GIS-gestützte Bodenbewertung als Entscheidungshilfe in der ökologischen Planung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Kartenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung und Zielsetzung
1.1 Einleitung
1.2 Problemstellung, Ziele und Konzeption der Arbeit

2 Fachwissenschaftlicher und thematischer Forschungsstand
2.1 Ökologische Planung
2.1.1 Instrumentarien ökologischer Planung
2.1.2 Planungsabläufe
2.1.3 Ökologische Bewertung
2.2 Bodenbewertung
2.2.1 Bodenbewertung und Bodenschutz
2.2.2 Bodenbewertung in der Planungspraxis
2.2.2.1 Wissenschaftliche Rahmenbedingungen
2.2.2.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen
2.3 Geographische Informationssysteme
2.3.1 Technologie Geographischer Informationssysteme
2.3.1.1 Datentypen in Geographischen Informationssystemen
2.3.1.2 Eingabe, Verwaltung, Analyse und Präsentation in Geographischen Informationssystemen
2.3.2 Fachund aufgabenbezogene Geographische Informationssysteme
2.3.3 Geographische Informationssysteme in der ökologischen Planung
2.3.4 Bodeninformationssysteme

3 Bodenbewertungsverfahren für die ökologische Planung
3.1 Methodik
3.2 Biotopbildungsfunktion
3.2.1 Biotopentwicklungspotential
3.2.2 Einstufung der Hemerobie
3.3 Ertragsfunktion
3.4 Grundwasserschutzfunktion
3.4.1 Mechanische Filtereigenschaften (Filterleistung)
3.4.2 Physiko-chemische Filtereigenschaften (Filterleistung)
3.4.3 Nitratrückhaltung durch Böden und Gesteine (Pufferleistung)
3.4.4 Umsetzvermögen für organische Schadstoffe (Transformatorleistung)
3.5 Grundwasserneubildungsfunktion
3.6 Zusammenfassung aller benötigten Eingangsparameter

4 GIS-gestützte Bodenbewertung
4.1 Datenerfassung
4.2 Datenverwaltung und -analyse
4.2.1 Verschneidung von Bodenmit Nutzungsdaten
4.2.2 Bodenbewertungsverfahren in der externen Datenbank .
4.2.3 Verknüpfung der Nutzungsund Bodendaten mit den Bewertungsergebnissen
4.3 Datenpräsentation

5 Anwendung der GIS-gestützten Bodenbewertung auf einen Ausschnitt des ausgewählten Beispielprojektes “Umweltverträglichkeitsuntersuchung zum Ausbau des Dortmund-Ems-Kanals”
5.1 Beschreibung des geplanten Vorhabens
5.1.1 Ausbauund Einzelmaßnahmen
5.1.2 Ausbauziele
5.1.3 Gesetzliche Grundlagen
5.2 Beschreibung des Naturraumes
5.2.1 Naturräumliche Gliederung
5.2.2 Geologie
5.2.3 Hydrogeologie
5.2.4 Böden
5.2.5 Realnutzung / Biotoptypen
5.2.6 Klima
5.3 Datengrundlagen
5.4 Anwendung und Ergebnisse der GIS-gestützten Bodenbewertung

6 Zusammenfassung und Schlußfolgerungen

Literaturverzeichnis

Verzeichnis der Gesetzestexte

Karten

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Grundsätzlicher Abblauf von Instrumentarien ökologischer Planungen

Abb. 2: Die Stellung des Bodenschutzes im Zusammenhang mit dem gesamten Naturund Umweltschutz

Abb. 3: Objektkomponenten in Geographischen Informationssystemen

Abb. 4: Typen von Geometriedaten

Abb. 5: Beispiele für GIS-Analysefunktionen

Abb. 6: Fachund aufgabenbezogene Ausprägungen von GIS

Abb. 7: Struktur eines landschafts-/geoökologischen Informationssystems

Abb. 8: Aufbau eines Bodeninformationssystems am Beispiel des “Fachinformationssystems Bodenkunde” (FIS Boden) des Niedersächsischen Landesamtes für Bodenkunde

Abb. 9: Ablaufschema der GIS-gestützen Bodenbewertung

Abb. 10: Sachdatentabelle “Boden”

Abb. 11: Bodeninformationen in ArcView

Abb. 12: Nutzungsinformationen in ArcView

Abb. 13: Verschneidung von Bodenund Nutzungsinformationen in ArcView

Abb. 14: Aufbau der Bodenbewertungsdatenbank in Microsoft Access

Abb. 15: Schlüsseltabelle “Verkettung”

Abb. 16: Entwurfsansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung einer klassifizierten Bodenzahl (Das Zoomfenster zeigt die Ermittlung des “Bodenwertes”)

Abb. 17: Datenblattansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung einer klassifizierten Bodenzahl

Abb. 18: Schlüsseltabelle zur Ermittlung der ökologischen Feuchtestufe

Abb. 19: Entwurfsansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung der ökologischen Feuchtestufe für die Bodenartenschicht 1

Abb. 20: Datenblattansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung der ökologischen Feuchtestufe für die Bodenartenschicht 1

Abb. 21: Entwurfsansicht der Auswahlabfrage zur Zusammenführung der Einzelergebnisse der ökologischen Feuchtestufe (das Zoomfenster zeigt die Ermittlung des gewichteten Mittels)

Abb. 22: Datenblattansicht der Auswahlabfrage zur Zusammenführung der Einzelergebnisse der ökologischen Feuchtestufe

Abb. 23: Schlüsseltabelle der pH-Stufen

Abb. 24: Entwurfsansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung der pH-Stufe . 63 Abb. 25: Datenblattansicht der Auswahlabfrage zur Ermittlung der pH-Stufe

Abb. 26: Entwurfsansicht der Auswahlabfrage “Merge pH BZ FS”

Abb. 27: Datenblattansicht der Auswahlabfrage “Merge pH BZ FS”

Abb. 28: Entwurfsansicht der Tabellenerstellungsabfrage zum Biotopentwicklungspotential

Abb. 29: Datenblattansicht der Tabellenerstellungsabfrage zum Biotopentwicklungspotential

