sinnvoll. Grundsätzlich
bietet die relativ einfache Methode alle Voraussetzungen, um das Defizit
an Meßwerten zur ungesättigten Leitfähigkeit in Queensland
schnell aufzuarbeiten. Für den Einsatz als zuverlässige und
unproblematische Standardmethode müßten hinsichtlich der Laborausstattung
allerdings einige Modifikationen vorgenommen werden.
Zur Aufbereitung der experimentell ermittelten hydraulischen Bodenkenngrößen wurden die Meßwerte nach einem Ansatz von CAMPBELL (1974) an eine Funktion angepaßt. Die pF - Kurve und die Leitfähigkeitskurve wurden dabei simultan gefittet. Damit war der jeweilige Kurvenverlauf stark von den tatsächlichen Meßwerten abhängig. Aus den resultierenden Bodenkennlinien konnten die hydraulischen Eingabeparameter für das eindimensionale Bodenwasserhaushaltsmodell SWIM (Soil Water Infiltration Movement) abgeleitet werden (vgl. TETZLAFF 1998).
Anhand der statistischen Datenaufbereitung und Auswertung wurde die Variabilität der hydraulischen Eigenschaften sowie deren Zusammenhang mit verschiedenen Bodenkenngrößen im Gebiet herausgestellt. Dabei wurden folgende Aspekte beleuchtet:
· Einfluß
der Korngrößenverteilung, im Speziellen des Tongehaltes, auf
die hydraulischen Parameter
· Einfluß der Bodenstruktur auf die hydraulischen
Parameter
· Räumliche Variabilität der hydraulischen Parameter
Daran anschließend
konnte eine Aussage über den Einfluß der Bodenkenngrößen
auf die hydraulischen Eigenschaften im Untersuchungsgebiet getroffen werden.
Eine hohe räumliche Variabilität der gesättigten und ungesättigten
Leitfähigkeit an den Repräsentativstandorten konnte nachgewiesen
werden. Es zeigte sich, daß die hydraulischen Eigenschaften in hohem
Maße von der Korngrößenverteilung abhängig sind.
Insbesondere für den gesättigten und nahe gesättigten Bereich
wurde eine Abnahme der Leitfähigkeit bei zunehmendem Tongehalt festgestellt.
Dieser Zusammenhang gilt in erster Linie für den Unterboden. Für
die gesättigte Leitfähigkeit treten Extremwerte von 0,01 cm/h
in einem tonigen Horizont und 17,3 cm/h in einem sandigen Horizont auf.
Verschiedene Leitfähigkeiten im Oberboden eines Profils waren auf
unterschiedliche Lagerungsdichten von mechanisch verdichteter Zwischenreihe
und Pflanzreihe zurückzuführen. Aus dieser Verdichtung resultierte
sowohl eine hohe kleinräumige Variabilität der hydraulischen
Leitfähigkeit als auch der Wassergehalte..
Aus diesem Grund wurde festgelegt, daß zur späteren Typisierung
gewichtete Mittelwerte der Leitfähigkeit der A- Horizonte zu verwenden
waren. Der beobachtete Zusammenhang zwischen Bodentextur und Leitfähigkeit
legitimierte die Verwendung von Texturdaten für die spätere
Extrapolation der Pedohydrotoptypen.
Aus den Analyseergebnissen der Leitprofiluntersuchung wurde ein Standortkatalog für die acht repräsentativen Standorte erstellt. Die bodenwasserhaushaltlich relevanten Ausstattungsmerkmale sowie ergänzende bodenphysikalische und chemische Kennwerte sind dort ersichtlich. Anhand des Standortkataloges wird eine vergleichende Betrachtung der Repräsentativstandorte möglich.
Über die Kartierung des Gebietes mittels Transekten wurde die Textur der dominierenden Bodentypen bis in 200 cm Tiefe erfaßt und ein Abgleich mit der Bodenkarte vorgenommen. Die Auswertung und Darstellung der erhobenen Bodendaten ergab hinsichtlich der Textur eine gute Übereinstimmung mit der Bodenkarte. Im Weiteren wurde ein Zusammenhang zwischen Textur und Lage im Relief erkannt. Tendenziell sind die Böden in höheren Lagen sandiger ausgeprägt, während in tieferen Lagen ein höherer Tonanteil festgestellt wurde. Schon bei sehr geringen Hangneigungen und kleinen Höhenunterschieden wird dieser Zusammenhang wirksam.
