Anwendung des TUB-BGR-Verfahrens zur Berechnung der Sickerwasserrate auf Basis der BÜK 200

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1 Anwendung des TUB-BGR-Verfahrens zur Berechnung der Sickerwasserrate auf Basis der BÜK Die Bodenübersichtskarte 1: (BÜK 200) - allgemein - Flächeninhaltsbeschreibung / Flächendaten - Anwendung des Verfahrens - Eingangsdaten - Arbeitsschritte - Ergebnis Krug, D., Stolz, W., Stegger, U.

2 Anlass Aufgaben der BGR u.a.: Länder übergreifende Bereitstellung geowissenschaftlicher Daten und deren thematische Auswertung für Beratungszwecke. - Diese Aufgabe ist für den Boden vor dem Hintergrund des Bundes-Bodenschutzgesetzes (BBodSchG) und der EU-Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL)) von besonderer Bedeutung und Aktualität. Entwicklung von bundesweit einheitlichen bodenkundlichen Auswertungsmethoden Ein Beispiel hierfür ist das TUB-BGR-Verfahren (WESSOLEK et al. 2003) zur Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden (SWR). Zweck Erster methodischer Test einer thematischen Auswertung der BÜK 200 / Testblatt CC7918 Stuttgart- Süd (WALDMANN & RILLING 2000) Beantwortung der Fragen: Werden Methoden und Datenbank (logisches Modell, Struktur) den Anforderungen gerecht? Stellt die BÜK 200 eine adäquate Datengrundlage (Datenqualität, Datenumfang, Art der Daten) für aktuelle und komplexe thematische Auswertungen dar? Bestehen auf der methodischen Seite und/oder bei der Datenbank/Datenbasis Defizite ( Forschungsbedarf)?

3 Die Bodenübersichtskarte 1: (BÜK 200) Prinzip der Flächeninhaltsbeschreibung Legendeneinheit Flächenrepräsentative, nutzungsspezifische Bodenformen/Bodenprofile Geologische Schichen Bodenhorizonte 25 % Grünland 10 % Acker Flächenanteil an der Legendeneinheit: 40 % Acker 25 % Wald PP-BB: p-s/fg-s BBn: p-s/fg-s BB-SS: p-s/g-l SS-BB: p-s/fg-s//g-l

4 Die Bodenübersichtskarte 1: (BÜK 200) Datenbank Kartenblatt Bodenlandschaftliche Zuordnung Bodenregion Bodengroßlandschaft Kartenlegende Legendeneinheit Legendeneinheit Bodensystematische Einheit Substratsystematische Einheit Erklärung: Bodenform Geologische Schicht Rahmen-/ Generallegende Relief Landnutzung Bodenwasser Datenmodell / Datenbankstruktur Tabelle 1 n Bodenhorizont BÜK 200 Tabelle

5 Die Bodenübersichtskarte 1: (BÜK 200) Inhalt der Datenbank: Attribute* Legendeneinheit Bodenform / Profil Bodenhorizont / Geologische Schicht Geologisch Allgemein Landnutzung Relief Bodenkundlich Bodengesellschaft: Leit- und Begleitböden (verbale und verschlüsselte Beschreibung) Bodensystematische Einheit Horizontober- und untergrenze Grobbodenart und -anteil Humusgehalt Humusform Horizontsymbol Lagerungsdichte Kalkgehalt Substratsystematische Einheit Flächenanteil Art der Landnutzung Neigung Feinbodenart Bodengefüge ph-wert Schichtober- und untergrenze Geogenese Bodenausgangsgestein Verteilungsmuster Bodenwasser Grundwasserstand * Auswahl der wichtigsten Attribute

6 Die BÜK 200 als Teil des FISBo BGR: Bodenkundliche und bodenkundlich relevante Basisdaten (z.b. BÜK 200) Methodenbank: Parametrisierung Profileigenschaften Flächendatenbank: Verknüpfungsregeln Bodenkennwerte Auswertungsmethoden Parametrisierung Bodenfunktionen, Bodenpotenziale, Bodenbelastungen, Bodengefährdungen Standorteigenschaften Darstellung Darstellung Darstellung Bodengesellschaften / Bodeneigenschaften Bsp.: Hydrologischer Bodentyp Bsp.: Sickerwasserrate aus dem Boden

