Analyse der Abflussbildungsprozesse am Hang

Die bodenphysikalische Charakterisierung in Kapitel 6.2.1 hat gezeigt, dass die Bodeneigen-schaften, die für die Abflussbildung von Bedeutung sind (Ksat-Wert und pF-Kurve), bei den verschiedenen Bodentypen z.T. große Unterschiede aufweisen. Auf Grundlage der Feldunter-suchungen wurden in Kapitel 6.4.3 die dominanten Abflussbildungsprozesse für die Bodenty-pen der Teileinzugsgebiete oberer Niaou und oberer Aguima zusammengefasst. Zur Verifizie-rung und QuantifizieVerifizie-rung dieser Aussagen können die Ergebnisse des Modells SIMULAT-H herangezogen werden. Die differenzierte Darstellung der simulierten Abflussbildungsprozesse am Hang wird jeweils am Beispiel eines repräsentativen Hanges der beiden Teileinzugsgebie-te für das Jahr 2002 aufgezeigt. Die AnTeileinzugsgebie-teile des WasserhaushalTeileinzugsgebie-tes (Abfluss, Bodenspeicher und Evapotranspiration) der jeweiligen Hangabschnitte sind in den Tabellen 7.15 und 7.16 zusammengefasst. Eine Darstellung der Abflussbildungsprozesse der Bodentypen der reprä-sentativen Hänge befindet sich in Abbildung 7.39 (oberer Aguima) und 7.40 (oberer Niaou).

Im oberen Aguima-Einzugsgebiet (vgl. Abbildung 7.39) stellt bei den Bodentypen Plinthosol und Lixisol/Acrisol Interflow den dominanten Abflussbildungsprozess dar. Während im Plinthosol keine Grundwasserneubildung stattfindet, wird im Lixisol/Acrisol knapp ein Vier-tel des Gesamtabflusses als Grundwasser gebildet. Bei Betrachtung der Wasserbilanz wird deutlich, dass im Lixisol/Acrisol deutlich mehr Bodenwasser gespeichert wird als im Plintho-sol, was durch größere Bodenmächtigkeit und die relativ hohe Wasserspeicherkapazität des Saproliths zu erklären ist. Am Unterhang im Bereich der Gleysols stellt der Grundwasserab-fluss die Hauptkomponente des AbGrundwasserab-flusses dar. Durch die hohen Durchlässigkeiten im gesam-ten Profil (Gleysol 1) kommt es hier zu einem Grundwasseranteil von 88 %. Trotz deutlich geringerer gesättigter Leitfähigkeit des Gleysols 2 (vgl. Kapitel 6.2.1) wurden auch hier sehr hohe Grundwasseranteile von SIMULAT-H berechnet. Die Texturunterschiede (Gleysol 1:

sandig, Gleysol 2: lehmig, vgl. Kapitel 6.2.1) spiegeln sich im Bodenwasserspeicher wider.

An dem betrachteten Hang ist kein ausgeprägter Inland-Valley vorhanden. Der Fluvisol ist durch Zwischenabfluss charakterisiert, was durch die geringen lateralen Leitfähigkeiten des Unterbodens hervorgerufen wird. Er hat wie der Hangabschnitt Lixisol/Acrisol nur einen ge-ringen Abflussanteil und aufgrund der dichten Vegetation (Galeriewald) eine hohe Eva-potranspirationsrate.

Tab. 7.15: Simulierter Wasserhaushalt der Hangabschnitte eines repräsentativen Hanges des oberen Aguima-Einzugsgebietes (in % des Freilandniederschlags), Jahr 2002

(Niederschlag 1145 mm, Gesamtabfluss 117 mm, Evapotranspiration 892 mm + 103 mm Interzep-tionsverdunstung))

Bodentyp Plinthosol

Kuppe Lixisol/

Acrisol Plinthosol

Unterhang Gleysol 1 Gleysol 2 Fluvisol

Abfluss 15.6 2.9 21.6 19.6 16.7 6.0

Bodenspeicher 1.4 9.4 0.9 -1.9 7.0 8.2

ET 82.9 87.7 77.5 82.3 76.3 85.9

Abb. 7.39: Anteile des Oberflächenabflusses, Interflows und Grundwassers am Gesamtabfluss der Hangabschnitte eines repräsentativen Hanges des oberen Aguima-Einzugsgebietes (Jahr 2002). Simu-lationsergebnis SIMULAT-H.

Die Profile sind in der Darstellung aufgrund besserer Übersichtlichkeit gleichmäßig am Hang ver-teilt. Die wahrheitsgetreue Position der Profile am Hang ist in Abbildung 6.6 dargestellt. Die verwen-deten Schraffuren sind ebenfalls in Abbildung 6.6 erläutert.

Das obere Niaou-Einzugsgebiet ist durch die in Abbildung 7.40 dargestellte Profilabfolge charakterisiert. Plinthosols sind im Gegensatz zum oberen Aguima nur am Unterhang, aber nicht am Oberhang vertreten. Fluvisols treten nicht auf, da durch die ausgedehnten Inland-Valley-Flächen kein Bachlauf mit Uferbereich vorhanden ist. Eine genaue Darstellung der Position der Profile am Hang und die Anteile der Bodentypen an der Einzugsgebietsfläche sind im Anhang A12 dargestellt.