Abb. 30: Schlüsseltabelle “Umwandlung für Hemerobie”

Abb. 31: Entwurfsansicht der Tabellenerstellungsabfrage zur Einstufung der Hemerobie

Abb. 32: Datenblattansicht der Tabellenerstellungsabfrage zur Einstufung der Hemerobie

Abb. 33: Verknüpfen der Sachdatentabelle (Attributes of Verschneidung) mit der Ergebnistabelle (bio_fun.dbf)

Abb. 34: Der Legendeneditor in ArcView

Abb. 35: Bildschirmpräsentation der Biotopbildungsfunktion in ArcView

Abb. 36: Lage des Projektausschnittes

Abb. 37: Räumliche Verteilung der geologischen Formationen innerhalb des Projektausschnittes

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Rahmenbedingungen der Bodenbewertung für die Biotopbildungsfunktion

Tab. 2: Bewertungsmatrix für das Biotopentwicklungspotential von Böden

Tab. 3: Bewertungsstufen für das Biotopentwicklungspotential

Tab. 4: Hemerobiestufen und ihre Bedeutung

Tab. 5: Hemerobiestufen und Bodenveränderungen

Tab. 6: Bewertungsstufen der Hemerobiegrade

Tab. 7: Rahmenbedingungen der Bodenbewertung für die Ertragsfunktion

Tab. 8: Bewertungsmatrix für die Ertragsfunktion

Tab. 9: Bewertungsstufen für die Ertragsfunktion

Tab. 10: Rahmenbedingungen der Bodenbewertung für die Grundwasserschutzfunktion

Tab. 11: Klassen ökologisch ähnlicher Bodenarten

Tab. 12: Ableitung und Bewertung der mechanischen Filtereigenschaften

Tab. 13: Ableitung und Bewertung der physiko-chemischen Filtereigenschaften

Tab. 14: Ableitung und Bewertung der Nitratrückhaltung

Tab. 15: Bewertung des Umsetzvermögens für organische Schadstoffe

Tab. 16: Rahmenbedingungen der Bodenbewertung für die Grundwasserneubildungsfunktion

Tab. 17: Ermittlung der Grundwasserneubildung

Tab. 18: Klassifizierung der Grundwasserneubildung

Tab. 19: Datenherkunft der Eingangsparameter für die Bodenbewertung potentiellen Verdunstung, Meßstelle Münster (DWD, 1995)

Kartenverzeichnis

Projektausschnitt “Umweltverträglichkeitsuntersuchung zum Ausbau des Dortmund-Ems-Kanals”

Karte 1: Bodentypen (Maßstab 1 : 10.000)

Karte 2: Realnutzung (Maßstab 1 : 10.000)

Karte 3: Biotopbildungsfunktion (Maßstab 1 : 10.000)

Karte 4: Ertragsfunktion (Maßstab 1 : 10.000)

Karte 5: Grundwasserschutzfunktion (Maßstab 1 : 10.000)

Karte 6: Grundwasserneubildungsfunktion (Maßstab 1 : 10.000)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung und Zielsetzung

1.1 Einleitung

“Eine wesentliche Voraussetzung für eine umweltverträglichere Naturnutzung bietet die Ökologie mit all ihren Teildisziplinen, darunter die Landschaftsökologie, deren Erkenntnisse bei allen für die Landschaft bzw. den Naturhaushalt relevanten Entscheidungen zunehmend Beachtung finden. Als ein System multidisziplinärer wissenschaftlicher Denkansätze und Methoden befaßt sich die Landschaftsökologie mit Strukturen, Prozessen und Veränderungen in der Landschaft mit dem Ziel, wissenschaftlich fundierte Grundlagen zugunsten einer nachhaltig die natürlichen Ressourcen bewahrenden Landnutzung zu liefern. Von entscheidender Bedeutung ist das Bemühen um eine ressortübergreifende komplexe Sichtweise des Beziehungsgefüges in Natur und Landschaft, dessen Vielschichtigkeit und Kompliziertheit unser Fassungsvermögen bisweilen übersteigt.” (BASTIAN UND SCHREIBER, 1994) Das Umweltmedium Boden spiegelt die im oben stehenden Zitat erwähnte Vielschichtigkeit und Kompliziertheit des Beziehungsgefüges in Natur und Landschaft in besonderem Maße wider, da es eine zentrale Stellung im gesamten Naturhaushalt einnimmt.

So bieten Böden als Naturkörper verschiedensten Organismen Lebensraum, stellen Pflanzenstandorte dar, dienen als Kulturpflanzenstandorte dem landoder forstwirtschaftlichem Ertrag, regulieren den Wasserhaushalt einer Landschaft und wirken durch Filterung, Pufferung und Transformation Grundwasserund Gewässerkontamination entgegen (BLUME, 1990).

Betrachtet man diese zentrale Stellung in Zusammenhang mit der Tatsache, daß Böden nicht vermehrbar und nur bedingt regenerierbar sind, wird die Bedeutung und Notwendigkeit eines auf diese Funktionen des Bodens ausgerichteten Bodenschutzes verständlich.

Die ökologische Planung, die in Analogie zu den im einleitenden Zitat formulierten Zielen der Landschaftsökologie die Aufgabe hat, im Falle gesteuerten raumorientierten Handelns (z.B. bei Eingriffen in Natur und Landschaft) schädigende Einflüsse auf die natürlichen Lebensgrundlagen der Menschen, Tiere und Pflanzen zu verhindern, zu vermindern oder zu beseitigen (MARKS et al. 1992), hat somit auch den Schutz des Umweltmediums Boden zum Inhalt.

Eine der Komponenten der ökologischen Planung ist die ökologische Bewertung, die der Zusammenfassung komplexer Sachverhalte dient, um so über Klassifikationen und die Bildung von Rangfolgen ein handhabbares, abstrahiertes Abbild der Wirklichkeit zu erhalten. Bodenbewertungen stellen in diesem Zusammenhang neben Grundbewertungen anderer Umweltfaktoren einen wichtigen Bestandteil dar. Es erscheint indes logisch, daß Bodenbewertungen dabei zum Zweck eines zielgerichteten Bodenschutzes die oben erwähnten Bodenfunktionen zur inhaltlichen Grundlage haben sollten, um so besonders schützenswerte Bereiche herausarbeiten und kennzeichnen zu können.

