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Universität Tübingen (2015)

Integrated Assessment of Gully Erosion Processes, Using Multispectral Remote Sensing, Stochastic Modelling, and GIS-based Morphotectonic Analysis ; A Case Study in the Southwest of Iran

Zakerinejad, Reza

Titre : Integrated Assessment of Gully Erosion Processes, Using Multispectral Remote Sensing, Stochastic Modelling, and GIS-based Morphotectonic Analysis ; A Case Study in the Southwest of Iran

Auteur : Zakerinejad, Reza

Université de soutenance : Universität Tübingen

Grade : Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) 2015

Résumé
Bodenerosion und besonders Gully-Erosion sind zwei der hauptverantwortlichen Erscheinungen auf der Erde, die zu einer Abnahme der Produktivität von Böden und zur Verunreinigung von Wasserressourcen führen. Gully-Erosion gehört zu den intensivsten Prozessen der Land-Degradation, besonders in großen Teilen Irans, die ackerbauliche Nutzung und Weideland bedrohen. Vorangegangenen Studien zufolge zählen das anstehende Gestein, die Vegetationsdichte, die Topographie und die Landnutzung und ihre Veränderung zu den Hauptursachen für Bodenerosion und Gully-Erosion im Speziellen. Im ersten Teil der Arbeit wird die Anfälligkeit des Mazayjan-Beckens (MZJ) im Südwesten Irans hinsichtlich der Gully-Erosion ermittelt. Hierfür wurden eine detaillierte digitale Geländeanalyse sowie eine stochastische Modellierung basierend auf den Prinzipien der mechanischen Statistik durchgeführt. Zu den Geländeparametern mit dem größten Einfluss zählen der Konvergenz Index, die Horizontalwölbung sowie die Hangneigung. Gully-Erosion ist die einflussreichste Form der Wasser-Erosion und trägt signifikant zur Sedimentdynamik im Einzugsgebiet bei. Aus diesem Grund wurden im zweiten Teil dieser Arbeit Geographische Informationssysteme und Fernerkundungsdaten eingesetzt, um Eingabedaten für die numerischen Modelle zu generieren, welche Erosions- und Ablagerungsraten im MJZ-Becken ermitteln. Da verschiedene Mechanismen wie Graben-, Sheet- und Gully-Erosion im Untersuchungsgebiet vorkommen, wurde das Unit Stream Power-based Erosion Deposition-Modell (USPED) in Kombination mit dem Stream Power Index (SPI) und der Flow Accumulation (FA) ausgewählt. Den Berechnungen zufolge, bei welchen die USPED angewandt und Gully- Erosion durch den SPI ermittelt wurde, sind rund 17,5 % der Flächen im Untersuchungsgebiet stabil oder von sehr geringen Erosions- und Ablagerungsraten betroffen. 28,2 % hingegen unterliegen sehr hoher Erosion und 19,2 % sind von Ablagerungsprozessen betroffen. Tektonische Aktivität im Untersuchungsgebiet, welches Teil der Zargos-Berge (ZM) ist, trug in der Vergangenheit signifikant zur Ausbildung der Abflussbedingungen bei und dadurch zur Entwicklung der Landschaft. Jüngere tektonische Prozesse (Oberes Quartär) in Form von Erdbeben und damit verbundenen Hebungsprozessen, Brüchen und Verwerfungen sind in großen Teilen des Untersuchungsgebiets noch aktiv. Im dritten Teil dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf der Ermittlung der Anfälligkeit geologischer Formationen hinsichtlich der Gully-Erosion, welche auch durch die jüngeren tektonischen Aktivitäten verursacht wurden Dies erfolgte anhand von Digitalen Oberflächenmodellen (DEMs) unterschiedlicher Herkunft (ASTER-Daten, Topographische Karten und Luftbilder) und räumlicher Auflösung (30 m, 10 m und 5 m). Weitere Untersuchungen zum Vorkommen von Gullysystemen und tektonischen Aktivitäten, wie beispielsweise die Analyse von Flußeinzugsgebietsmorphologien sowie der Analyse der Longitudinalprofile der Vorfluter, zeigen dass die Gebiete, welche besonders anfällig gegenüber Gully-Erosion sind, durch Hebungen und Verwerfungen geprägt sind. Die Software TecDEM wurde verwendet, um abrupte Veränderungen im Flussprofil im mittleren Bereich des Einzugsgebiets (alluviale Ablagerungen) zu ermitteln. Folglich deutet das Vorhandensein von “Knickpoints“ tektonische Aktivitäten an, welche wiederum die Erosionsprozesse entlang des Flussprofils verändern. Die Ergebnisse zeigen, dass starke Gully-Erosion in Zusammenhang mit diesen tektonischen Aktivitäten steht, insbesondere im Südwesten des MZJ-Beckens.Im letzten Teil dieser Arbeit wurde die Anfälligkeit für Gully-Erosion in einem GIS-basierten stochastischen Modell, dem “Maximum Entropy Modell“ regionalisiert. Dies erfolgte unter der Verwendung von multispektralen ASTER-Daten, aus welchen die geologischen Faktoren, welche hauptverantwortlich für die räumliche Verteilung von Gully-Erosion sind, durch Band-Ratios abgeleitet wurden. Eine multispektrale Analyse von ASTER-Daten liefert wertvolle Ergebnisse über die mineralische Ausdifferenzierung im ZM-Gebiet, welche räumlich höher aufgelöste Informationen liefert als die herkömmlichen geologischen Karten des Gebiets. In dieser Studie wurde das Verhältnis zwischen vorhandener Gully-Erosion und der Kombination von Predictor-Variablen, bestehend aus topographischen Indizes und ASTERBand- Ratios, untersucht. Die räumliche Vorhersage zeigt, dass Gully-Erosion überwiegend in colluvialen/ alluvionalen Gebieten mit hohen Anteilen von Salz, Gips und/ oder schluffiger Textur auftritt und besonders in den Ebenen im südlichen Untersuchungsgebiet vorkommen. Die vorgestellte Methode ermöglicht eine wirkungsvolle Abschätzung der Gully-Erosion, welchen den Bodenschutz und das Land-Management im Südwesten Irans unterstützen kann.

Présentation

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Page publiée le 30 septembre 2017