Netzwerkanalyse zum Sedimenthaushalt eines Starkregenereignisses

Toni Himmelstoß veröffentlicht erstes Paper

Die Ausbreitung klimawandelbedingter geomorphologischer Veränderungen und der Sedimentexport aus Einzugsgebieten werden durch die Sedimentkonnektivität beeinflusst, die definiert ist als das Ausmaß, in dem ein geomorphisches System den Sedimenttransfer erleichtert. Die Messung und Bewertung der funktionalen Sedimentkonnektivität auf der Ebene des Einzugsgebiets bleibt eine Herausforderung. Um dieses Problem zu lösen, schlagen wir einen neuen Ansatz vor, der die Graphentheorie mit der morphologischen Methode kombiniert. Dieser Ansatz wird anhand einer detaillierten Fallstudie eines Starkregenereignisses im Jahr 2022 im Grastal, Tirol, Österreich, veranschaulicht. Zunächst wird ein Netzwerk potenzieller Sedimentkaskaden mit Hilfe einer geomorphologischen Karte, eines digitalen Höhenmodells und eines Flow-Routing-Algorithmus erstellt. Ein digitales Höhendifferenzenmodell (DoD) aus aufeinanderfolgenden Laserscanning-Datensätzen (2021, 2022 aufgenommen) wird dann verwendet, um die Sedimentflüsse abzuleiten und die "sediment delivery ratio" (SDR), das  Verhältnis aus Erosion und Sediment-Output für jede Landform zu berechnen. Die primären sedimentmobilisierenden Prozesse waren Murgänge und fluviale Erosion, wobei ein erheblicher Anteil des Murgangmaterials an Hängen abgelagert wurde und nicht den fluvialen Korridor erreichte. Im proglazialen Bereich wurde eine starke fluviale Erosion beobachtet, aber die Ausbreitung dieser geomorphologischen Veränderungen wird durch einen Schwemmfächer und einen See gestoppt. Die meisten Landformen können auf der Grundlage ihres SDR eindeutig als verbindende oder trennende Merkmale eingestuft werden. Insgesamt verließen maximal 12 % der mobilisierten Sedimente das Einzugsgebiet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass (i) kurzfristige, einzugsgebietsweite DoDs für die Bewertung der funktionalen Konnektivität auf der zeitlichen Skala eines Ereignisses wertvoll sind, (ii) die Verwendung von Landformen als grundlegende räumliche Einheiten die Identifizierung und eingehende Analyse kritischer Sedimentsenken und -quellen ermöglicht und (iii) die grafische Analyse die einzugsgebietsweite Berechnung von Sedimentlieferungsverhältnissen zwischen aussagekräftigen grundlegenden Einheiten und die Abgrenzung bedeutender Sedimentkaskaden erleichtert.

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