Mud Flow Reconstruction by Means of Physical Erosion Modeling, High-Resolution Radar-Based Precipitation Data, and UAV Monitoring
Abstract
:1. Introduction
2. Materials and Methods
2.1. Study Area
2.2. High-Resolution Radar-Based Precipitation Data
2.2.1. Data Description
2.2.2. Data Preparation and Analysis
2.2.3. Data Comparison with Rain Gauge Data
2.3. High-Resolution Physical Erosion Modeling Using EROSION 3D
2.3.1. Modeling Approach and Components
2.3.2. Input and Output Data
2.3.3. Model Parameterization
2.3.4. Derivation of Land Cover from NDVI Products of Land Viewer
2.3.5. Soil Moisture Modeling Using METVER
2.3.6. Comparison of Model Results with Undisturbed Forest Model Results
2.4. UAV Monitoring
2.4.1. UAV and Digital Camera
2.4.2. SfM Photogrammetry
3. Results
3.1. High-Resolution Radar Precipitation Data
3.1.1. The RZ-Product
3.1.2. The RY-Product
3.1.3. Data Comparison with Rain Gauge Data
3.2. High-Resolution Physical Erosion Modeling Using EROSION 3D
3.2.1. Soil Erosion Modeling for 23 May 2016
3.2.2. Soil Erosion Modeling for 31 May 2016
3.2.3. Comparison of Model Results with Undisturbed Forest Model Results
3.3. UAV Monitoring
4. Discussion
5. Conclusions
Supplementary Materials
Author Contributions
Funding
Acknowledgments
Conflicts of Interest
Abbreviations
DLM | Digital Landscape Model |
DTM | Digital Terrain Model |
DWD | german term, abbreviated from Deutscher Wetterdienst meaning German Meteorological Service |
E 3D | EROSION 3D Soil Erosion Model |
GIS | Geographic Information System |
METVER | german term, abbreviated from METeorologisches VERdunstungsmodell, meaning meteorological evaporation model |
NDVI | Normalized Difference Vegetation Index |
RADOLAN | german term, abbreviated from RADar-OnLine-ANeichung meaning Radar Online Adjustment |
SfM | Structure from Motion |
UAV | Unmanned Aerial Vehicle |
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Intensity | mm/5 min 1 | mm/10 min | mm/h |
---|---|---|---|
Light | <0.2 | <0.5 | <2.5 |
Moderate | ≥0.2–<0.8 | ≥0.5–<1.7 | ≥2.5–<10.0 |
Heavy | ≥0.8–<4.2 | ≥1.7–<8.3 | ≥10.0–<50.0 |
Very heavy | ≥4.2–<6.7 | ≥8.3–<13.3 | ≥50.0–<80.0 |
Extreme | ≥6.7 | ≥13.3 | ≥80.0 |
Land Use | Bulk Density | Organic Carbon | Skinfactor | Initial Moisture | Hydraulic Roughness | Erosion Resistance | Cover | Soil Texture |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Forest | 1000 | 0.9 | 8 | METVER 1 | 0.9 | 0.1 | 100 | Pure sand |
Land Use | Bulk Density | Organic Carbon | Skinfactor | Initial Moisture | Hydraulic Roughness | Erosion Resistance | Cover | Soil Texture |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Forest | 1400 | 0.9 | 8 | METVER 1 | 0.9 | 0.1 | 100 | Pure sand |
Skid trail | 1800 | 0.9 | 0.01 | METVER 1 | 0.02 | 0.001 | 0 | Pure sand |
Clear cutting | 1700 | 0.9 | 0.1 | METVER 1 | 0.1 | 0.02 | 20 | Pure sand |
Intensity | mm/h | mm/10 min |
---|---|---|
RZ 23 May 2016 | 33.3 | 16.6 |
RY 23 May 2016 | 13.8 | 9.2 |
Rain gauge 23 May 2016 | 35.5 | 20.2 |
RZ 31 May 2016 | 54.2 | 14.7 |
RY 31 May 2016 | 23.8 | 9.0 |
Rain gauge 31 May 2016 | 30.7 | 15.6 |
© 2018 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
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Hänsel, P.; Kaiser, A.; Buchholz, A.; Böttcher, F.; Langel, S.; Schmidt, J.; Schindewolf, M. Mud Flow Reconstruction by Means of Physical Erosion Modeling, High-Resolution Radar-Based Precipitation Data, and UAV Monitoring. Geosciences 2018, 8, 427. https://doi.org/10.3390/geosciences8110427
Hänsel P, Kaiser A, Buchholz A, Böttcher F, Langel S, Schmidt J, Schindewolf M. Mud Flow Reconstruction by Means of Physical Erosion Modeling, High-Resolution Radar-Based Precipitation Data, and UAV Monitoring. Geosciences. 2018; 8(11):427. https://doi.org/10.3390/geosciences8110427
Chicago/Turabian StyleHänsel, Phoebe, Andreas Kaiser, Arno Buchholz, Falk Böttcher, Stefan Langel, Jürgen Schmidt, and Marcus Schindewolf. 2018. "Mud Flow Reconstruction by Means of Physical Erosion Modeling, High-Resolution Radar-Based Precipitation Data, and UAV Monitoring" Geosciences 8, no. 11: 427. https://doi.org/10.3390/geosciences8110427
APA StyleHänsel, P., Kaiser, A., Buchholz, A., Böttcher, F., Langel, S., Schmidt, J., & Schindewolf, M. (2018). Mud Flow Reconstruction by Means of Physical Erosion Modeling, High-Resolution Radar-Based Precipitation Data, and UAV Monitoring. Geosciences, 8(11), 427. https://doi.org/10.3390/geosciences8110427