Bodenerosion in den Mergellandschaften Andalusiens - Hochauflösende Detektion und Modellierung langfristiger Geländeveränderungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das übergeordnete Ziel des Projektes war die Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur räumlich-zeitlich hochaufgelösten Beobachtung von Reliefveränderungen in fragilen Landschaften. Die Tertiärlandschaften Andalusiens sowie das sächsische Lößhügelland standen dabei im Fokus. Kurz- bis mittelfristige Geländeveränderungen und ihre Wirkung bezüglich des langfristigen Bodenabtrags wurden untersucht. Die Entwicklung einer Methodik zur hochgenauen Messung auf Einzelhängen durch die Kombination von Photogrammetrie und Geomorphologie ermöglicht eine gesamtheitliche Veränderungsdetektion. Bisher etablierte Methoden messen entweder auf kleinen Parzellen weniger Quadratmeter mit hoher Auflösung und Genauigkeit insbesondere Interrillenveränderungen, oder sie messen auf größeren Testflächen, dann können jedoch nur Ereignisse stärkerer Magnituden – Rillen- und Gullyerosion – erfasst werden. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass Photogrammetrie mittels Bilddaten einer Mikrodrohne (UAV), aufgenommen aus niedrigen Flughöhen, und mittels terrestrischem Laserscanning (TLS) flexible, eine schnelle berührungslose dreidimensionale Messung von großen Oberflächen mit subcm Genauigkeit erlaubt. Somit können Rillen- und Interrillenerosion erfasst werden. Jedoch wurde erkannt, dass weitere Prozesse der Geländeveränderung, u.a. durch Setzungs- und Sackungserscheinungen, die Detektion von Bodenerosion erschweren. Hier kann die geomorphologische Tracermethode mit Berrylium-7 ergänzen, da dieses Verfahren den tatsächlichen Bodenabtrag sowie - auftrag misst und des Weiteren durch mm-genaue Messungen die Interrillendynamik detektiert. Messkampagnen jeweils vor und nach Starkregenereignissen innerhalb von zwei Jahren ermöglichten für den Raum des sächsischen Lößgürtels die photogrammetrische Erfassung der windbeeinflussten Verlagerung von Rillen und der Dominanz der Rillenerosion überwiegend durch Vertiefung. In der fragilen Landschaft Andalusiens zeigen die 3D-Daten Vorgänge der Setzung- und Sackung sowie isotropische und anisotropische Rauigkeitsveränderungen besonders auf frisch gepflügten Flächen. Des Weiteren werden Quell- und Schrumpfdynamiken sichtbar, welche signifikante Bodenhöhenveränderungen verursachen. Diese nicht-erosiven Prozesse verdeutlichen die Bedeutung der Kombination mit Nuklidmessungen (Be-7), um diese Vorgänge für die Bodenabtragsermittlung ausschließen zu können. Außerdem zeigt der Tracer die Bedeutung des Abflussregimes, bestehend aus Kleinsteinzugsgebieten, im Interrillenbereich. Weiterführend sind längerfristige Beobachtungen für einen Fortschritt der Erkenntnisse bezüglich der Bodenerosion auf Einzelhängen und offenen Testparzellen nötig, denn das Projekt zeigt, dass interannuelle sowie intra-annuelle Dynamiken der Bodenerosion und weitere Prozesse der Bodenoberflächenveränderung, u.a. Quell-/Schrumpfzyklen und Rauigkeitsentwicklung, eine hohe Variabilität aufweisen. Die Methodenkombination aus Photogrammetrie und Geomorphologie zeigt die erfolgreiche hochauflösende (cm²) und hochgenaue (mm) Messung auf mehrere hundert Quadratmeter großen Flächen. Somit können und sollten zukünftig skalenübergreifende Erosionsprozesse und Bodenveränderungsvorgänge besser beobachtet und potentiell erklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2013): Konzeption einer Methode zur quantitativen Erfassung von Bodenerosion durch integrierte Aufnahme mit einer Mikrodrohne und einem terrestrischen Laserscanner. DGPF Tagungsband, Band 22, S. 289-297, Dreiländertagung der DGPF, OVG, SGPF in Freiburg, 2013
Eltner, A.
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(2013): Quantitative Measurement of soil erosion from TLS and UAV data. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-1/W2, p. 119-124
Eltner, A., Mulsow, C., Maas, H.-G.
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(2014): Synergetischer Einsatz von UAV- und Nahbereichs-Photogrammetrie zur Vermessung von Gullys. Angewandte Geoinformatik 2014, S. 39-44, Beiträge zum 26. AGIT-Symposium Salzburg
Stöcker, C., Eltner, A., Karrasch, P.
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(2015): Accuracy constraints of terrestrial Lidar data for soil erosion measurement: Application to a Mediterranean field plot. Geomorphology, 245, p. 243-254
Eltner, A., Baumgart, P.
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(2015): Analysis of Different Methods for 3D Reconstruction of Natural Surfaces from Parallel-Axes UAV Images. The Photogrammetric Record, 30(151), p. 279-299
Eltner, A., Schneider, D.
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(2015): Measuring gullies by synergetic application of UAV and close range photogrammetry - A case study from Andalusia, Spain. Catena, 132, p. 1-11
Stöcker, C., Eltner, A., Karrasch, P.
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(2015): Multi-temporal UAV data for automatic measurement of rill and interrill erosion on loess soil. Earth Surface Processes and Landforms, 40(6), p. 741-755
Eltner, A., Baumgart, P., Maas, H.-G., Faust, D.
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(2016): Image-based surface reconstruction in geomorphometry – merits, limits and developments. Earth Surface Dynamics, 4, p. 359-389
Eltner, A., Kaiser, A., Castillo, C., Rock, G., Neugirg, F., Abellan, A.
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(2016): Integrated Processing of High Resolution Topographic Data for Soil Erosion Assessment considering Data Acquisition Schemes and Surface Properties. International Archives of the Photogrammtry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI- B5, p. 813-819
Eltner, A., Schneider, D., Maas, H.-G.
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(2016): Soil surface sampling approaches for reliable radiogenic isotope tracer investigations. Soil Science, 181 (2), p. 82-88
Baumgart, P., Riedel, E., Eltner, A., Faust, D.
