Gully-Erosion in agro-industriell genutzten Landschaften zwischen Hohem und Anti-Atlas
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das deutsch-marokkanische Forschungsprojekt AGASouss untersuchte von 2010-2014 die aktuelle Gully-Erosionsgefährdung in agro-industriell genutzten Landschaften zwischen Hohem und Anti- Atlas. Dafür wurden experimentelle Daten zur aktuellen Geomorphodynamik und großmaßstäbige Fernerkundungsdaten mit UAV auf verschiedenen Maßstabsebenen erhoben und zusammengeführt. Gebiete mit hoher Gully-Erosionsdichte und -risiko konnten identifiziert und die Prozessdynamik, welche im Einzugsgebiet Gully-Bildung begünstigt, quantifiziert werden. Deutlicher als erwartet zeigen die Ergebnisse, dass Gullys in agro-industriell genutzten Flächen besonders dynamisch auf planierten Feldern entstehen und wachsen. Sie stellen eine ernste Bedrohung für die nachhaltige Nutzung der hochwertigen Agrumen- und Gemüseanbauflächen dar. Hierbei sind die Prozesse der Verschlämmung und Verkrustung gegenüber den sonst häufig beobachteten Faktoren Hangneigung und Landbedeckung die dominierenden Schlüsselfaktoren: Die spezifischen physikalischen Bodenkrusten, welche die planierten Flächen oft zu 100% bedecken, vermindern das Infiltrationsvermögen, generieren hohe Oberflächenabflüsse und führen so zu unerwartet hohen Gully- Wachstumsraten. Auf planierten Flächen sind Krusten mit Plattenstruktur und Vesikeln zu finden und wasserstauende Unterbodenhorizonte zu beobachten. Hier konnten Oberflächenabflusskoeffizienten bis zu 79 % gemessen werden. Krusten mit Einzelkorn- und Aggregatstrukturgefüge sowie biogene Krusten kommen auf älteren Brachflächen vor. Niederschlagswasser kann durch aufgebrochene Krustenoberflächen und Trockenrisse anfänglich gut infiltrieren, im späteren Verlauf des Ereignisses stellt sich jedoch ein gesteigerter Oberflächenabfluss ein. Insgesamt sind die Abflusswerte in nicht planierten Flächen mit durchschnittlich 41,7 % hoch, auf planierten Flächen steigt dieser Wert jedoch auf 56,8 %. Die Bodenabträge sind auf planierten Flächen sogar um das 3,5-fache höher. Die Entwicklung der Gully-Systeme in den einzelnen Testgebieten wurde mittels eines UAV (unmanned aerial vehicle) fernerkundlich auf verschiedenen Maßstabsebenen dokumentiert. Die photogrammetrisch/GIS-technische Auswertung der großmaßstäbigen Luftbilder, ergänzt durch Satellitenbildauswertung und terrestrische photogrammetrische Aufnahmen, konnte bestätigen, dass Planierungsmaßnahmen die bei weitem größte Rolle für die Steuerung der Gully-Entwicklung spielen. Es zeigt sich, dass „ungestörte“ Gully-Systeme in Angrenzung an traditionelle Trockenfeldbauflächen über lange Zeiträume keine bzw. sehr schwache Entwicklungsraten aufweisen, nach der Zuschüttung und Planierung aber in kurzer Zeit wieder aufreißen. Deutlich stärker noch ist der erosionsverstärkende Einfluss der Planierungsmaßnahmen an den agro-industriell geprägten Standorten. Bei allen Gully- Systemen führt die Zuschüttung und Planierung zur unmittelbaren Wiedereinschneidung in das alte Gully-System mit teils dramatisch hohen Austragsraten. Bis zu 306 t ha^-1 a^-1, bezogen auf das Gully- Einzugsgebiet, konnten hier gemessen werden. Die Planierungsspuren selbst haben im Folgenden einen deutlich steuernden Einfluss auf das räumliche Abflussmuster und die lineare Einschneidung des Gully-nahen Rillen- und Rinnennetzwerks. Für die großräumige Kartierung von Gully-Erosionsflächen auf der Überblicks-Maßstabsebene wurde ein objekt-orientiertes (OBIA-) Klassifikationsverfahren entwickelt, welches von Gully-Erosion betroffene Gebiete rein auf hochauflösenden optischen Satellitenbildern detektiert und somit eine Landformenkartierung auf Grundlage von 2D- anstelle der üblicheren, aber schlechter verfügbaren 3D-Daten vornimmt. Der auf der Basis von UAV-Bildern entwickelte und dann für den gröberen Maßstab des Satellitenbildes adaptierte Regelsatz basiert auf Kantenfiltern und weiteren kontextbeschreibenden Klassifikationsregeln mit starkem Schwerpunkt auf Licht-/Schatten-Kontrasten. Die Ergebnisse konnten die grundsätzliche Eignung des entwickelten Ansatzes für die großräumigen Kartierung von Gully-Erosionsflächen bestätigen. Bei der Genauigkeitsanalyse wurde jedoch deutlich, dass eine schärfere definitorischer Abgrenzung (sowohl sprachlich wie kartierungstechnisch) verschiedener Ausprägungen von Gully-Erosion die Voraussetzung für weitere Verbesserungen darstellt. Zusammenfassend lässt sich schlussfolgern: Für die Begrenzung des Gully-Wachstums gilt es zur Verkrustung neigende Planierungen zu vermeiden, Krusten kurzfristig durch gezielte Bearbeitungsmaßnahme aufzubrechen, langfristig durch Bewuchs zu lockern und nicht zu vermeidende hohe Oberflächenabflüsse direkt in die Wadis abzuleiten!