Da die Ermittlung und Herleitung dieser Bodenfunktionen aufgrund der Methoden und der anfallenden Datenmengen, ebenso wie das Beziehungsgefüge selbst, durch Vielschichtigkeit und Kompliziertheit gekennzeichnet ist, stellt sich die Frage nach vereinheitlichten und automatisierten Verfahren, die es ermöglichen, diese Komplexität handhabbar zu gestalten.

Eine Möglichkeit hierzu ist der Einsatz Geographischer Informationssysteme (GIS), die sich bei der Bearbeitung verschiedenster landschaftsökologischer Fragestellungen bereits seit Jahren bewährt haben. In vielen öffentlichen Institutionen und privaten Unternehmen werden sie bereits routinemäßig bei der Erarbeitung von Planungsgrundlagen eingesetzt, in den USA und Großbritannien jedoch häufiger und seit längerer Zeit als in Deutschland (WESSELS, 1994).

Bei der Bearbeitung bodenökologischer Fragestellungen innerhalb der ökologischen Planung ist der Einsatz Geographischer Informationssysteme jedoch noch die Ausnahme. Dies bedeutet jedoch nicht, daß solche Systeme nicht zur Lokalisierung von aus der Sicht des Bodens schutzwürdigen Standorten eingesetzt werden und so möglicherweise als Entscheidungshilfe in der ökologischen Planung dienen können.

In dieser Arbeit sollen daher anhand des Beispiels der “Umweltverträglichkeitsuntersuchung zum Ausbau des Dortmund-Ems-Kanals” die Möglichkeiten einer GIS-gestützten Bodenbewertung als Entscheidungshilfe in der ökologischen Planung aufgezeigt werden.

1.2 Problemstellung, Ziele und Konzeption der Arbeit

Das Schutzgut Boden ist in der ökologischen Planung, geregelt durch die gesetzlichen Rahmenbedingungen der verschiedenen Fachgesetze (BNatSchG, BauGB, UVPG etc.), neben anderen Schutzgütern einer der zu berücksichtigenden Aspekte.

In der methodenoffenen ökologischen Planung existieren im Gegensatz zu anderen Schutzgütern (z.B. Flora und Fauna, vgl. ADAM et al., 1986) für das Schutzgut Boden jedoch keine einheitlichen oder normierten Bewertungsverfahren, so daß in der Planungspraxis eine Vielzahl unterschiedlichster Methoden zum Einsatz kommt, die sowohl aus Sicht der Zielsetzung als auch aus Sicht der Ergebnisse völlig abweichend voneinander sind und oft dem Bodenschutzgedanken nicht gerecht werden können. Da aber, wie einleitend bereits erläutert, das Ziel von Bodenbewertungen in der ökologischen Planung die Berücksichtigung der durch die zentrale Stellung des Bodens im gesamten Naturhaushalt definierten Bodenfunktionen sein sollte, sind die Ergebnisse der Planungspraxis von diesem Ziel leider häufig zu weit entfernt. Die Gründe dafür sind in erster Linie in der zu hohen Komplexität der adäquaten Methoden, der Datenverfügbarkeit, der diesem Ziel angemessenen hohen Aussagegenauigkeit und der somit sehr großen Menge an zu verarbeitenden Daten zu suchen. Der damit bei einer herkömmlichen Bearbeitungsweise (d.h. ohne EDV-Einsatz) verbundene zeitliche und finanzielle Aufwand erscheint in der Planungspraxis als nicht gerechtfertigt, nicht zuletzt, weil der Boden nur eines von mehreren zu berücksichtigenden Schutzgütern darstellt, die ebenfalls unter Beachtung der jeweiligen fachlichen Ziele mit entsprechendem Aufwand zu bearbeiten sind. Demzufolge stehen Bodenbewertungen zum Zweck eines zielorientierten Bodenschutzes den Anforderungen der Planungspraxis an effizient einsetzbare Methoden diametral gegenüber.

Deshalb ist es das Ziel der vorliegenden Arbeit, anhand eines aktuellen Beispiels die Möglichkeiten einer GIS-gestützten Bodenbewertung (die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt wird) für die ökologische Planung aufzuzeigen, die durch den Einsatz der Fähigkeiten Geographischer Informationssysteme im Hinblick auf die Aussagekraft, den Maßstab (die Aussagegenauigkeit) und das Kosten- / Nutzenverhältnis sowohl den Anforderungen in der Planungspraxis als auch den Zielen des Bodenschutzes gerecht werden kann und somit eine fachlich abgesicherte Entscheidungshilfe in der ökologischen Planung darstellt.

Dieses Beispiel dient dabei nicht der reinen Demonstration von GIS-Funktionalitä- ten, es soll vielmehr die Anwendung des entwickelten Verfahrens am konkreten Projekt darstellen und so helfen, den Nutzen des Einsatzes Geographischer Informationssysteme an den praktischen Erfordernissen der ökologischen Planung, hier konkret dem Themenfeld Bodenbewertung, zu messen. Als Ergebnis des Bodenbewertungsverfahrens ergeben sich Eignungsbewertungen, die das Schutzgut Boden im zu untersuchenden Landschaftsraum mit standortspezifischen Wertigkeiten beschreiben, so daß insbesondere schutzwürdige Bereiche lokalisiert werden können.

Die Arbeit umfaßt somit drei Themenkomplexe, die ökologische Planung, die Bodenbewertung und Geographische Informationssysteme, deren fachwissenschaftlichen und thematischen Forschungsstände in Kapitel 2 erläutert werden. Aus dieser Betrachtung ergeben sich die jeweils erforderlichen Rahmenbedingungen für eine GIS-gestützte Bodenbewertung in der ökologischen Planung. Das Kapitel 3 widmet sich den aus diesen Rahmenbedingungen abzuleitenden boden- ökologischen Funktionen sowie den für deren Herleitung erforderlichen Methoden. Die für eine GIS-gestützte Bodenbewertung von der Datenerfassung bis hin zur thematischen Karte benötigten Werkzeuge (Software) und Arbeitsschritte sind der Gegenstand des vierten Kapitels. Hierbei wird der Schwerpunkt auf die Implementierung der in Kapitel 3 beschriebenen und hergeleiteten Bodenbewertungsverfahren in eine externe Datenbank, die den Mittelpunkt innerhalb des gesamten Systems markiert, gelegt, da dieses den zentralen Bestandteil der GIS-Unterstützung repräsentiert.

