Die Auen entlang von Flusskilometern Ergebnisse einer bundesweiten Auenbilanzierung

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1 Die Auen entlang von Flusskilometern Ergebnisse einer bundesweiten Auenbilanzierung Detlef GÜNTHER-DIRINGER, Sascha LANGER und Tillmann LÜBKER Zusammenfassung Erstmalig steht in Deutschland eine umfassende räumliche Datenbasis für die Auenflächen entlang der Bundeswasserstraßen sowie vergleichbar großer Flüsse (ab einem Einzugsgebiet von 1000 km²) am Bundesamt für Naturschutz (BfN) zur Verfügung. Das Untersuchungsgebiet umfasst die Auen an ca Flusskilometern. Die Auenflächen wurden in einem System zusammengefasst, dass eine äquidistante mit einer kriteriengestützten thematischen Regionalisierung verbindet. Darauf basierende Bilanzierungsergebnisse zu Landnutzung, Schutzgebieten und Biotopen werden crossmedial in einer Übersichtskarte und einem WebGIS visualisiert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für neue naturschutzpolitische Aktivitäten des BfN im Auenschutz in Deutschland. 1 Datenerfassung In dem von 2005 bis 2008 laufenden F+E-Projekt Bilanzierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an Flüssen in Deutschland stand zunächst die Erfassung der flussmorphologischen Aue bestehend aus Fluss, rezenter Aue und Altaue auf Basis des bundesdeutschen DLM25 (Digitales Landschaftsmodell 1:25.000) und zahlreicher anderer Bundes- und Länderdatensätze im Vordergrund (s. GÜNTHER-DIRINGER & LÜBKER, AGIT- Beitrag 2007). Von besonderer Bedeutung waren die digitalen Daten der Überschwemmungsgebiete (ÜSG) der Bundesländer, auf deren Grundlage die aktuell bei Hochwasser noch überfluteten Gebiete, welche die rezente Aue bilden, erfasst wurden. In Gebieten ohne verfügbare ÜSG-Daten wurde die Abgrenzung mit Hilfe von DGM, Pegeldaten, Luftbildauswertung und lokalen Datenquellen vorgenommen. Nach der abgeschlossenen Erfassung konnten die Flächenanteile der untersuchten Flüsse bilanziert werden (Abb. 1). Abb. 1: Bilanzierung der Auenflächen nach Fluss, rezente Aue und Altaue am Beispiel des Regen (Länge im Einzugsgebiet > 1000 km²: 99 km)

2 Die Auen entlang von Flusskilometern 371 Die Auenflächen wurden hinsichtlich ihrer Landnutzungs-, Schutzgbiets- und Biotopstrukturen bilanziert. Die Landnutzungsdaten wurden unter Verwendung des ArcGIS Modell Builders aus dem DLM25 abgeleitet, indem die zahlreichen DLM-Objektarten in die sieben Landnutzungsklassen Gewässer, Feuchtgebiete, Wald, Wiesen, Ackerflächen, Siedlungen und sonstige Flächen überführt wurden. Die Schutzgebietsdaten der Länder wurden vom BfN zu einem deutschlandweiten Datensatz zusammengestellt und aktualisiert, so dass dieser Datenbestand direkt übernommen werden konnte. Im Gegensatz dazu waren die Biotopdaten der Bundesländer zwar weitgehend verfügbar, jedoch handelte es sich hierbei um in Bezug auf Inhalte, Aktualität, Erfassungsmethoden und Datenstrukturen sehr heterogene Daten. Eine flächenscharfe Abgrenzung von auenrelevanten Biotoptypen, wie sie für eine aussagekräftige Bilanzierung notwendig wäre, lag nur vereinzelt vor. Um eine vergleichbare Bilanzierung durchzuführen, wurde die Fläche der gesetzlich geschützten Biotope mit den erzeugten Landnutzungsdaten verschnitten, so dass zumindest diese Informationen flächenscharf bilanziert werden konnten. 2 Regionalisierung der Bilanzierungsergebnisse Da eine Bilanzierung über einen gesamten Flusslauf nur bedingt aussagefähig ist, wurde zunächst eine Regionalisierung der erfassten Flächen in Flussabschnitte durchgeführt. Zur Diskussion standen dabei die äquidistante Methode (z. B. in einem Kilometer-Raster) und die Erzeugung auenökologisch homogener Abschnitte. Aus der Sicht eines weiterführenden Projekts zur Bewertung der Auengüte stand die Notwendigkeit einer einheitlichen, wertfreien, möglichst genauen Einteilung im Vordergrund, während für die deutschlandweite Visualisierung aufgrund der Maßstabsproblematik nur die Ergebnisse größerer Einheiten Verwendung finden konnten (GÜNTHER-DIRINGER, 2006). Um ein für beide Projekte kompatibles Regionalisierungssystem aufzubauen, wurden die erfassten Auenflächen halbautomatisch zunächst in km-segmente unterteilt, basierend auf orthogonalen Schnittlinien einer km-stationierung der Talmittenlinie. Nach einem abgestuften Parametersystem wurden die km-segmente dann zu größeren, homogenen Abschnitten zusammengefasst. Kriterien hierbei waren: signifikante Änderung der Auenbreite, Zuflüsse der Betrachtungskulisse, größere Siedlungsflächen, Staustufen, fallweise Änderung der Nutzung oder des Gerinnebettmusters. Die Grenzen der km-segmente wurden zur Bildung der homogenen Abschnitte nicht mehr verändert, so dass es zu Lageungenauigkeiten der Abgrenzung von maximal +/- 500 m kommt. Dieses Verfahren brachte jedoch den Vorteil, dass sowohl das Bilanzierungsprojekt als auch das nachfolgende Bewertungsprojekt auf den selben Bewertungseinheiten aufbauen können. 3 Flächenbilanzierung Für die Bilanzierung wurden insgesamt ca km-segmente mit jeweils bis zu 5 Teilkompartimenten Fluss, rezente Aue (getrennt nach linker und rechter Seite) und Altaue (getrennt nach linker und rechter Seite) erzeugt. Durch Verschneidung mit dem abgeleiteten Landnutzungsdatensatz wurde die Landnutzungsstruktur der einzelnen Auensegmente

