Das Zusammenspiel von Oberflächenrauheit und -abfluss und dessen Potenzial zur dezentralen Minderung von Sturzfluten durch Hecken

Dieser Artikel untersucht das Zusammenspiel von Oberflächenrauheit und Oberflächenabfluss und analysiert das Potenzial von Hecken als Maßnahme zur dezentralen Hochwasserminderung mit Hilfe eines vereinfachten physikalisch-basierten Modells. Untersuchungsgebiet ist das 3,5 km² große Weiherbach-Einzugsgebiet, das sich in einer Lösslandschaft in Südwestdeutschland befindet. Zunächst wird die Rückkopplung der Oberflächenrauheit auf die Abflussbildung auf der Plotskala untersucht, a) an Daten von Freiland-Beregnungsversuchen und b) mit numerischen Experimenten. Abschließend erfolgt eine Analyse der Wirkung von Heckenstreifen auf Einzugsgebietsebene, exemplarisch an der im Untersuchungsgebiet im Juni 1994 beobachteten Sturzflut, in Anlehnung an das Keyline-Design.
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Auf einer Fließstrecke von 12 m zeigen die numerischen Experimente eine Reduktion in der Oberflächenabflusswelle von bis zu 9 % auf sehr rauen Oberflächen. Die Simulationen auf Einzugsgebietsebene verdeutlichen, dass 7 Heckenstreifen das Volumen der Oberflächenabflusswelle um 62 % und den Scheitel um 55 % im Vergleich zur Referenzvariante reduzieren können. Die Studie zeigt zum einen, dass bei Rauheits- und/oder Infiltrationswechsel entlang des Hangs eine gekoppelte Betrachtung von Oberflächenrouting und Infiltration zwingend erforderlich ist, zum anderen weist sie nach, dass sich durch den Einsatz solcher Modelle das Potenzial von Hecken zur Hochwasserminderung quantifizieren lässt und sie somit bei der Planung leichter zu berücksichtigen sind.

This article examines the interaction between surface roughness and surface runoff and analyses the potential of hedgerows as a measure for decentralised flood mitigation, using a simplified physical-based model. The study area is the 3.5 km² Weiherbach catchment, situated in a loess landscape in southwestern Germany. First, the feedback of surface roughness on runoff formation is investigated using a) data from artificial rainfall experiments and b) numerical experiments. Finally, at the catchment scale, the effect of hedgerows based on the Keyline design is examined, using the flash flood observed in the study area in June 1994 as an example.
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The numerical experiments show a reduction in the surface runoff wave on very rough surfaces of up to 9 % on a 12 m long plot. The simulations at the catchment scale illustrate that 7 hedgerows can reduce the volume of the surface runoff wave by 62 % and the peak by 55 % compared to the reference simulation. The study shows, on the one hand, that a coupled modelling of surface routing and infiltration is absolutely necessary in the case of changes in roughness and/or infiltration along the hillslope. On the other hand, it demonstrates that the use of such models makes it possible to quantify the potential of hedgerows for flood mitigation, allowing them to be taken into account in planning