Die Anwendung dieser zunächst im Kapitel 3 hergeleiteten und anschließend im Kapitel 4 im GIS aufbereiteten Verfahren auf das praktische Beispiel wird in Kapitel 5 dargestellt. Hierbei werden insbesondere Fragestellungen des Projektbezuges sowie die zur Verfügung stehenden Daten diskutiert. Abschließend werden in Kapitel 5 die in Form von thematischen Karten vorliegenden Endergebnisse der GIS-gestützten Bodenbewertung vorgestellt und die darauf aufbauenden Planungsschritte bis hin zur Entscheidungsfindung aufgezeigt.

Aus diesen Ergebnissen werden schließlich Schlußfolgerungen für den Einsatz in der Planungspraxis abgeleitet.

2 Fachwissenschaftlicher und thematischer Forschungsstand

Gemäß der in Kapitel 1.2 formulierten Zielsetzung umfaßt das in dieser Arbeit bearbeitete Thema drei Kompartimente:

- Ökologische Planung,
- Bodenbewertung,
- Geographische Informationssysteme.

Diese Kompartimente stellen eigene wissenschaftliche Komplexe dar, deren Grundzüge im folgenden beschrieben werden.

2.1 Ökologische Planung

Wenn raumorientiertes Handeln – in der Regel durch gesetzliche Vorgaben (siehe z.B. die Ziele der Raumordnung und Landesplanung) – gesteuert vonstatten gehen soll, ist dieser Prozeß mit einer Planung verbunden. Seit Mitte der siebziger Jahre dieses Jahrhunderts sind dabei neben der Erreichung des eigentlichen Planungszieles (meist technischer Natur) ökologische Aspekte in den Vordergrund gerückt. Dies geht einher mit einem allgemein gestiegenen ökologischen Bewußtsein (vgl. BASTIAN und SCHREIBER, 1994).

Ein Beispiel hierzu ist das 1976 in Kraft getretene Bundesnaturschutzgesetz, das die umfassende und nachhaltige Sicherung der Leistungsfähigkeit des Naturhaushaltes – als Lebensgrundlage des Menschen und als Voraussetzung für seine Erholung – zum Ziel hat (§ 1 Abs. 1 BNatSchG). Hierzu stehen dem Naturschutz und der Landschaftspflege verschiedene Instrumente zur Verfügung, die unter dem Oberbegriff “ökologische Planung” zusammengefaßt werden können. Diese verschiedenen Instrumente haben gemeinsam, daß sie Planungen mit Raumanspruch bzw. -bezug unter Einbeziehung ökologischer Aspekte darstellen.

MARKS et al. (1992) definieren die Zielsetzung der Ökologischen Planung folgendermaßen:

“Innerhalb des komplexen Aufgabenfeldes «Umweltschutz» verfolgt die ökologische Planung das Ziel, schädigende Einflüsse auf die natürlichen Lebensgrundlagen der Menschen, Tiere und Pflanzen zu verhindern, zu vermindern oder zu beseitigen.”

Ökologische Planung versteht sich also als querschnittsorientierte Planung, die die verschiedenen naturhaushaltlichen Faktoren (Umweltelemente, Schutzgüter)

- Luft,
- Klima,
- Boden,
- Wasser,
- Landschaft,
- Flora und
- Fauna

zu berücksichtigen hat (vgl. BASTIAN und SCHREIBER, 1994).

2.1.1 Instrumentarien ökologischer Planung

Die Instrumente der ökologischen Planung sind in Abhängigkeit vom Einsatzgebiet unterschiedlich definiert, obwohl ihr grundsätzlicher Aufbau und Ablauf einfach strukturiert ist und sich prinzipiell auf jedes der unten genannten Instrumentarien (mit geringen, aufgabenspezifischen Unterschieden) anwenden läßt. Im Grundsatz lassen sich zwei wesentliche Bereiche voneinander unterscheiden. Dies sind zum einen die ökologische Planung als eigenständige sektorale Fachplanung und zum anderen die ökologische Planung als Fachbeitrag innerhalb anderer gesetzlich bestimmter Fachplanungen bzw. des Baurechts (MURL, 1988).

Der Landschaftsplanung als sektorale Fachplanung werden folgende Planungsinstrumentarien zugeordnet:

- Landschaftsrahmenplanung
- Landschaftsplanung,
- Biotopmanagementplanung.

Zur Landschaftsund Umweltplanung im Rahmen fachgesetzlicher Genehmigungsplanungen (alle Planungen, die Fachgesetzen wie z.B. dem Bundesfernstraßengesetz, dem Bundeswasserstraßengesetz, dem Bundesschienenwegeausbaugesetz, etc. unterliegen) zählen (STORM und BUNGE, 1988):

- Prozeß-Umweltverträglichkeitsuntersuchung,
- Projekt-Umweltverträglichkeitsuntersuchung,
- Landschaftspflegerische Begleitplanung,
- Landschaftspflegerischer Beitrag z.B. im Rahmen eines Wasserrechts- oder Abgrabungsantrages.

Als Instrumentarium der Landschaftsund Umweltplanung im Rahmen der Bauleitplanung sind u.a. zu nennen (MURL und MSV, 1993):

- Siedlungsflächenentwicklungsplanung,
- Stadtteilbezogene Rahmenplanung,
- Landschaftspflegerische und grünordnerische Beiträge zu Bebauungsplänen,
- Freiflächenplanung.

2.1.2 Planungsabläufe

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Grundsätzlicher Abblauf von Instrumentarien ökologischer Planungen (Quelle: eigener Entwurf)

Ein grundsätzlicher Ablauf von Instrumentarien der ökologischen Planung als Beitrag innerhalb von Genehmigungsverfahren nach Fachplanungsrecht wird in der Abbildung 1 kurz umrissen. Aus der Abbildung wird deutlich, daß ökologische Planungen in ihren Grundzügen einfach strukturiert sind.

