🏞️ Bodenerosions- & Abflusssimulation

Die Regenintensität legt fest, wie viel Wasser bei jedem Takt auf den Hang fällt; der Hangwinkel legt die Steilheit fest und erzeugt das Geländeprofil neu; die Vegetationsbedeckung skaliert die Erosionsrate herunter, um Wurzelbindung und Kronenschutz darzustellen; die Bodentypauswahl wechselt zwischen Sand, Lehm und Ton, jeweils mit unterschiedlichen Infiltrations- und Erodierbarkeitskonstanten; und Zurücksetzen stellt einen frischen, leicht welligen Hang mit auf null gesetzter Erosionsbilanz wieder her.

Sandböden haben große Porenräume, sodass Wasser schnell infiltriert und weniger abfließt, aber einzelne Sandkörner binden sich nur schwach aneinander, sodass sie leicht abgelöst werden, sobald Wasser fließt. Tonpartikel sind extrem fein und binden sich eng aneinander, wodurch sie Ablösung widerstehen, aber die winzigen Poren des Tons lassen Wasser langsam infiltrieren, sodass der größte Teil des Regens zu Abfluss wird. Lehm liegt dazwischen, was einer der Gründe ist, warum er in der Landwirtschaft geschätzt wird.

Es ist eine laufende Summe der gesamten Bodenmasse, die das Modell seit dem letzten Zurücksetzen des Geländes vom Hang entfernt hat, aufsummiert über jede Spalte und jeden simulierten Takt. Sie steigt am schnellsten, wenn der Regen stark ist, die Vegetation gering, der Hang steil und der Boden erodierbar ist, und gibt Ihnen eine einzige Zahl, um verschiedene Einstellungen miteinander zu vergleichen.

Fließendes Wasser kann jeweils nur eine begrenzte Menge Sediment transportieren, die sogenannte Transportkapazität, die davon abhängt, wie viel Wasser fließt und wie steil das lokale Gefälle ist. Wenn erodiertes Material diese Kapazität übersteigt — zum Beispiel dort, wo sich der Hang abflacht —, wird das überschüssige Sediment wieder abgelagert und baut weiter unten im Profil Material auf, statt zu verschwinden.

Es erfasst das korrekte qualitative Verhalten und die grundlegende nichtlineare Stream-Power-Beziehung, die in der realen geomorphologischen Forschung verwendet wird, ist aber ein vereinfachter eindimensionaler Querschnitt statt eines vollständigen zweidimensionalen hydrologischen Modells. Reale Landschaften beinhalten auch Grundwasserfluss, Bodenschichtung und Verwitterungsprozesse, die diese Simulation nicht nachzubilden versucht.

Abfluss akkumuliert sich beim Bergabfließen, da jede Spalte ihren eigenen Regenbeitrag zu dem bereits von oben ankommenden Fluss hinzufügt. Da die Erosion im Stream-Power-Modell von diesem akkumulierten Fluss abhängt, erleben Punkte weiter unten am Hang typischerweise sowohl mehr Wasser als auch, wenn der Hang gut entwickelt ist, ähnliche oder steilere lokale Gefälle — sodass die Erosion selten gleichmäßig ist und sich tendenziell flussabwärts konzentriert.

Stream-Power-Erosionsmodelle liegen der Hochwasserrisikokartierung, der landwirtschaftlichen Bodenschutzplanung, dem Flusskanalbau und Landschaftsentwicklungsstudien zugrunde, die genutzt werden, um zu rekonstruieren, wie sich Gebirgszüge und Talnetze über geologische Zeiträume gebildet haben. Dieselben Prinzipien leiten praktische Entscheidungen wie Konturpflügen, Terrassierung und Aufforstung, um Ackerland vor Abflussschäden zu schützen.