3 372 D. Günther-Diringer, S. Langer und T. Lübker berechnet und bilanziert (Abb. 2). Vergleichbar wurde mit den Schutzgebieten (Abb. 3) und Biotopen verfahren. Abb. 2: Bilanzierung der Landnutzung am Beispiel des Regen. Kreisdiagramm, äußerer Ring: Aufteilung morphologische Aue (vgl. Abb. 1), innerer Ring: Landnutzungsstruktur in den jeweiligen Auenbereichen. Abb. 3: Bilanzierung der Schutzgebiete am Beispiel des Regen. Kreisdiagramm äußerer Ring: Aufteilung morphologische Aue (vgl. Abb. 1), innerer Ring: Anteil Natura2000-Schutzgebietsfläche an Gesamtauenfläche. 4 Crossmediale Visualisierung Neben der numerischen Ausgabe werden die Daten crossmedial in Form einer deutschlandweiten Übersichtskarte sowie die Detaildaten in einem WebGIS publiziert. Die gedruckte Karte im Format ISO A0 ist in der Posterausstellung der AGIT 2008 zu sehen. 4.1 Übersichtskarte Für die landesweite Visualisierung Flüsse betreffender Thematiken haben sich seit den 1970er Jahren mit Einführung der Gewässergütekarten Banddiagrammdarstellung etabliert. Dabei wurde die Breitenvariabilität als kartographisches Modell verwendet: die Breite einer Bandsignatur wird über Abfluss des Flusses bestimmt. Für die Visualisierung der Auengebiete kann dieses Modell jedoch nicht übernommen werden, da die Ausbildung von Flussauen nicht alleine von der Abflussmenge des Fließgewässers abhängt. Hinzu kommt, dass die natürlichen morphologischen Auengebiete in die rezente Aue und die Altaue unterteilt werden. Somit müssen sowohl die räumliche Ausdehnung als auch die qualitative Ausprägung visualisiert werden. Hinzu kommt, dass Flüsse und ihre Auen im Verhältnis zu ihrer Länge nur sehr schmal ausgeprägt sind. In kleinmaßstäbigen Übersichtsdarstellungen

4 Die Auen entlang von Flusskilometern 373 können sie somit nicht mehr lage-, bzw. flächentreu dargestellt werden. Als Darstellungsmodell wurde daher eine Überhöhung der Breite gewählt, die logarithmisch aufgebaut ist. Somit sind auch kleinere Auenflächen noch gut erkennbar, während die räumlichen Verhältnisse gewahrt bleiben (Abb. 4). Abb. 4: Ausschnitt aus der gedruckten A0-Karte mit Erläuterungen Für die Verwendung der logarithmisch überhöhten Buffer wurden folgende Kriterien für die Bufferbreite erstellt (vgl. WEIT & GÜNTHER-DIRINGER, 2006): Auenabschnitte mit einer durchschnittlichen Breite von unter 100 Metern werden nicht dargestellt. Die Mindestbreite in der Karte beträgt 0,4 mm. Die Maximalbreite einer Auenseite in der Karte darf 12 mm nicht überschreiten. Durch die Anwendung der Kriterien ergab sich folgende Formel: y log x = + 0,4 log (1,4) 10 Abb. 5: Formel zur Bildung der logarithmisch überhöhten Buffer; graphische Darstellung des Verhältnisses Auenbreite in der Natur zu Auenbreite in der Karte. Die Umsetzung dieses Konzeptes lässt sich in folgende Arbeitsschritte unterteilen (vgl. RUZIK & GÜNTHER-DIRINGER, 2008): a) Aufbereitung des Gewässernetzes des DLM1000 sowie Übertragung der regionalisierten Abschnittsgrenzen. b) Datenbankgestützte Berechnung der Bufferbreiten auf Basis der homogenen Abschnitte unter Berücksichtigung der Teilkompartimente Fluss, rezente Aue und Altaue (letztere unterteilt nach linkem und rechtem Ufer). c) Generierung und Editierung der Buffer. d) Gestaltung der Karte bis zur Druckvorstufe.