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2012): Object-based landform mapping at multiple scales from digital elevation models (DEMs) and aerial photographs. - In: Proceedings of the 4th GEOBIA, May 7- 9, 2012, Rio de Janeiro, Brazil: 496-500
d'Oleire-Oltmanns, S., Eisank, C., Drăgut, L., Schrott, L. Marzolff, I. & Blaschke, T.
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(2012): Soil Erosion in agro-industrially used landscapes between High and Anti-Atlas. Geophysical Research Abstracts (EGU 2012 Conference Proceedings) 14: 8142
Peter, K. D., Ries, J. B., Marzolff, I. & d'Oleire-Oltmanns, S.
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(2012): Unmanned Aerial Vehicle (UAV) for monitoring soil erosion in Morocco. Remote Sensing 4: 3390-3416
d'Oleire-Oltmanns, S., Marzolff, I., Peter, K. D., & Ries, J. B.
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(2013). Infiltration rates affected by land levelling measures in the Souss valley, South Morocco. Zeitschrift für Geomorphologie Suppl. Issues 57 (1), 59–72
Peter, K.D. & Ries, J.B.
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(2013): An Object-Based Workflow to Extract Landforms at Multiple Scales From Two Distinct Data Types. IEEE Geosci. Remote Sens. Lett. 2013, 10, 947–951
d’Oleire-Oltmanns, S., Eisank, C., Dragut, L. & Blascke, T
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(2013): Controlling or boosting gully erosion? The impact of land levelling in the Souss Basin, Morocco, analysed by UAV-based remote sensing and rainfall simulations. 6th International Symposium on Gully Erosion in a Changing World, 06-12 May 2013, Iasi, Romania Book of abstracts: 19
Marzolff, I., Ries, J. B. &, d'Oleire-Oltmanns, S., Peter, K. D., Aït Hssaine, A.
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(2013): Impact of land-levelling measures on gully and soil erosion analysed by rainfall simulation and UAV remote sensing data in the Souss Basin, Morocco. Geophysical Research Abstracts (EGU 2013 Conference Proceedings) 15: 8521
Peter, K. D., d'Oleire-Oltmanns, S., Ries, J. B., Marzolff, I. & Aït Hssaïne, A.
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(2013): Morphostructural context of gullies in Taroudant, Morocco. Geophysical Research Abstracts (EGU 2013 Conference Proceedings) 15: 8255
Aït Hssaïne, A., Ghafrani, H., Peter, K. D., d'Oleire-Oltmanns, S., Ries, J. B. & Marzolff, I.
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(2014): Detection of gully-affected areas by applying objectbased image analysis (OBIA) in the region of Taroudannt, Morocco. Remote Sensing 6(9): 8287-8309
d'Oleire-Oltmanns, S., Marzolff, I., Tiede, D., & Blaschke, T.
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(2014): Gully erosion and land degradation in the Souss Basin, southern Morocco - application of airborne and terrestrial imagery and SfM procedures. Geophysical Research Abstracts (EGU 2014 Conference Proceedings) 16: 8525
Kaiser, A., Peter, K.D., Brings, C., Iserloh, T., Seeger, M., Ghafrani, H., d'Oleire-Oltmanns, S., Marzolff, I., Aït Hssaïne, A. & Ries, J.B.
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(2014): Small-scale surface reconstruction and volume calculation of soil erosion in complex Moroccan gully morphology using Structure from Motion. Remote Sensing 6(8): 7050–7080
Kaiser, A., Neugirg, F., Rock, G., Müller, C., Haas, F., Ries, J. B. & Schmidt, J.
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(2014): Soil erosion in gully catchments affected by land-levelling measures in the Souss Basin, Morocco, analysed by rainfall simulation and UAV remote sensing data. Catena 113: 24-20
Peter, K. D., d'Oleire-Oltmanns, S., Ries, J. B., Marzolff, I. & Aït Hssaïne, A.
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(2014): Specific target objects – specific scale levels? Application of the estimation of scale parameter 2 (ESP2) tool for the identification of scale levels for distinct target objects. South Eastern European Journal of Earth Observation and Geomatics 25 (3): 579-584
d'Oleire-Oltmanns, S. & Tiede, D.
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(2015): Sustainability of land reclamation measures in erosional badlands: A comparative perspective on semi-arid landscapes of South Morocco and Central India. Geophysical Research Abstracts, Vol. 17, EGU2015-9825
Marzolff, I., Pani, P., Mohapatra, S., Ghafrani, H. & Aït Hssaine, A.