Hierzu ist anzumerken, daß es sich um ein verallgemeinertes Schema handelt, das in dieser Form immer nur Bestandteil der o.e. verschiedenen ökologischen Planungen ist. In der Regel treten je nach Aufgabenstellung noch andere Komponenten hinzu (POTT et al., 1996). Für alle Arten ökologischer Planungen gilt die Tatsache, daß die in Kapitel 2.1 aufgelisteten verschiedenen naturhaushaltlichen Faktoren beschrieben, bewertet und die Ergebnisse der Bewertung gegebenenfalls zu kompakten Aussagen aggregiert sowie in thematischen Karten dargestellt werden.

2.1.3 Ökologische Bewertung

Im Rahmen der Bestandsbewertung von Fachplanungen bzw. der Bewertung der entscheidungsrelevanten naturhaushaltlichen Faktoren innerhalb von Genehmigungsplanungen existieren verschiedene Ansätze zur Beurteilung der naturhaushaltlichen Funktionen, deren Bedeutung und Empfindlichkeit.

Grundsätzlich besteht das Anliegen einer ökologischen Bewertung darin, “[...] räumliche Strukturen, Nutzungen, Funktionen und Potentiale im Hinblick auf das Leistungsvermögen des Naturhaushaltes zu beurteilen.” (BASTIAN und SCHREIBER, 1994). Dabei werden ökologische Wirkungen in gesellschaftlich faßbare Größen transformiert (NEEF, 1967), um die Landschaftsausstattung und die in der Landschaft ablaufenden ökologischen Prozesse in ihrer Auswirkung zu erfassen.

Einer ökologischen Bewertung sind Bestandsaufnahmen, Messungen, Klassifizierungen und ähnliche Schritte vorgeschaltet, die allein nicht ausreichen, um planungsrelevante und anwendungsorientierte Aussagen zu treffen. Hierzu werden die jeweiligen Bewertungsverfahren herangezogen, die Bewertungsvorgänge sowohl formal als auch inhaltlich strukturieren und reglementieren (BASTIAN und SCHREIBER, 1994).

MARKS et al. (1992) fassen die Vielzahl an Ansätzen ökologischer Bewertungsverfahren in vier “Verfahrensgrundmustern” zusammen:

- ökologische Eignungsbewertung (Eignung von Ökosystemen und Landschaften für bestimmte Nutzungsansprüche, z.B. Ertragsfähigkeit der Böden),
- ökologische Belastungsbewertung (Belastung oder Schädigung der Ökosysteme durch Einwirkungen des Menschen),
- ökologische Wertanalyse (Vielfalt, Naturnähe, Vollkommenheit, Intaktheit, Funktionsfähigkeit von Ökosystemen und Landschaften),
- ökologische Risikobzw. Wirkungsanalyse (“Risiko” bei Eingriffen in Natur und Landschaft, die zu einer Beeinträchtigung des Leistungsvermögens des Naturhaushaltes führen können).

Diese Verfahren beinhalten Bewertungsrahmen und Kriterien, Indikatoren und Wertaggregationen. Relevant ist hierbei insbesondere die problemadäquate Auswahl und Gewichtung von Kriterien und Indikatoren, so daß ein möglichst genaues Abbild der Wirklichkeit entsteht.

HÜBLER (1989) führt ergänzend verbal-deskriptive Bewertungen sowie weiterentwickelte Nutzwertanalysen an.

Weiterhin sind im Zusammenhang mit den ökologischen Bewertungsverfahren die momentan vielfach diskutierten Umweltqualitätsstandards und -ziele im Rahmen der Beurteilung von Umweltauswirkungen von Bedeutung. Umweltqualitätsstandards sind operationalisierte Werte für Umweltqualitätsziele, die wiederum als politisch definierte Ziele über zu erreichende Niveaus (Grenzwerte) der Umweltgüte definiert werden. Es sind also auf Betroffene (z.B. naturhaushaltliche Faktoren) und nicht auf Verursacher bezogene Zielaussagen (vgl. FÜRST, 1989), die im Rahmen einer Bewertung berücksichtigt werden können.

2.2 Bodenbewertung

2.2.1 Bodenbewertung und Bodenschutz

Bei der Bodenbewertung im Rahmen der ökologischen Planung wird das Ziel verfolgt, dem Bodenschutzgedanken bei Eingriffen in Natur und Landschaft gerecht zu werden.

Der steigende Flächenverbrauch für Siedlung, Verkehr und Gewerbe, die nachhaltige Veränderung von Böden und damit des zugehörigen Lebensraumes durch eine intensive landwirtschaftliche Bodennutzung, die teilweise enorme Bodenverschmutzung in industriellen Ballungsräumen sowie die flächenhafte Bodenbelastung durch Schadstoffund Nährstoffeintrag aus der Atmosphäre führen zu der Notwendigkeit, den Boden in seinem Bestand und seiner Qualität zu schützen (KOCH-STEINDL und WEIHS, 1994).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Die Stellung des Bodenschutzes im Zusammenhang mit dem gesamten Naturund Umweltschutz (Quelle: KRO- BOK, 1995; verändert)

Diese Notwendigkeit des Bodenschutzes, der bis dato nur in den Bundesländern Sachsen und Baden-Württemberg gesetzlich verankert ist, ergibt sich also zum einen aus der zentralen Stellung des Umweltmediums Boden im gesamten Naturhaushalt. Zum anderen resultiert aus der begrenzten Belastbarkeit der Böden die Gefahr von schleichenden, irreversiblen Schädigungen, die ebenso wie den Boden selbst die vielfältigen Zielsetzungen des gesamten Naturund Umweltschutzes berühren (KROBOK, 1995) (siehe Abbildung 2).

