Auenbilanzierung in Deutschland raumbezogene Basis für einen bundesweiten Auenschutz

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1 Auenbilanzierung in Deutschland raumbezogene Basis für einen bundesweiten Auenschutz Detlef GÜNTHER-DIRINGER und Tillmann LÜBKER Zusammenfassung Im Rahmen des F+E-Projektes Bilanzierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an Flüssen in Deutschland im Auftrag des Bundesamtes für Naturschutz, Bonn, werden bundesweit rezente Überschwemmungsgebiete und potenziell natürliche Auen an großen Flüssen erfasst. In einem zweiten Schritt werden übersichtartige und bilanzierende Auswertungen durchgeführt. Die Bearbeitungskulisse bilden die Auen der als Bundeswasserstraßen genutzten Flüsse und vergleichbar großer Gewässer. Insgesamt werden die Auen von ca Flusskilometern bearbeitet. Auf Grund des großräumigen Ansatzes und der Praktikabilität baut das Vorgehen auf digital verfügbaren Datengrundlagen des Bundes und der Länder auf. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Akquise und Homogenisierung vorhandener Datenbestände sowie den daraus abgeleiteten Auenflächen und deren Visualisierung. Beteiligt an dem Projekt sind die Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft (Institut für Angewandte Forschung IAF, Fakultät Geomatik), die Universität Karlsruhe (Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich WWF-Auen-Institut) sowie biota Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH, Bützow. 1 Projektrahmen Im Rahmen des F+E-Projektes (Forschung und Entwicklung) Bilanzierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an Flüssen in Deutschland im Auftrag des BfN (Bundesamt für Naturschutz, Bonn; Laufzeit bis ) werden bundesweit rezente Überschwemmungsgebiete und potenziell natürliche Auen an großen Flüssen erfasst. In einem zweiten Schritt werden übersichtartige und bilanzierende Auswertungen durchgeführt. Die Bearbeitungskulisse bilden die Auen der als Bundeswasserstraßen genutzten Flüsse und vergleichbar großer Gewässer (Einzugsgebiet > km²). Insgesamt werden die Auen von ca Flusskilometern bearbeitet. Auf Grund des großräumigen Ansatzes und der Praktikabilität baut das Vorgehen auf digital verfügbaren Datengrundlagen des Bundes und der Länder auf. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Akquise und Homogenisierung vorhandener Datenbestände sowie den daraus abgeleiteten Auenflächen und deren Visualisierung. Beteiligt an dem Projekt sind die Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft (Institut für Angewandte Forschung IAF, Fakultät Geomatik), die Universität Karlsruhe (Institut für Wasser und Gewässerentwicklung, Bereich WWF-Auen-Institut) sowie biota Institut für ökologische Forschung und Planung GmbH, Bützow. In Deutschland stehen für den Gewässerbereich umfangreiche Datenaufnahmen zur Verfügung (Gewässergütekartierungen, Aufnahmen im Rahmen der EU-Wasserrahmenrichtlinie WRRL, etc.), problematisch aus Sicht der Auenökologie ist dabei die oft strikt durchgeführte Trennung von Gewässerkörper zu terrestrischem Lebensraum. Gerade der dynami-

2 Auenbilanzierung in Deutschland 207 sche Übergang beider Elemente, der durch den Wechsel von Hoch- und Niedrigwasser geprägte, ökologisch sehr hochwertige Auenbereich, wird nur marginal behandelt. Aus diesem Grund führt das BfN unterschiedliche Forschungsvorhaben zur auenbezogenen Themen durch. Im Rahmen des aktuellen Projektes wird zunächst für die zu bearbeitenden Flüsse die morphologische Aue erfasst, die aus den Bereichen der aktuell überflutbaren Aue (rezente Aue), der Altaue, die durch anthropogene Maßnahmen nicht mehr überflutbar ist, sowie dem Gewässerkörper besteht. Auf Basis