Quantifizierung der Konnektivität von Sedimentkaskaden in alpinen Geosystemen

  • Die Konnektivität von Sedimentkaskaden beschreibt die Kopplungsbeziehung zwischen den Teilsystemen der Kaskade über sedimentverlagernde Prozesse, sowie das Einwirken dieser Beziehung auf den Sedimenttransportprozess. Über diesen Sedimenttransportprozess wiederum bestimmt die Konnektivität wesentlich den Sedimenthaushalt von Einzugsgebieten sowie deren Sensitivität gegenüber externen Einflüssen und Impulsen (z.B. Klimawandel, Extremereignisse). Vor dem Hintergrund zahlreicher qualitativer Untersuchungen von Konnektivität und Kopplung (z.B. Hang-Gerinne-Kopplung) wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur Quantifizierung der Grobsediment-Konnektivität entwickelt. Auf Grundlage von Digitalen Geländemodellen (DGM) werden für drei alpine Einzugsgebiete (Horlachtal, Reintal und Lahnenwiesgraben) mit Geographischen Informationssystemen (GIS) durch numerische Prozessmodelle die Prozessverläufe und Prozessraumzonen der geomorphologischen Prozesse Steinschlag, (Hang-)Murgang und fluvialer bzw. hangaquatischer Abtrag ermittelt. DieDie Konnektivität von Sedimentkaskaden beschreibt die Kopplungsbeziehung zwischen den Teilsystemen der Kaskade über sedimentverlagernde Prozesse, sowie das Einwirken dieser Beziehung auf den Sedimenttransportprozess. Über diesen Sedimenttransportprozess wiederum bestimmt die Konnektivität wesentlich den Sedimenthaushalt von Einzugsgebieten sowie deren Sensitivität gegenüber externen Einflüssen und Impulsen (z.B. Klimawandel, Extremereignisse). Vor dem Hintergrund zahlreicher qualitativer Untersuchungen von Konnektivität und Kopplung (z.B. Hang-Gerinne-Kopplung) wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur Quantifizierung der Grobsediment-Konnektivität entwickelt. Auf Grundlage von Digitalen Geländemodellen (DGM) werden für drei alpine Einzugsgebiete (Horlachtal, Reintal und Lahnenwiesgraben) mit Geographischen Informationssystemen (GIS) durch numerische Prozessmodelle die Prozessverläufe und Prozessraumzonen der geomorphologischen Prozesse Steinschlag, (Hang-)Murgang und fluvialer bzw. hangaquatischer Abtrag ermittelt. Die GIS-Modelle werden im Feld und mittels Luftbildkartierungen kalibriert und validiert. Über einen an der Graphentheorie orientierten Ansatz wird die Kopplung zwischen den jeweiligen Prozessen durch neu entwickelte numerische Modelle abgebildet und quantifiziert. Die entwickelten Modelle und durchgeführten Untersuchungen ermöglichen u.a. die Erstellung von aktual-Geomorphologischen Karten (aGMK) der Untersuchungsgebiete, die Ermittlung der an einen beliebigen Punkt oder an ein beliebiges Gerinnenetz gekoppelten Flächen sowie die Quantifizierung dieser Kopplung. Dadurch lassen sich Zusammenhänge zwischen Kopplung und Gebietseigenschaften wie z. B. Hangneigung oder Einzugsgebietsgröße untersuchen. Des weiteren kann ein flächenbezogener Konnektivitätsindex abgeleitet werden, welcher den momentan durch die betrachteten Prozesse gekoppelten Flächenanteil für ein gegebenes Einzugsgebiet und regionale Unterschiede hinsichtlich der Kopplungsintensität darstellt. Dies ermöglicht den Systemvergleich von Einzugsgebieten mit unterschiedlicher naturräumlicher Ausstattung.show moreshow less
  • The connectivity of sediment cascades describes the coupling relationship between subsystems of the cascade established by sediment transport processes and the influence of this relationship on the sediment transporting process. Through this influence connectivity has a significant impact on the sediment budget of catchments and their sensitivity towards external influences and impulses (e.g. environmental change, climate change, extreme events). On the backdrop of numerous qualitative descriptions of connectivity (e.g. on hillslope-channel coupling) the present study aims at developing a method for the quantification of coarse sediment connectivity. Numerical GIS-based models are applied to digital elevation models (DEM) of three alpine meso-scale catchments (Horlachtal, Reintal and Lahnenwiesgraben) to obtain process areas by delineating the trajectories and process domains of selected geomorphic processes in alpine environments (rock fall, slope-type debris flows, slope aquatic and fluvial processes). The models areThe connectivity of sediment cascades describes the coupling relationship between subsystems of the cascade established by sediment transport processes and the influence of this relationship on the sediment transporting process. Through this influence connectivity has a significant impact on the sediment budget of catchments and their sensitivity towards external influences and impulses (e.g. environmental change, climate change, extreme events). On the backdrop of numerous qualitative descriptions of connectivity (e.g. on hillslope-channel coupling) the present study aims at developing a method for the quantification of coarse sediment connectivity. Numerical GIS-based models are applied to digital elevation models (DEM) of three alpine meso-scale catchments (Horlachtal, Reintal and Lahnenwiesgraben) to obtain process areas by delineating the trajectories and process domains of selected geomorphic processes in alpine environments (rock fall, slope-type debris flows, slope aquatic and fluvial processes). The models are calibrated and validated by field data and aerial photography interpretation. A framework based on graph theory is developed and applied to delineate and quantify the coupling between the modeled geomorphic processes. The developed models and conducted studies enable among other things the creation of actual geomorphological maps (aGMK) of the study areas, the detection of the area which is coupled to a certain point or channel network, and the quantification of this coupling, thus allowing further inquiry into interrelations between coupling and spatial features like slope or catchment area. Furthermore, an area specific index of connectivity can be derived which delineates the actual coupled area and the intensity of the coupling relationships, which allows to compare catchments with different geographical configurations.show moreshow less

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Metadaten
Author:Thiel, Markus
URN:urn:nbn:de:bvb:824-opus4-1081
Advisor:Prof. Dr. Becht, Michael
Document Type:Doctoral thesis
Language of publication:German
Online publication date:2013/08/26
Publishing Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt
Awarding Institution:Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt, Mathematisch-Geographische Fakultät
Date of final examination:2013/05/28
Release Date:2013/08/26
Tag:Konnektivität; Sedimentkaskade
GND Keyword:Geomorphologie; Hochgebirge; Geosystem; SAGA <Geoinformationssystem>; Geoinformationssystem
Pagenumber:X, 174 S.
Faculty:Mathematisch-Geographische Fakultät / Geographie
CCS-Classification:J. Computer Applications / J.2 PHYSICAL SCIENCES AND ENGINEERING / Earth and atmospheric sciences
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie
JEL-Classification:Y Miscellaneous Categories
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