Daraus wird deutlich, daß eine Betrachtung des Bodens in der ökologischen Planung von großer Bedeutung ist und ein wichtiger Beitrag zu einem wirkungsvollen Bodenschutz sein kann. Über Analyse und Bewertung eines Bodens als Naturkörper und Landschaftselement läßt sich ein eingriffsbedingter Verlust des Bodens und seiner Funktionen quantifizieren. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, bestehende und zukünftige Belastungen bzw. Gefahren für den Boden aufzuzeigen (GRIMM und SOMMER, 1993).

2.2.2 Bodenbewertung in der Planungspraxis

Die Ursprünge der Bodenbewertungen – mit dem Ziel einer zweckmäßigen Nutzung der Landschaft (MARKS et al. 1992) – in Deutschland sind in der Reichsbodenschätzung, die 1934 eingeführt wurde, zu finden. Hierbei wird der Geofaktor Boden unter Berücksichtigung des Klimas auf seine landwirtschaftliche Eignung hin (Ackeroder Grünlandnutzung) bewertet. Ziel dieser Bewertung ist, einen Ansatzpunkt zur Besteuerung landwirtschaftlicher Nutzflächen zu erlangen. Daraus wird deutlich, daß die wirtschaftlichen Aspekte bei dem Bodenbewertungsverfahren Reichsbodenschätzung im Vordergrund stehen und es sich – allgemeiner formuliert – um eine anthropozentrische Betrachtungsweise handelt. Diese Tatsache bedingt, daß die Reichsbodenschätzung den Anforderungen an Bodenbewertungen innerhalb ökologischer Planungen nicht gerecht wird, da lediglich die Produktionsfunktion eines Bodens beurteilt wird, die naturhaushaltlichen Funktionen des Bodens jedoch unberücksichtigt bleiben (vgl. BERGER, 1995). Aufgrund der guten Verfügbarkeit der Kartenblätter, des hohen Deckungsgrades und des den meisten Fragestellungen in der kleinräumigen ökologischen Planung angemessenen Maßstabes von 1 : 5.000 werden die Bewertungen der Reichsbodenschätzung trotz der o.e. Defizite häufig zur Bestandsbeschreibung und -bewertung innerhalb von ökologischen Planungen eingesetzt. Die dabei erzielten Ergebnisse entsprechen in diesem Zusammenhang häufig nicht den Anforderungen und sind aus der ökologischen Fragestellung heraus äußerst unzureichend (KOHL, 1993).

Der Grund für den häufigen Einsatz dieser eher einfachen Lösung in der gutachterlichen Praxis liegt in folgenden Sachverhalten begründet (BRAHMS und JUNGMANN, 1995):

- Für die ebenfalls in einer ökologischen Planung zu bewertenden Schutzgüter Arten und Biotope sowie Landschaftsbild liegen dezidierte Bewertungsvorschriften vor, so daß hier deutliche Schwerpunkte gesetzt werden.
- Für das Schutzgut Boden fehlen in der Regel Verfahrenshinweise. Liegen solche vor, bereitet deren Operationalisierung in der ökologischen Planung erhebliche Schwierigkeiten.

Die im letzten Punkt erwähnten Probleme bei der Berücksichtigung des Schutzgutes Boden sind zu begründen in (BRAHMS und JUNGMANN, 1995):

- der hohen Komplexität der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge im abiotischen Teilsystem, die die planerische Handhabbarkeit erschwert,
- der schwierigen planerischen Operationalisierung der Bodenfunktionen auf der Grundlage oft lückenhafter Daten,
- dem Defizit des planerischen Instrumentariums hinsichtlich methodisch ausgereifter und insbesondere allgemein anerkannter Erfassungsmethoden und Bewertungsmaßstäbe.

Mit diesem Manko in der Planungspraxis beschäftigen sich zahlreiche Wissenschaftler und Institutionen, insbesondere seitdem die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) durch Gesetz verbindlich als Instrument zur Prüfung der Umweltfolgen bei bestimmten Vorhaben eingeführt wurde. Sie versuchen Bodenbewertungsverfahren zu entwickeln, respektive zu etablieren, deren Ergebnisse als Grundlage für Planungsentscheidungen den Erfordernissen der ökologischen Planung entsprechen.

Die Rahmenbedingungen, die als Basis der Bodenbewertungsverfahren dienen, leiten sich dabei entweder aus rein wissenschaftlicher Perspektive oder aus gesetzlichen Vorgaben ab. Hierzu werden im folgenden verschiedene Beispiele angeführt.

2.2.2.1 Wissenschaftliche Rahmenbedingungen

Die heute verwendete Bodentypologie akzentuiert die morphologischen Aspekte der Böden stärker als die funktionalen Gesichtspunkte. Deshalb ist ein hauptsächliches Ziel, das bei Forschungen zum Thema Bodenbewertungsverfahren verfolgt wird, die Formulierung von Bodenfunktionen, anhand derer eine Bodenbewertung, wie sie in der ökologischen Planung erforderlich ist, erst möglich wird.

Zusammengefaßt ergeben sich daraus drei vornehmlich ökologisch ausgerichtete Hauptfunktionen (RAT DER SACHVERSTÄNDIGEN FÜR UMWELTFRAGEN, 1987):

- Lebensraumbzw. Biotopfunktion (Gewährung von Lebensraum für
Pflanzen und Tiere, insbesondere für stoffabbauende und humusbildende Organismen)
- Regelungsfunktion (Ausgleich im Wasserkreislauf, Filterung, Pufferung, Transformation)
- Produktionsfunktion (Produktion pflanzlicher Substanz)

Da diese ökologischen Hauptfunktionen aus bodenkundlichen Parametern allein nicht ableitbar sind, müssen diese weiter untergliedert werden. Die Regelungsfunktion z.B. kann über die Grundwasserneubildung sowie die Filter-, Pufferund Transformatorleistungen definiert werden. Diese wiederum lassen sich aus bodenkundlichen, nutzungsspezifischen und klimatischen Parametern herleiten (die für eine GIS-gestützte Bodenbewertung einsetzbaren Verfahren werden nachfolgend in Kapitel 3 hergeleitet und beschrieben).

Zwei Forschungsansätze, die den “funktionalen Ansatz” implementieren, seien an dieser Stelle exemplarisch genannt.

