Über einige Stationen der Entwicklung moderner Erosionsgefährdungskarten und ihr Potential wird berichtet

Deumlich, Detlef

German

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  Abb. 2: Hangneigungskarte (coloriert)   Abb. 1: Kartenausschnitt  von 1768  mit Erosi-onsschäden in Wölbäckern  im Eichsfeld (Hem-pel, 1957)  Tagungsbeitrag zu DBG-Workshop „Erosion“ 2013, Komm. VI: Bodenerosion durch Wind und Wasser  Titel des Workshops: Möglichkeiten modellgestützter Bodenerosionsermittlung - Anwendung des Modells Erosion 3D Veranstalter: DBG, 13. - 15. März 2013, Berlin. Berichte der DBG (nicht begutachtete online Publika-tion) http://www.dbges.de  Geländedaten in der Bodenerosions-forschung  Detlef Deumlich1  Keywords: Wassererosion, DGM, Rastergröße  Einleitung: Bodenerosion (Wasser, Wind) ist weltweit ein bedeutendes Aufgabengebiet des Bodenschutzes. Die Bodenerosion wird vor allem vom Relief und der Witterung beeinflusst, Bodenbedingungen und Ma-nagement variieren die Wirkung. Schutz-maßnahmen zielen darauf, Bodenfrucht-barkeit und -eigentum zu bewahren oder Ökosysteme vor Einträgen zu schützen. Erfahrungen dazu wurden von einer Ge-neration zur nächsten weitergegeben. V. Schwerz beschrieb 1837 den Wis-sensstand in seiner Anleitung zum prakti-schen Ackerbau: „Wenn eine gelinde Neigung den meisten, zumal den wenig Nässe durchlassenden Feldern höchst vortheilhaft ist, so ist eine starke Neigung allen ohne Ausnahme nachtheilig. Auf derlei Feldern sind dann alle Hackfrüchte zu vermeiden, theils weil es schwer fällt sie zu bearbeiten, theils und mehr noch, weil man durch das Auflockern des Bo-dens diesen der Gefahr aussetzt, bei starken Regenschauern wegge-schwemmt, also seiner besten Theile be-raubt zu werden. Ist der Hang gar schroff, so ist die Gefahr des Wegschwemmens der Dammerde noch größer, und nicht einmal die reine Brache darauf rathsam.“ Über einige Stationen der Entwicklung moderner Erosionsgefährdungskarten und ihr Potential wird berichtet.  Material und Methode:                                                   1 Leibniz-ZALF Müncheberg e.V., Eberswalder Str. 84, 15374 Müncheberg; ddeumlich@zalf.de,  Das hochauflösende Digitale Gelände-modell  ist derzeit die beste verfügbare Information zur Geländeoberfläche aus Airborne Laserscanning (ALS). Es löst in der BRD die bisher für Erosionsschät-zungen genutzten älteren Geländemodel-le ab. Während das DGM25 die Gelän-deoberfläche nur mit ± 2 m Genauigkeit abbildete ermöglicht die hohe Punktdichte des ALS ± 0,15 m Höhengenauigkeit (Katzur & Wedel 2010). Aber auch ältere Karten und Algorithmen behalten als historische Dokumente ihre Bedeutung bei Einschätzungen der Ero-sionsgefahr.  Diskussion und Ergebnis: Die Entwicklung der Kartografie bot die Möglichkeit, auch agrarische Gunst- und Ungunststandorte zu dokumentieren. Das Relief spielte dabei neben den Gewäs-sern eine bedeutende Rolle. Bereits aus dem 18. Jh. sind erste Kartierungen von Erosionsschadensfällen bekannt (Abb. 1).    