dieser Geometrien werden diverse raumbezogene Informationen integriert, die genaueren Aufschluss über den Zustand der erfassten Gebiete zeigen, wie z. B. Landnutzungsdaten, Schutzgebietsinformationen, Auentyp, Biotoptypen, Daten der WRRL u. Ä. Eine dem Projekt vorangegangene Machbarkeitsstudie hat bestätigt, dass die Verfügbarkeit von raumbezogenen, digitalen Daten in den letzten Jahren sprunghaft zugenommen hat. Dies betrifft zum einen behördliche Grundlagendaten als auch verstärkt Fachdaten unterschiedlichster Aggregationsebenen sowie verfügbare Datenbestände wirtschaftlich arbeitender Datenprovider. Nur auf der Basis bereits vorhandener, strukturierter Datenbestände lässt sich das Projektziel im geplanten Projektzeitrahmen verwirklichen. Eine ganze Reihe von Datenbeständen (bzw. Teile davon) unterschiedlicher Maßstabsbereiche werden hierfür verwendet: u. a. Digitale Landschaftsmodelle (DLM25 und DLM1000), das Digitale Geländemodell-Deutschland (DGM-D, Rasterweite 50 m), die Geologische Übersichtskarte (GÜK200, 1: ), Daten der gemeldeten NATURA2000-Gebiete, Daten der EG- Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) auf Länderebene, Corine LandCover-Daten 2000 (CLC2000, 100 m), Luft- und Satellitenbilder, etc. 2 Erfassung Als geometrische Grundlage für die Erfassung der morphologischen Aue im Maßstab 1: dient das DLM25, aus dem beispielsweise die Flussfläche und die Deichlinien übernommen werden. Für die Abgrenzung der rezenten Aue werden, soweit vorliegend, Daten von Landesbehörden zu Überschwemmungsgebieten herangezogen. Diese bezüglich Erfassungsgrundlage und -methodik, geometrischer Genauigkeit, verfügbarer Metainformationen und Aktualität sehr heterogenen Informationen müssen zu einer einheitlichen Datenbasis zusammengeführt und an die Geometrie des DLM25 angeglichen werden. Abbildung 1 verdeutlicht auftretende Probleme anhand von vier Beispielen: 1. Die Überschwemmungsgebiete (weiße Linie, helle strichlierte Füllung) sind wie bei diesem Stausee zu sehen nicht auf der Uferlinie des DLM25 (schwarze Linie) abgestimmt, im Orthophoto zeigt sich wiederum ein leicht anderes Bild. 2. Oftmals sind in den Überschwemmungsdaten Brücken ausgespart, auch wenn diese auf Pfeilern erbaut sind und sie somit kein Hindernis darstellen. 3. Teilweise sind die abgegrenzten Gebiete extrem kleinstrukturiert mit Flächen im Quadratmeterbereich, was auf eine automatische Berechnung ohne spätere Bereinigung schließen lässt. 4. Bei noch vorhandener Flussdynamik kann es zu Unterschieden in der Aktualität von Daten kommen (schwarze Linie: DLM25).

3 208 D. Günther-Diringer und T. Lübker Abb. 1: Bei der Auenerfassung auftretende Probleme (zeilenweise von links oben nach rechts unten): geometrische Ungenauigkeiten, Aussparung von Brücken, extreme Gliederung, Flussdynamik (schwarze Linie: DLM25; strichliert gefüllte Fläche: Überschwemmungsdaten der Länder; Hintergrund: Ortophoto) Da für die Grenze der morphologischen Aue nur vereinzelt Datensätze existieren, muss diese neu erfasst werden. Hierzu wird hauptsächlich das DGM-D herangezogen, in dem sich Niederterrassen oftmals abzeichnen sowie die Grenzlinien fluvialer Ablagerungen des Holozän aus der GÜK200. Landschaftsstrukturen, die sich im DLM25 oder Orthophotos bzw. Luftbildern abbilden, dienen als zusätzlicher Anhaltspunkt. Weiterhin werden Fachdaten der Landesbehörden, Ortskenntnis von Projektmitarbeitern und historische Erhebungen genutzt. In reliefarmen Gebieten werden ergänzend Höhenlinien aus Topographischen Karten verwendet. Bei der Erfassung der Auengebiete wird aufgrund der vielschichtigen Ausgangsdaten großer Wert auf eine detaillierte Dokumentation der Datenquellen gelegt.