MARKS et al. (1992) definieren Funktionen und Potentiale, die das Vermögen des Landschaftshaushaltes beschreiben, bestimmte Leistungen der Ökosysteme zu ermöglichen und auch für eine umweltverträgliche Nutzung bereitzustellen. In diesem Rahmen spiegeln sich auf das Schutzgut Boden bezogene Parameter in den Funktionen / Potentialen Boden / Relief, Wasser, der biotischen Funktion und dem biotischen Ertragspotential wider.

Diese Funktionen/Potentiale sind in verschiedene Unterfunktionen gegliedert, die jeweils das Leistungsvermögen des Bodens hinsichtlich dieser Unterfunktionen beschreiben und durch Bodenparameter, Nutzungsparameter, Klimaparameter, etc. ermittelt werden.

BRAHMS und JUNGMANN (1995) definieren als Kriterien zur “Ermittlung der Erheblichkeit von Bodenbeeinträchtigungen” die Schutzwürdigkeit und Empfindlichkeit des Bodens, wobei, ähnlich dem vorhergehenden Ansatz, für diese zwei Kriterien Funktionen genannt werden, die anhand bodenkundlicher, klimatischer, nutzungsbedingter, und weiterer Parameter abgeleitet werden. Weiterhin wird als Kriterium der Schutzwürdigkeit die Vorbelastung mit einbezogen.

Zusätzlich zur Definition der Kriterien und Funktionen wird im Ansatz von BRAHMS und JUNGMANN (1995) die Möglichkeit gegeben, eine Gesamtaussage über die Erheblichkeit von Bodenbeeinträchtigungen zu treffen, indem die Schutzwürdigkeit mit der Empfindlichkeit verknüpft wird.

2.2.2.2 Gesetzliche Rahmenbedingungen

Wie oben bereits erwähnt, existieren bis dato lediglich in den Bundesländern Baden-Württemberg und Sachsen gesetzliche Verankerungen des Bodenschutzes in Form des Bodenschutzgesetzes Baden-Württemberg (BodSchG B-W) und des Ersten Gesetzes zur Abfallwirtschaft und zum Bodenschutz im Freistaat Sachsen (EGAB). Auf Bundesebene liegt ein Referentenentwurf vom 7. Februar 1994 für ein Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit vor (FOKUHL, 1994). Dieser Entwurf basiert auf der Bodenschutzkonzeption von 1985 und ist seitdem mehrfach überarbeitet worden.

Zweck des gesetzlichen Bodenschutzes ist es, “[...] den Boden vor schädlichen Ver- änderungen zu schützen und Vorsorge gegen das Entstehen schädlicher Bodenveränderungen zu treffen. Hierzu sind schädliche Bodenveränderungen abzuwehren, bestehende schädliche Bodenveränderungen und Altlasten zu sanieren sowie nachteilige Einwirkungen auf den Boden [...] soweit wie möglich zu vermeiden.” (Referentenentwurf für das BBSchG, 1994, §1)

Da das BodSchG B-W in der Literatur als Referenz herangezogen wird, sei es auch an dieser Stelle beispielhaft für den gesetzlichen Bodenschutz erläutert.

Das BodSchG B-W weist dem Boden sechs Bodenfunktionen zu (BodSchG B-W,

1991, §1):

1 Lebensraum für Organismen
2 Standort für natürliche Vegetation
3 Standort für Kulturpflanzen
4 Ausgleichskörper für den Wasserkreislauf
5 Filter und Puffer für Schadstoffe
6 landesgeschichtliche Urkunde

Diese Bodenfunktionen bzw. Verfahren zu deren Bestimmung sind jedoch nicht weiter definiert, so daß Handlungsspielräume in der Ermittlung ihrer jeweiligen Ausprägung entstehen. Ansätze zur Ermittlung der im BodSchG B-W vorgesehen Bodenfunktionen sind zu finden bei GRIMM und SOMMER (1993) sowie NEID- HARDT und VON BISCHOPINCK (1994).

2.3 Geographische Informationssysteme

Der Begriff “Geographisches Informationssystem “ wurde 1963 erstmals von Roger F. Tomlinson verwendet, der ein Jahr später das erste rechnergestützte raumbezogene Informationssystem in Kanada einführte, mit dessen Hilfe Informationen über die Landnutzung digital erfaßt, analysiert und dargestellt werden konnten (BILL und FRITSCH, 1994).

Die Entwicklung in der Folgezeit wird von OTTENS (1991) in drei Phasen eingeteilt:

1. Pionierphase (Innovation): ca. 1965/70 - 1980/85,
2. Reifephase (Spezialisierung, Kommerzialisierung): ca. 1980/85 - 1990/95
3. Benutzungsphase (weitverbreiteter Einsatz): seit 1990/95

Neben dem Begriff des “Geographischen Informationssystems” (oder kurz: Geo- Informationssystem, GIS) werden in Deutschland zahlreiche andere Begriffe verwendet. Häufig wird z.B der Begriff “raumbezogenes Informationssystem” synonym zum GIS-Begriff verwendet, um den Raumbezug der Daten hervorzuheben. Dies macht deutlich, daß eine eindeutige Definition schwierig ist, auch weil eine Vielzahl verschiedener Ausprägungen Geographischer Informationssysteme existieren.

BILL und FRITSCH (1994) schlagen folgende Definition vor:

“Ein Geoinformationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfaßt und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden.”

In dieser Definition sind praktisch alle Aspekte eines GIS enthalten. In Definitionen anderer Autoren werden demgegenüber einzelne Aspekte besonders hervorgehoben, hier sind vor allem der Raumbezug der Daten sowie die Analysefähigkeiten eines GIS zu nennen.

2.3.1 Technologie Geographischer Informationssysteme

Der Aufbau eines Geographischen Informationssystems kann durch seine Einzelkomponenten beschrieben werden. Dies sind die vier Komponenten Hardware, Software, Daten und Anwender, wie in der Definition von BILL und FRITSCH (1994) bereits erwähnt. Ebenso können die Aufgaben eines GIS durch die vier Komponenten Eingabe, Verwaltung, Analyse und Präsentation (EVAP); (ebd.) dargestellt werden.