5 374 D. Günther-Diringer, S. Langer und T. Lübker 4.2 WebGIS-System Um auch die Projektdaten des Erfassungsmaßstabs verfügbar zu machen, werden die größeren Maßstabsbereiche auf Basis der WebGIS-Technologie publiziert. Die Visualisierung der Ergebnisse erfolgt in mehreren LoD-Stufen (Level of Detail), welche den Maßstabsbereich von 1: bis 1:6 Mio. abdecken (Abb. 6). In den großen Maßstabsbereichen, in denen die Originalausdehnung der Auenflächen gezeigt werden kann, dienen die digitalen topographischen Karten des Bundesamtes für Kartographie und Geodäsie als Grundlage (1: bis 1: ), die am BfN zur Verfügung stehen. Neben der grafischen Visualisierung der raumbezogenen Daten können die Bilanzierungsdaten nach verschiedenen Hierarchiestufen (Abschnitt, Fluss, Einzugsgebiet) abgerufen und als Datensteckbrief im PDF-Format gespeichert werden (vgl. Abb. 1 bis 3). Außerdem stehen dem Nutzer über eine Metadatenverwaltung Informationen zur Herkunft der Datengrundlagen zur Verfügung (vgl. CARRIÓN & GÜNTHER-DIRINGER, 2007). Der operationelle Aufbau des WebGIS- Systems erfolgt nach Abschluss des Bilanzierungsprojekts im Sommer Abb. 6: Auenbereiche im Maximalmaßstab 1: mit DTK50 (links oben); im Maßstab 1: (rechts oben); gebufferte Darstellung im Maßstab 1:1 Mio. (links unten) sowie Übersicht der Einzugsgebiete, 1:4 Mio. (rechts unten).

6 Die Auen entlang von Flusskilometern 375 Parallel zum Bilanzierungsprojekt wurde mit einem anschließenden, auf den Ergebnisdaten aufbauenden Bewertungsprojekt begonnen. So soll eine bundesweite Übersicht der Auengüte entstehen, die als dritter Baustein, neben den etablierten Veröffentlichungen zur Gewässergüte und Gewässerstrukturgüte, Basisinformationen zur Verbesserung des ökologischen Zustands der Fließgewässerlandschaften Deutschlands bereit stellt. Literatur CARRION, D. & GÜNTHER-DIRINGER, D. (2007): Konzeption und exemplarische Implementierung eines WebGIS (ArcIMS) für eine deutschlandweite Auenbilanzierung Datenbankgestützte Abfragen von Ergebnissen, Verwaltung und Präsentation von Metadaten. Bachelorthesis Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft GÜNTHER-DIRINGER, D. (2003): Aufbau eines Flussaueninformationssystems großer Flüsse Mitteleuropas (Rhein, Elbe, Oder, Donau). In: STROBL, J. et al (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. & KINBERGER, M. (Hrsg.): Kartographie als Kommunikationsmedium. Wiener Schriften zur Geographie und Kartographie, Band 17, Wien. GÜNTHER-DIRINGER, D. & LÜBKER, T. (2007): Auenbilanzierung in Deutschland raumbezogene Basis für einen bundesweiten Auenschutz. In: STROBL, J. et al. (Hrsg.): Angewandte Geoinformatik Beiträge zum 19. AGIT-Symposium Salzburg. GÜNTHER-DIRINGER, D., LÜBKER, T., LAGALY, A., DISTER, E., QUICK, I., DÖPKE, M., MEHL, D., STEINHÄUSER, A., KASPER, D. & SCHOTT, M. (2007): 2. Zwischenbericht des F+E-Vorhaben Bilanzierung der Auen und Überschwemmungsgebiete an Flüssen in Deutschland. Karlsruhe, Rastatt, Bützow. RUZIK, A. & GÜNTHER-DIRINGER, D. (2008): Konzeptionelle Bearbeitung der Übersichtskarte Auenbilanzierung in Deutschland integriert in einen Workflow von der GIS- Bearbeitung (ArcGIS 9.2) zur digitalen Druckvorstufe. Diplomarbeit Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft. WEIT, W. & GÜNTHER-DIRINGER, D. (2006): Kartographisches Visualisierungskonzept der cross-medialen Print- und WebGIS-Publikation des F+E-Projektes Auenbilanzierung in Deutschland. Diplomarbeit Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft. WWF-Auen-Institut (Hrsg.) (2000): Der Oder-Auen-Atlas.