Pedohydrotoptypen
definieren sich in dieser Arbeit als Raumeinheiten, die Böden gleicher,
ausgewählter hydraulischer Eigenschaften mit einer bestimmten Lage
im Relief darstellen. Die Typisierung wurde durchgeführt, um aus
der Vielzahl verschiedener Bodentypen im Untersuchungsgebiet diejenigen
mit nahezu identischen bodenwasserhaushaltlichen Merkmalen zusammenzufassen.
Damit sollte die Übersichtlichkeit des Gebietes hinsichtlich der
wichtigen hydrologischen Eigenschaften erhöht und eine Basis für
zukünftige Entscheidungen hinsichtlich der Landnutzung geschaffen
werden. Es sollte eine flächenhafte Grundlage für Bilanzierungen
des Bodenwasserhaushaltes geschaffen werden.
Für die Ausscheidung von Pedohydrotoptypen wurden die gesättigte
Leitfähigkeit und die nutzbare Feldkapazität als entscheidende
hydraulische Eigenschaften ausgewählt. Sie repräsentieren die
Infiltrationseigenschaften des Bodens und seine Fähigkeit kurzfristig
wasserspeichernd wirksam zu sein. Die entsprechenden Meßwerte der
Leitprofile wurden klassifiziert und über eine Matrix miteinander
verschnitten. Das Ergebnis war die Einschätzung der Bodenfeuchtesituation
für die repräsentativen Standorte. Die Extrapolation der Standortdaten
erfolgte über den Abgleich der Texturdaten aus der Transektkartierung
mit der Bodenkarte. Die Bodenfeuchtesituation als auch die Verteilung
der gesättigten Leitfähigkeit und der nutzbaren Feldkapazität
konnten nunmehr flächenhaft für das Untersuchungsgebiet anhand
von GIS - gestützten Karten visualisiert werden. Zur Ermittlung der
Pedohydrotoptypen wurde die Reliefsituation im Gebiet berücksichtigt.
Mittels eines DHM wurde eine Reliefanalyse des Gebietes durchgeführt.
Über die Verschneidung der Reliefkarte mit der Karte der Bodenfeuchtesituation
wurden Kuppenbereiche, ebene Gebiete und Hangbereiche ausgeschieden. Daraus
ergab sich als Ergebnis der Typisierung die Karte der Pedohydrotoptypen.
In die Interpretation
der Pedohydrotoptypen konnten qualitative Aussagen, aufgrund von Beobachtungen
im Gelände einfließen. Die komplexen Zusammenhänge zwischen
den Faktoren Boden, Relief und Niederschlagshöhe und den sich daraus
ergebenden landschaftshaushaltlichen Funktionen der Pedohydrotoptypen
sowie die resultierenden Probleme für das Untersuchungsgebiet wurden
aufgezeigt. Eine tendenzielle Einschätzung der einzelnen Pedohydrotoptypen
bezüglich ihrer landschaftshaushaltlichen Verhaltensweise und der
Gefährdung durch Überflutung und Erosion konnte vorgenommen
werden.
Literatur:
CAMPBELL, G.S. (1974): A simple method for determining unsaturated conductivity from moisture retention data. In: Soil Science, Nr. 6, Vol. 117, Juni 1974, S. 311 - 314.
ROTH, C.H., PLAGGE, R., BOHL, H., RENGER, M. (1995): Improved procedures for the measurement and calculation of unsaturated hydraulic conductivity of structured soils. In: soil structure - its development and function. Adv. in Soil Science, 1995. Lewis Publishers, Boca Raton, S. 299 - 323.
TETZLAFF, D. (1998):
Die Abschätzung der Bildung von Oberflächenabfluß und
der Grundwasserneubildung unter Zuckerrohr im Teileinzugsgebiet Ripple
Creek, Queensland, Australien, unter Anwendung des Simulationsprogrammes
SWIM. Unveröffentlichte Diplomarbeit, Geographisches Institut, Universität
Hannover