4 Auenbilanzierung in Deutschland Bilanzierung Die erfassten Gebiete der morphologischen Aue werden bezüglich ihrer Landnutzung, der Abdeckung durch Schutzgebiete sowie vorhandener Biotope bilanziert. Im Folgenden wird näher auf die für die Bilanzierung der Landnutzung angewandte Methodik eingegangen. Vorgehensweisen für Schutzgebiete und Biotope wurden ebenso entwickelt. Die Information zur Landnutzung wird aus den Daten des DLM25 abgeleitet: Für das Einzugsgebiet von Rhein und Donau sind dies knapp 4 GB an Vektordaten, die in einem System von über hundert Objektarten gehalten und in 7 Landnutzungsklassen (Gewässer, Siedlung, Wald, Acker, Feuchtgebiete, Grünland und Sonstiges) überführt werden. Hierzu werden zunächst pro Bundesland alle flächenhaft vorliegenden Objekte in eine Datei zusammengeführt und über eine Beziehungstabelle die Zugehörigkeit zur entsprechenden Landnutzungsklasse festgelegt. Über eine SQL-Abfrage werden die Polygone einer Klasse selektiert und in eine separate Datei kopiert. Bedingt durch die Objekthierarchie kommt es jedoch vor, dass sich einzelne Objektarten der gleichen aber auch verschiedener Landnutzungsklassen überlappen; außerdem finden sich zwischen Polygonen gleicher Landnutzungsklasse aber unterschiedlicher Objektart Zwischenlinien. Deshalb werden die Geometrien innerhalb der einzelnen Klassen verschmolzen und die verschiedenen Landnutzungsebenen gegeneinander verschnitten. Schließlich werden die Daten wieder in einen Layer zusammengefügt. Um diese recht lange Prozessierungskette weitgehend zu automatisieren, wurden die Bearbeitungsschritte (mit dem ArcGIS Model Builder) in ein Modell überführt. Aufgrund der großen Datenmenge wurden die Bearbeitungsgebiete unterteilt und das Modell zusätzlich in mehrere Schritte aufgeteilt. Die so entstandenen kleineren Arbeitspakete konnten dann über ein VBA-Skript aufgerufen werden. Für die Bilanzierung wird eine hierachisch aufgebaute Regionalisierung durchgeführt. Grundlage für die Abschnittsbildung sind u.a. Flusseinzugsgebiete, Bundesländer, Teilgebiete nach der Wasserrahmenrichtlinie und hinsichtlich der Auenbreite homogene Abschnitte (s. GÜNTHER-DIRINGER et al. 2007). Getrennt nach rezenter Aue und Altaue sowie linken und rechten Flussufer bilden die erzeugten und mit einer ID eindeutig gekennzeichneten Auenflächen die geometrische Basis der Bilanzierung. Für das Untersuchungsgebiet der Sieg wurden beispielhaft der Landnutzungsdatensatz mit den Auenflächen der Regionalisierung verschnitten, das Ergebnis in eine Datenbank importiert und dort mittels SQL-Abfragen in die für die weitere Auswertung benötigte Form gebracht. Wie Abbildung 2 veranschaulicht, nimmt für das Beispiel Sieg die Fläche der morphologischen Aue flussaufwärts ab, der Anteil der rezenten Aue dagegen zu. Weiterhin zeigt sich, dass in der rezenten Aue die Nutzung als Grünland überwiegt, während die Altaue hauptsächlich als Siedlungsfläche und Ackerland genutzt wird, letzteres besonders in den beiden mündungsnahen Abschnitten.

5 210 D. Günther-Diringer und T. Lübker Abb. 2: Landnutzung [ha] in der morphologischen Aue der Sieg getrennt für Fluss, rezente Aue und Altaue 4 Visualisierung der Ergebnisse Die in den 1970er Jahren entwickelten Gewässergütekarten, in denen die Klassen der Gewässerqualität der Flüsse in Banddiagrammen visualisiert worden sind, haben gesellschaftlich eine hohe Akzeptanz entwickelt. Während bei den Kartierungen die lineare Ausdehnung der Flüsse als kartographisches Grundelement zur Verfügung stand und somit die Banddiagrammdarstellung mit einer vom Abfluss des Flusses abhängigen Breitenvariabilität als kartographisches Modell verwendet wurde, so kann dieses Modell nicht direkt für die Visualisierung der Auengebiete übernommen werden. Grundsätzlich hängt die Ausbildung von Flussauen ebenso von der Abflussmenge des Fließgewässers ab, jedoch bilden noch andere Elemente wie u. a. naturräumliche, geomorphologische und geologische Gegebenheiten wichtige Faktoren bei der Ausprägung von Auengebieten. Durch die starke anthropogene Beeinflussung werden die natürlichen morphologischen Auengebiete in die rezente Aue und die Altaue unterteilt. Sowohl die unterschiedliche räumliche Ausdehnung als auch die beschriebene qualitative Ausprägung von Flussauen muss in dem aufzubauenden kartographischen Modell visualisiert werden. Erschwerend hinzu kommt die im Gegensatz zur Länge des Flusses nur sehr schmale Ausprägung von Flussauen, die in kleinmaßstäbigen Übersichtsdarstellungen nicht mehr lage-, bzw. flächentreu dargestellt werden kann. Während die genaue Abgrenzung der Auengebiete nicht von entscheidender Bedeutung für die Darstellung ist, sollten die räumlichen Verhältnisse der rezenten Aue und der Altaue auch in kleineren Maßstäben erkennbar sein. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurde Mithilfe einer logarithmischen Breitendarstellung erreicht, dass selbst kleine Auenbereiche noch erkannt werden, die Relation zu breiten Auengebieten jedoch grundsätzlich erhalten bleibt.