7 Ermittlung des Oberflächenabflusses für die Berechnung der SWR Um die SWR nach dem TUB-BGR-Verfahren zu ermitteln, ist es erforderlich, zunächst den Oberflächenabfluss (OA) abzuschätzen. Methode zur Ermittlung des OA nach Nicola Martin (BGR/B1.24) (basiert auf Curve Number-Verfahren) Die Methode differenziert in der Berechnung des OA nach: Bodenart Feinboden, Skelett, Schichtung Landnutzung Hydrologischer Bodentyp Hydrologischer Bodentyp (A, B, C, D) nach DVWK 113 (DVWK 1984) > kennzeichnet Versickerungsvermögen entsprechend Bodenart/Schichtung Unterscheidung von Acker, Wald und Grünland Niederschlag (Jahr) Häufigkeit Niederschlagsereignisse, Niederschlagsmenge Oberflächenabfluss (OA) Geländeneigung

8 Ermittlung des OA Übertragung in die Fläche Bodendaten (BÜK 200) P1 - P5 Profil / Bodenform P1: 40 % P2: 20 % A A G W P3: 20 % P4: 10 % A P5: 10 % Hydrologischer Bodentyp (A, B, C, D) Landnutzungsdaten: (CORINE LC) Zuordnung der Hydrologischen Bodentypen zu den Verschneidungsgeometrien Hangneigung Acker P4 Grünland B P1 - P5 heterogene Nutzung P1-3 B P4-5 D P3 P2 C P1 B B D B P5 P4 Acker: P1: 50 % Flächengew., P2: 25 % Flächengew., P3: 25 % Flächengew. Grünland: P4: 100 % Flä.-gew. Heterogene Nutzung: P4, P5: jew. 50 % Flächengew. Jahresniederschlag Oberflächenabfluss

9 Ermittlung des Oberflächenabflusses für die Berechnung der SWR Eingangsdaten Boden Hintergrund: Relief (Schummerungsdarstellung) Ausschnitt BÜK 200 Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

10 Ermittlung des Oberflächenabflusses für die Berechnung der SWR Zwischenergebnis/ Eingangsdaten Hydrologischer Bodentyp (Versickerungsvermögen) Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

11 Ermittlung des Oberflächenabflusses für die Berechnung der SWR Eingangsdaten Relief (Hangneigung) Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

12 Ermittlung des Oberflächenabflusses für die Berechnung der SWR Ergebnis Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

13 Flussplandiagramm zur Berechnung der jährlichen Sickerwasserrate aus dem Boden Oberflächenabfluss Bodenart Lagerungsdichte Humusgehalt We 1.1 We nfk nfkwe TUB-BGR- Verfahren SWR Mittlere jährliche Sickerwasserrate aus dem Boden (SWR) Horizontsymbol nfkwe Bodenart Lagerungsdichte Horizontsymbol Landnutzung 1.16 Kapillare Aufstiegsrate Mittlere Dauer kapillarer Aufstieg Begrenzter mittlerer kapillarer Aufstieg FAO-Grasreferenzverdunstung Korrigierter Niederschlag Som. Korrigierter Niederschlag Jahr Verknüpfungsregeln zur Ermittlung von Bodenkennwerten

14 Ermittlung der SWR Übertragung in die Fläche Bodendaten (BÜK 200) P1 - P5 Profil / Bodenform P1: 40 % P2: 20 % P3: 20 % P4: 10 % A A A G W P5: 10 % Landnutzungsdaten: Grünland (CORINE LC) Acker heterogene Nutzung Zuordnung der Profile zu den Verschneidungsgeometrien P4 P1-3 P4, P5 Acker: P1: 50 % Flächengew., P2: 25 % Flächengew., P3: 25 % Flächengew. Grünland: P4: 100 % Flä.-gew. Heterogene Nutzung: P4, P5: jew. 50 % Flächengew. Oberflächenabfluss Sommerniederschlag Jahresniederschlag Verdunstung Sickerwasserrate

15 Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden Eingangsdaten Landnutzung Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