Abb. 3: Erosionsgefährdungskarte auf DGM2 (LGB Brandenburg)  Abb. 4: Erosionsgefährdungsklassen (ABAG) im Geo-daten-Viewer auf DGM–Klassik 10 (≤ ± 2 m) der LGB Brandenburg   Abb. 5 Aggregierte Abtragsmenge am Bsp. zwei-er Feldblöcke Beispiel   Tabelle 2: Einfluss der Rasterweite auf das Mo-dellresultat im Areal von Feldblöcken  abDGM Feldblock Fläche  Mittel  Spanne s Median   ha t/ha 25 a 70,9 0,75 3,1 0,68 0,55 b 143 0,99 5,1 0,82 0,76 10 a 69,5 0,7 5,1 0,76 0,46 b 141 0,88 6,3 0,86 0,62 5 a 68,8 0,9 13,1 1,24 0,42 b 140,8 1 19,9 1,3 0,59 2 a 68,7 1,2 43,0 2,89 0,34 b 140,6 1,4 79,3 2,91 0,52 1 a 68,7 1,4 99,0 4,62 0,25 b 140,6 2,1 199,3 7,39 0,43  Im 20. Jh. wurden aus topografischen Karten (TK10) Erosionsgefährdungskar-ten zur Planung von Erosionsschutzmaß-nahmen erstellt (Flegel, 1958). Beson-ders aufgrund von Hangneigung erosi-onsgefährdete Areale wurden farblich hervorgehoben (Abb. 2).  Neben den Übersichtskarten waren diese Informationen in den Schlagkarten der Agrarbetriebe der DDR in 4 Stufen (ohne … sehr stark) dokumentiert (Abb. 3). Die Entwicklung der Rechentechnik bot neue Chancen der flächenhaften Darstellung und Analyse. Sie ermöglichte die zügige Modellierung der in der Natur sich voll-ziehenden komplexen Prozesse, ihrer Datengrundlagen und der Ergebnisdar-stellung (Abb. 4). Erweiterte Analysen wurden möglich. Erosionsgefährdungen konnten berechnet und für verschiedens-te Szenarien abgebildet werden.  Die „Skalenproblematik“ wurde themati-siert. In den Mittelpunkt rückten Fragen wie: Welche Auflösung ist zur Berech-nung von Erosionsprozessen für welchen Anwendungszweck notwendig? Reichen zum Überblick grobe Raster oder sind Details erforderlich? Erforderlich wurde das aufgrund der Handhabbarkeit und Rechenzeit für den zunehmenden Daten-umfang.   Eine Rasterweite von 25m ergibt für die gleiche Fläche nur zwei Tausendstel an Datenumfang verglichen mit einer 1-m-Auflösung (Tab. 1). Immer häufiger wird allerdings diese Auflösung gefordert. Ist sie für die Erosionsgefährdungsbeurtei-lung unerlässlich? Abb. 5 zeigt zwei Feldblöcke, für die  Tabelle 1: Größenvergleich verschiedener Ras-terweiten der DGM für den gleichen Ausschnitt Raster Rows Columns Zellen %DGM1 2500 3900 9750000 100,0%DGM2 1250 1950 2437500 25,0%DGM5 500 780 390000 4,0%DGM10 250 390 97500 1,0%DGM25 100 156 15600 0,2% DGM BA in t/ha (Nettoerosion)  Zelle1(Graben verbaut) Zelle 2 (Graben) Zelle 3 (Graben) Zelle 4(Fläche) Koordinate 3333359/5817709 3333386/5817661 3333418/5817687 3333465/5817660 1 0,7 100% 8,3 100% 15,3 100% 0,05 100% 2 0,5 70% 5 61% 9,3 61% 0,02 51% 5 0,5 69% 1,7 21% 4,2 27% 0,23 502% 10 0,003 0% 0,9 12% 3,2 21% 0,06 127% 25 0,043 6% 0,009 0,1% 0,12 0,8% 0,12 271%  Tabelle 3: Einfluss der Rasterweite auf das Modellresultat bei unterschiedlichen Erosionsprozessen (Auswahl)   Abb. 6: Einfluss der Rasterweite auf das Modell-resultat bei unterschiedlichen Erosionsprozessen (Auswahl)  1234exemplarisch der Vergleich der Mittelwer-te auf der Grundlage von unterschiedli-chen Rasterweiten berechneten Boden-abträge erfolgt ist (Tab. 2). Während der Berechnungsaufwand