6 Auenbilanzierung in Deutschland 211 Zur Publikation wird ein hierarchisches Visualisierungskonzept angewendet, das auch den cross-medial konzipierten Veröffentlichungsformen Rechnung trägt. Um die Vergleichbarkeit mit den Gewässergüte- und Gewässerstrukturgütekartierungen zu gewährleisten, ist eine Übersichtsdarstellung im Maßstab 1:1 Mio. als Printversion vorgesehen. Alle anderen, Maßstabsbereiche werden auf Basis der Web-GIS-Server-Technologie publiziert. Dabei wird vom Bearbeitungsmaßstab 1: ausgegangen, in dem die Basisdatenerfassung durchgeführt wird. Die Visualisierung der Ergebnisse wird in mehreren LoD-Stufen (Level-of-Detail) erfolgen, welche den Maßstabsbereich bis zu 1:6 Mio. abdecken werden (s. GÜNTHER-DIRINGER 2006). 5 Schlussfolgerungen und Ausblick Der Abschluss der Projektes ist für März 2008 geplant. Aktuelle Informationen sind auf der Projektwebsite zu finden. Auf Basis dieses erstmals für ganz Deutschland vorliegenden Datensatzes wird der dramatische Verlust an ökologisch wertvollen Auenflächen dokumentiert und bilanziert. In Kombination mit einem darauf aufbauenden Bewertungsvorhaben wird für den Naturschutz in Deutschland eine neue Basis für wichtige Schutz- und Renaturierungsvorhaben an den Flussauen entstehen. Literatur BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.) (2003): Hydrologischer Atlas von Deutschland. Bonn. GÜNTHER-DIRINGER, D. (2003): Aufbau eines Flussaueninformationssystems großer Flüsse Mitteleuropas (Rhein, Elbe, Oder, Donau). In: STROBL, J., BLASCHKE, T. & GRIESEB- NER, G. (Hrsg.), 2003: Angewandte Geographische Informationsverarbeitung XV. Beiträge zum AGIT-Symposium, Salzburg GÜNTHER-DIRINGER, D. (2006): Kartographische Problemlösungen bei GIS-gestützter Bearbeitung und cross-medialer Publikation des F+E-Projektes Auenbilanzierung in Deutschland. In: KRIZ, K., CARTWRIGHT, W., PUCHER, A. & M. KINBERGER (Hrsg.), 2006: Kartographie als Kommunikationsmedium. Wiener Schriften zur Geographie und Kartographie, Band 17, Wien. GÜNTHER-DIRINGER, D., LÜBKER, T., LAGALY, A., DISTER, E., QUICK, I., DÖPKE, M., MEHL, D., STEINHÄUSER, A., KASPER, D. & M. SCHOTT (2007): 2. Zwischenbericht des F+E-Vorhaben Bilanzierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an Flüssen in Deutschland. Karlsruhe/Rastatt/Bützow. KOENZEN, U. (2005): Fluss- und Stromauen in Deutschland Typologie und Leitbilder. In: Bundesamt für Naturschutz (Hrsg.): Angewandte Landschaftsökologie, Heft 65, Bonn/Bad Godesberg. MEHL, D. (2004): Machbarkeitsstudie für eine bundesweite Erfassung des ökologischen Zustands von Flußauen. Bundesamt für Naturschutz (Hrsg.), Bonn/Bad Godesberg. WWF-Auen-Institut (Hrsg.) (2000): Der Oder-Auen-Atlas.