16 Zuordnung von CLC-Kategorien zu den 4 Nutzungsarten für die SWR-Berechnung (Beispiele) CLC - Schlüssel 112 Nicht durchgängig städtische Prägung Beschreibung Acker Grünland Laubwald Nadelwald 25 % 50 % 25 % 0 % 141 Städtische Grünflächen 0 % 60 % 40 % 0 % 211 Nicht bewässertes Ackerland 100 % 0 % 0 % 0 % 221 Weinbauflächen 0 % 30 % 70 % 0 % 222 Obst- und Beerenobstbestände 0 % 30 % 70 % 0 % 231 Wiesen und Weiden 0 % 100 % 0 % 0 % 243 Landw. genutztes Land mit Flächen natürl. Bodenbedeckung 35 % 40 % 25 % 0 % 311 Laubwälder 0 % 0 % 100 % 0 % 312 Nadelwälder 0 % 0 % 0 % 100 % 313 Mischwälder 0 % 0 % 50 % 50 % 321 Natürliches Grünland 0 % 100 % 0 % 0 % 322 Heiden und Moorheiden 0 % 70 % 30 % 0 % 324 Wald-Strauch-Übergangsstadien 0 % 70 % 30 % 0 % 411 Sümpfe 0 % 75 % 25 % 0 %

17 Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden Eingangsdaten Niederschlag (Jahr) Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

18 Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden Ergebnis (hinterlegt mit Geländemodell/Schummerungsdarstellung) Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

19 Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden Ergebnis (hinterlegt mit Topographie) Ausschnitt Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

20 Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden Ergebnis Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd

21 Ergebnis, Fazit Die mittlere jährliche Sickerwasserrate aus dem Boden (SWR) bzw. deren räumliche Verteilung ist in Deutschland in erster Linie vom Niederschlag abhängig und wird erst danach von den Einflussgrößen Nutzungsart und Bodeneigenschaften bestimmt. D.h. Bodeneigenschaften werden für die SWR bzw. ihr Raummuster umso bedeutender, je geringer der Niederschlag ist. Insgesamt gesehen, lässt sich feststellen, dass die BÜK 200-Datenbank für komplexe thematische Auswertungen, wie die Ermittlung der SWR, geeignet ist. Bei den verwendeten Methoden für die Ermittlung der bodenhydrologischen Kennwerte wurde weiterer Forschungsbedarf erkennbar - z.b. bei der Ableitung des Oberflächenabflusses bei nicht ackerbaulicher Nutzung (Siedlungsgebiete und weitere Bereiche komplexer Landnutzung) und bei der Ermittlung des Oberflächenabflusses oder des kapillaren Aufstieges bei geschichteten Profilen.

22 Literaturhinweise AD-HOC-AG Boden (2000): Methodendokumentation Bodenkunde. 2. Aufl., Geol. Jb. SG1; Hannover. BUNDESMINISTER FÜR UMWELT; NATURSCHUTZ UND REAKTORSICHERHEIT (BMU) (Hrsg.) (2000): Hydrologischer Atlas von Deutschland. 1. Lieferung, 107 S.; Bonn. DUIJNISVELD, W., HENNINGS, V., STOLZ, W., MARTIN, N., RICHTER, A. & J. BEHRENS (2003): Mittlere jährliche Sickerwasserrate aus dem Boden. In: BMU (Hrsg. 2003): Hydrologischer Atlas von Deutschland, 3. Lfg., Freiburg i. Br. DVWK (1984): Arbeitsanleitung zur Anwendung von Niederschlags-/Abfluss-Modellen in kleinen Einzugsgebieten. DVWK-Regeln 113, Verlag P. Parey KRUG, D. & R. HARTWICH (2001): Die Flächendatenbank der Bodenübersichtskarte 1: : Basisdaten für den länderübergreifenden Bodenschutz. Z. angew. Geol., 47/2: ; Hannover. KRUG, D., STOLZ, W., STEGGER, U. & W. ECKELMANN (2003): Ermittlung der Sickerwasserrate aus dem Boden auf der Grundlage der Bodenübersichtskarte 1: (BÜK 200). Mitt. Dt. Bodenkd. Ges. 102/2: ; Oldenburg. WALDMANN, F. & RILLING, K. (2000): Blatt CC 7918 Stuttgart-Süd. - Bodenübersichtskarte 1:200:000 (BÜK 200); Hannover (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten der Bundesrepublik Deutschland) WESSOLEK, G., DUIJNISVELD, W. & S. TRINKS (2003): Die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur bundesweit einheitlichen Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden. Wasser und Boden (In Vorbereitung). WESSOLEK, G. & W. DUIJNISVELD (2003): Ein neuen Verfahrens zur Berechnung der Sickerwasserrate aus dem Boden Mitt. Dt. Bodenkd. Ges. 102/2: ; Oldenburg.