deutlich größer wurde, erhöht sich der mittlere potentielle Bodenabtrag nur auf etwa das Zweifache, weist also eine annähernd gleiche Grö-ßenordnung auf. In diesen Fällen reicht demnach bereits die zur Einschätzung der natürlichen Erosionsgefahr (Enat) meist gewählte Kombination aus Hangneigung und Boden(-erodierbarkeit) bzw. oft allein die Hangneigung (DIN19708, Flegel, 1958). Damit lassen sich aber keine näheren Aussagen zu den prozessrelevanten Tie-fenlinien, Abtrags- und Akkumulationsa-realen treffen. Dort sind die Unterschiede zu erwarten, die auch eingangs im v. Schwerz-Zitat genannt sind.  Verdeutlicht wird das, wenn die Modeller-gebnisse für das Schadensareal für un-terschiedliche Rasterweiten miteinander verglichen werden. Mit zunehmender Rasterweite sind die Modellresultate der wassererosionsbedingten Bodenabträge im Bereich linearer Erosionsformen nicht mehr präsent (Bsp. Tab. 3, Zelle 1 bis 3), während bei flächenhaften Erosionspro-zessen (Zelle 4) die Ergebnisse annä-hernd gleich sind. Das DGM25 scheidet demzufolge als Grundlage zur Aufklärung kleinräumiger Erosionsphänomene aus. Selbst die Resultate des DGM10 und auch des DGM5 spiegeln das Erosions-verhalten im vorliegenden Fall skalenbe-dingt für die Erosionsrinnen / Gräben nur abgeschwächt wieder.  Während mit dem DGM1/DGM2 brauch-bare Bodenabträge für kleinräumige Ero-sionsphänomene berechnet werden, ist das DGM25 für solche Einschätzungen bekanntermaßen ungeeignet. Seine An-wendung wird sich künftig bei genesteten Betrachtungen auf den mittleren Maßstab und einzugsgebietsbezogene Erosions-prognosen konzentrieren.      Fazit: Das DGM1 liefert die beste verfügbare Information zur Geländeoberfläche aus Airborne Laserscanning (ALS). Das bis-her für Erosionsschätzungen genutzte DGM25 bildete die Geländeoberfläche nur mit ± 2 m Genauigkeit ab.  Insbesondere durch die grobe räumliche Auflösung des DGM25 ist es für kleine Erosionssysteme wenig geeignet. Die Qualität historischer Karten wird durch die derzeitigen Methoden belegt.  Die flächendeckend erarbeiteten Boden-schutzgrundlagen müssen den in der Flä-che arbeitenden Akteuren (Landwirten, Planern, u.a.) vermittelt und von diesen in ihrem Handeln beachtet werden.     Literatur: Flegel, R. (1958): Die Verbreitung der Bo-denerosion in der DDR. Bodenkunde und Bodenkultur, 6, Bibl. Inst. Leipzig, 104 S.  Katzur, L. & H. Wedel (2010): Landesflug digitales Geländemodell. Vermessung Brandenburg. Potsdam, 15 (1), 53 - 62 Hempel, L. (1957): Das morphologische Landschaftsbild des Unter-Eichsfeldes unter besonderer Berücksichtigung der Bodene-rosion und ihrer Kleinformen. Forschungen z. dt. Landeskunde Bd.98, Remagen, 55. S, 6 Abb., 6 Karten DIN 19708 Bodenbeschaffenheit – Ermittlung der Erosionsgefährdung von Böden durch Wasser mit Hilfe der ABAG. DIN e.V., Feb-ruar 2005   Danksagung:  Den Mitarbeitern der LGB Brandenburg herzlichen Dank für die Bereitstellung umfangreicher Daten!    

Geländedaten in der Bodenerosions-forschung

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