Unter Berücksichtigung einiger Komponenten dieser sog. Vier-Komponenten- Modelle, den Daten, der Eingabe, der Verwaltung, den Analysemöglichkeiten und der Präsentation eines GIS werden im folgenden die grundsätzlichen Aspekte der Technologie Geographischer Informationssysteme beschrieben. Die Beschreibung beschränkt sich auf diese oben genannten Aspekte, da nur diese eine Relevanz in bezug auf die in Kapitel 4 behandelte GIS-gestützte Bodenbewertung aufweisen.

2.3.1.1 Datentypen in Geographischen Informationssystemen

Raumbezogene Daten, die mit Hilfe Geographischer Informationssysteme verarbeitet werden können, lassen sich in zwei Klassifikationen unterteilen.

Geometriedaten und Sachdaten (Attribute). Die Geometriedaten stellen die räumliche Ausprägung eines Objektes, wie z.B. Lage und Form einer Parzelle, dar, die Sachdaten beschreiben bestimmte thematische Inhalte, die diesem Objekt zugeordnet sind, wie z.B. Nutzungstyp oder Bodentyp (siehe Abb. 3).

Geometriedaten lassen sich wiederum untergliedern in Vektorund Rasterdaten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Objektkomponenten in Geographischen Informationssystemen (Quelle: BILL und FRITSCH, 1994; verändert)

Im Fall der Vektordaten werden Objekte mit Hilfe der drei Grundelemente Punkt, Linie und Fläche dargestellt, wogegen Rasterdaten auf nur einem Grundelement, dem Pixel (picture element, Bildelement), das quasi eine kleine, einheitliche Fläche darstellt, basieren. Daher können mit Rasterdaten Objekte nur in Form einer Pixel-Matrix abgebildet werden, wobei jedes Pixel einen bestimmen Wert repräsentiert (z.B. einen Nutzungstyp), der in Form eines Farboder Grauwertes dargestellt wird (siehe dazu Abb. 4).

Eines der wichtigsten Anwendungsgebiete von rasterorientierten GIS ist die Fernerkundung mit Scannern, die direkt derartige Rasterdaten liefern. Entsprechend der Unterscheidung von Vektorund Rasterdaten werden auch Geographische Informationssysteme in vektorund rasterorientierte GIS eingeteilt. “Hybride GIS” werden die Systeme genannt, die beide Datentypen verarbeiten und miteinander in Beziehung setzen können. Das in dieser Arbeit eingesetzte System ist ein vektororientiertes GIS mit der Fähigkeit, zusätzlich Rasterdaten ohne Sachdatenanbindung einzublenden. Vektordaten beinhalten außer der reinen Geometrie in Form von Koordinaten auch die “Nachbarschaftsbeziehungen” (BILL und FRITSCH, 1994) der einzelnen Objekte, z.B. den Anfangsund Endpunkt einer Linie sowie die daran angrenzende Fläche. Statt von Nachbarschaftsbeziehungen spricht man auch von “Topologie”.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Typen von Geometriedaten (Quelle: BILL und FRITSCH, 1994; ver-ändert)

Wie aus Abbildung 3 deutlich wird, ist zur Beschreibung der Geometrie auch eine graphische Beschreibung erforderlich, in der z.B. Stil, Breite und Farbe einer Linie festgelegt werden. Somit können also drei Typen von Information unterschieden werden, mit denen einzelne Objekte innerhalb eines GIS bestimmt werden können: Sachdaten, Geometriedaten und deren graphische Beschreibung.

2.3.1.2 Eingabe, Verwaltung, Analyse und Präsentation in Geographischen Informationssystemen

Die gesamte Erfassung des mit einem GIS zu erfassenden Datenbestandes erfolgt über die Eingabe, wobei die Möglichkeiten zur Datenaufoder übernahme sehr vielfältig sind. So besteht die Möglichkeit, Geometriedaten von analogen Vorlagen zu digitalisieren oder zu scannen und die Sachdateneingabe selbst vorzunehmen. Weiterhin können sie aus anderen Informationssystemen, soweit eine Kompatibilität besteht, direkt übernommen werden. Ferner können auch Daten zum Einsatz kommen, die in bereits digitaler Form von Vermessungs- ämtern, statistischen Landesämtern oder auch privaten Anbietern angeboten werden (BILL und FRITSCH, 1994). Häufig handelt es sich bei diesen Daten um bereits mit Sachdaten versehene Geometrien. Momentan geht der Trend in die Richtung, daß neben den klassischen, von öffentlicher Seite zu übernehmenden Daten, den Katasterdaten, auch weitere fachbezogene Geodaten immer häufiger verfügbar werden (z.B. Daten aus Bodeninformationssystemen der Bundesländer, Biotopkatasterdaten der LÖBF). Über Geometriedaten mit Sachdatenanbindung hinaus werden in zunehmenden Maße topographische Kartenwerke als reine Rastergrafik angeboten.

Die Verwaltung der digitalen Daten erfolgt entweder über ein in das Geographische Informationssystem implementiertes Datenbanksystem oder ein an das GIS anzubindendes externes Datenbanksystem, wobei eine interaktive Verbindung von Sachund Geometriedaten besteht. Die Geometriedaten werden in einem bestimmten Raumbezugssystem gespeichert (z.B. Gauß-Krüger-Koordinatensystem).

Neben Datenabfragen, mit denen ein Durchsuchen eines Datenbestandes nach räumlichen und deskriptiven Kriterien möglich ist (z.B. alle Bodeneinheiten, die südlich an Gewässer A angrenzen und deren Bodentyp Gley G52 ist) und Messund Zählwertberechnungen (z.B. Gesamtfläche aller Flächen der Bodeneinheiten, deren Grundwasserflurabstand < 14 dm und die sich innerhalb von Flur 7 oder Flur 5 befinden), gelten vor allem die “Verschneidung” (Bildung neuer thematischer Schichten durch geometrische Überlagerung von zwei oder mehr Ausgangsthemen) und das “Buffern” (Bildung neuer thematischer Schichten durch Zonengenerierung um punkt-, linienoder flächenförmige Objekte) zu den wichtigsten Analysewerkzeugen eines GIS (BILL und FRITSCH, 1994); (siehe Abb. 5).

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