Der abflusswirksame Niederschlag ist im Lixisol/Acrisol relativ niedrig, jedoch ca. 5 % höher als im gleichen Hangabschnitt im Einzugsgebiet des oberen Aguima. Dies ist durch die gerin-gere Evapotranspiration zu erklären, da im Niaou-Einzugsgebiet Ackerflächen und Bracheflä-chen dominieren. Es sind auch viele Cashew-Pflanzungen vorhanden, die sehr hohe Durchläs-sigkeiten des Oberbodens aufweisen (vgl. Kapitel 6.2.1), so dass der Anteil des Oberflächen-abflusses sogar geringer ist als im Bereich der Lixisols/Acrisols im Savannenbereich des obe-ren Aguima.

0 % 2.4 %

97.6 %

24.9 % 27.4 %

47.6 %

0 % 6.5 %

93.5 %

87.8 % 0.3 %

11.9 %

80.0 % 0.3 %

19.7 %

0.6 % 4.1 %

95.3 % Hauptprozess

Nebenprozess

vernachlässigbarer Prozess

Plinthosol

Kuppe Lixisol/

Acrisol Plinthosol Unterhang

Gleysol 1 Gleysol 2 Fluvisol

Tab. 7.16: Simulierter Wasserhaushalt der Hangabschnitte eines repräsentativen Hanges des oberen Niaou-Einzugsgebietes (in % des Freilandniederschlags), Jahr 2002

(Niederschlag 1157 m, Gesamtabfluss 200 mm, Evapotranspiration 783 mm + 100 mm Interzeptions-verdunstung)(Angaben aus Steup 2004)

Abb. 7.40: Anteile des Oberflächenabflusses, Interflows und Grundwassers am Gesamtabfluss der Hangabschnitte eines repräsentativen Hanges des oberen Niaou-Einzugsgebietes (Jahr 2002). Simula-tionsergebnis SIMULAT-H (Datengrundlage Steup 2004).

Die Profile sind in der Darstellung aufgrund besserer Übersichtlichkeit gleichmäßig über den Hang verteilt. Die wahrheitsgetreue Position der Profile am Hang ist in Anhang A12 dargestellt.

Der Interflow stellt wie im oberen Aguima-Gebiet den dominanten Abflussbildungsprozess dieses Hangabschnittes dar. Der Plinthsol hat einen deutlich höheren Oberflächenabflussanteil als die anderen Hangabschnitte und als die Plinthosols im Savannenbereich des oberen Agui-ma. Bei den Infiltrationsversuchen wurden auf den Feldern der Plinthosols geringe gesättigte Leitfähigkeiten festgestellt, die v.a. durch Verschlämmung der Oberfläche verursacht sind.

Aufgrund der großen Oberflächenabflussmenge sind die anderen Prozesse nur von geringer Bedeutung. Der Oberflächenabfluss fließt hangabwärts in den Inland-Valley-Bereich. Hier dominieren sowohl Oberflächenabfluss als auch Grundwasserabfluss. Die große Oberflächen-abflussemenge, die vom Plinthosol hangabwärts fließt (326 mm/a im Jahr 2002), führt trotz der hohen Durchlässigkeiten auch im Gleysol zu hohen Anteilen des Oberflächenabflusses am Gesamtabfluss. Dies ist v.a. durch Sättigungsoberflächenabfluss zu erklären, der auf den in der Regenzeit gesättigten Inland-Valley-Flächen bevorzugt entsteht.

Bodentyp Lixisol/Acrisol Plinthosol

Unterhang Gleysol 1 Gleysol 2

Abfluss 7.3 35.6 41.3 32.5

Bodenspeicher 10.0 -0.1 2.9 5.8

ET 82.7 64.4 55.8 61.8

Hauptprozess Nebenprozess

vernachlässigbarer Prozess 13.5 %

16.2 %

70.2 %

12.6 84.3 %

3.1 %

52.4 % 12.7 %

34.8 %

40.6 % 59.4 %

0 %

Lixisol/

Acrisol Plinthosol Unterhang

Gleysol 1 Gleysol 2

Die hohen Leitfähigkeiten fördern jedoch auch die Bildung von Grundwasserabfluss. In-terflow wird aufgrund der geringen Hangneigung und der hohen Permeabilität des Untergrun-des nicht gebildet. Im Zentrum Untergrun-des Inland-Valleys kommt es durch geringere Ksat-Werte im Untergrund auch zur Bildung von Interflow, jedoch stellt der Grundwasserabfluss wie im obe-ren Aguima den dominanten Prozess dieses Hangabschnittes dar.

Zusammenfassend kann man festhalten, dass im oberen Niaou der Oberflächenabfluss einen deutlich höheren Anteil am Mittelhang aufweist als im oberen Aguima. Allerdings ist durch die Infiltration des Oberflächenabflusses am Unterhang nur ein geringer Oberflächenabfluss-anteil am Gerinneabfluss des Einzugsgebietes zu verzeichnen. Bei beiden Einzugsgebieten stellt im Bereich der Gleysols der Grundwasserabfluss den dominanten Prozess dar. Die Eva-potranspiration ist im oberen Aguima-Gebiet aufgrund der dichteren Vegetation deutlich hö-her als im oberen Niaou-Gebiet.

Die durch SIMULAT-H ermittelten Abflussbildungsprozesse der Hangabschnitte bestätigen das in Kapitel 6.4.3 dargestellte Konzeptmodell der Abflussbildung, das auf Basis der Mess-daten erstellt wurde.