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Bodenphysikalische Eigenschaften und Bodenfeuchte in quartären Deckschichten als Dispositionsfaktoren von Massenbewegungen

Martin Klose1, Bodo Damm2
1 Universität Vechta, Institut für Strukturforschung und Planung in agrarischen Intensivgebieten, Universität Göttingen, Geographisches Institut
2 Universität Vechta, Institut für Strukturforschung und Planung in agrarischen Intensivgebieten

V 6.8 in Quartäre Landschaftsentwicklung - ein Schlüssel zum Verständnis aktueller Georisiken

19.09.2012, 17:20-17:40, H8

In den Buntsandsteingebieten des Sollinggewölbes in Nordhessen und Südniedersachsen ereignen sich Massenbewegungen häufig in quartären Deckschichten (Abb. 1), insbesondere während lang andauernder Feuchtephasen, die den Aufbau hoher Bodenwassergehalte wesentlich steuern. Über Festgesteinen des Mittleren Buntsandsteins sind im Untersuchungsgebiet vor allem spätpleistozäne Fließerden weit verbreitet, die im Zusammenhang mit kaltzeitlichen Solifluktionsprozessen entstanden sind. Hohe Bodenfeuchte verstärkt die Rutschanfälligkeit dieser Sedimente, deren Feinböden, vor allem schwach sandige Lehme, stark lehmige Sande und schluffig-lehmige Sande, bei Wasserzutritt schnell von steif-halbfester in breiige bis zähflüssige Konsistenz übergehen.

Dieser Beitrag präsentiert auf Basis einer Bodenfeuchtesimulation und einer Rutschungsdatenbank, dass Massenbewegungen in quartären Deckschichten Nordhessens und Südniedersachsens bevorzugt in mehrmonatigen Phasen mit positiven Anomalien der Bodenfeuchte auftreten.

Die Simulation der monatlichen Bodenfeuchte erfolgt für den Zeitraum 1953-2011 mittels eines gekoppelten, einschichtigen Bodenwasserhaushaltsmodells nach HLUG (2003) und Ernstberger (1987). Dieses Modellierungsverfahren berücksichtigt zusätzlich zu den klimatischen Parametern Niederschlag, Temperatur und relative Luftfeuchte auch bodenphysikalische und pflanzenphysiologische Eingangsgrößen, wie Feldkapazität, Haude-Faktor und bestandestypische Interzeption. Entsprechende Werte beziehen sich auf Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes, Ergebnisse von Feldarbeiten und Laboranalytik sowie forstliche Bestandsinformationen. Die monatliche Bodenfeuchte wird in diesem Modell mit den berechneten Werten des Bodenwassergehalts des Vormonats, des Monatsniederschlags und der bestandestypischen aktuellen Evapotranspiration simuliert. Informationen über die 76 berücksichtigten Rutschereignisse stammen aus der Datenbank „Gravitative Massenbewegungen in Mittelgebirgsräumen“ (Damm 2012).

Die mittels der Modellsimulation zwischen 1953-2011 identifizierten Zeiträume, in denen die Bodenfeuchte stark positiv von den errechneten Mittelwerten der hydrologischen Jahreszeiten abweicht, weisen eine starke Übereinstimmung mit den rekonstruierten Rutschungsphasen auf. Mehrmonatige positive Anomalien der Bodenfeuchte und Ereigniscluster fallen insbesondere in den Jahren 1965-70, 1974, 1981/82, 1999/2000 und 2002/03 zusammen. Massenbewegungen sind im Untersuchungsgebiet nahezu ausschließlich an monatliche Bodenwassergehalte von ≥ 400 mm gebunden. Monatswerte oberhalb dieses kritischen Schwellenwertes treten mit vergleichsweise niedrigen Rekurrenzintervallen auf, was teils zu hohen bedingten Rutschungswahrscheinlichkeiten führt. Die Vorlaufzeiten von Massenbewegungen erreichen bis zu 16 Monate, 86 % der Ereignisse geht jedoch eine Feuchtephase von ≤ 6 Monate voraus.

Die Ergebnisse des Beitrags zeigen einerseits, dass die physikalischen und bodenhydrologischen Eigenschaften der quartären Deckschichten wesentlich zur Disposition von Massenbewegungen in den Buntsandsteingebieten Nordhessens und Südniedersachsens beitragen. Andererseits führten Hebungsprozesse im Buntsandstein des Sollinggewölbes, der durch eine Wechselschichtung von Sand- und Schluffsteinfolgen mit wasserundurchlässigen Ton(stein)schichten gekennzeichnet ist, zu einer stellenweise intensiven Zerschneidung der Buntsandsteintafel in voneinander abgetrennte Blöcke mit schräg gestellten und teilweise rotierten Gesteinsschichten. Diese tektonisch bedingten Eigenschaften der Buntsandsteinfolgen, die insbesondere auf Hebungs- und Kippungsprozesse im Verlauf des Quartärs zurückzuführen sind, haben indirekten Einfluss auf Massenbewegungen in den auflagernden Hangsedimenten (Damm et al. 2010). Schicht- und Kluftwasserabfluss über wasserundurchlässigen Schichten im Anstehenden verursacht eine Durchfeuchtung der Deckschichten im Hangenden. Massenbewegungen sind daher bevorzugt an Positionen gebunden, in denen Hangquellen insbesondere nach lang anhaltenden Niederschlägen auftreten.

Quellen:

Damm, B., Becht, M., Varga, K., Heckmann, T. (2010). Relevance of tectonic and structural parameters in Triassic bedrock formations to landslide susceptibility in Quaternary hillslope sediments. Quaternary International 222: 143-153.

Damm, B. (2012). Gravitative Massenbewegungen in Mittelgebirgsräumen. Datenbank deutscher Mittelgebirgsraum von 1137-2012. Stand Mai 2012. Vechta.

Ernstberger, H. (1987). Einfluss der Landnutzung auf Verdunstung und Wasserbilanz. Bestimmung der aktuellen Evapotranspiration von unterschiedlich genutzten Standorten zur Ermittlung der Wasserbilanz von Einzugsgebieten in unteren Mittelgebirgslagen Hessens. Verl. Beiträge zur Hydrologie 1987. Kirchzarten.

HLUG (2003). GIS-based modelling of regional groundwater recharge in Hesse, Germany. Hydrologie in Hessen 1: 3-102.

 

Abb. 1. Rutschung in wasserübersättigten quartären Deckschichten des Oberwesertals in Südniedersachsen
Abb. 1. Rutschung in wasserübersättigten quartären Deckschichten des Oberwesertals in Südniedersachsen



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Letzte Änderung 14.08.2012