Bodenversiegelung. Ursachen, Ausmaß, Folgen

Inhalt

1 Einleitung

2 Definition, Charakterisierung und Klassifizierung
2.1 Definition
2.2 Charakterisierung der Versiegelung durch Belagsklassen und Versiege- lungsgrad

3 Auswirkungen der Versiegelung auf den Boden
3.1 Auswirkungen auf Wasserhaushalt, Wärmehaushalt und Klima
3.1.1 Wasserhaushalt
3.1.2 Wärmehaushalt und Klima
3.2 Auswirkungen auf Stofftransport, Stickstoffhaushalt und Schadstoffbelastung
3.2.1 Fruchtbarkeit versiegelter Böden
3.2.2 Folgen der Versiegelung auf Schadstoffbelastung
3.2.3 Folgen der Versiegelung auf Flora und Fauna

4 Methoden zur Bestimmung des Versiegelungsgrades
4.1 Direkte und Indirekte Verfahren
4.2 Fernerkundliche Erhebungsverfahren
4.2.1 Physikalische Grundlagen
4.2.2 Erfassung der Bodenversiegelung im großflächigen Bereich

5 Ausmaß der Bodenversiegelung und zukünftige Entwicklung
5.1 Momentanes Ausmaß der Versiegelung in Deutschland
5.2 Erwartete zukünftige Entwicklung

6 Abschließende Schlussfolgerungen

Literatur

Tabellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

Die Versiegelung von Böden stellt zunehmend ein Problem dar. Besonders in einem relativ dicht besiedelten Land wie Deutschland kann Bodenversiegelung große Auswirkungen auf die Umwelt haben. Dabei nimmt das Ausmaß der Versiegelung durch ständige Bebauung von Flächen täglich zu und es wird immer wichtiger, sich ein Bild über die daraus resultierenden Folgen zu machen.

Versiegelte Flächen behindern den Gas- und Wasseraustausch zwischen Atmosphäre und Pedosphäre. Sie greifen dadurch unter anderem erheblich in den Wasserhaushalt ein. Eine Folge dieser Eingriffe ist unter Anderem, dass sich Schadstoffe im Boden anders verteilen. Außerdem wird die mikrobielle Aktivität der Böden zum Teil negativ beeinflusst, was zu einer Verschlechterung des Nährstoffhaushaltes führen kann. Diese negativen Effekte lassen sich durch das Verwenden bestimmter Materialien, oder durch bauliche Maßnahmen, wie die Verwendung breiterer Fugen, eindämmen.

Um die Auswirkungen richtig abschätzen und können, ist es wichtig, Methoden zu finden, mit denen man den Grad der Versiegelung messen kann. Man versucht dies direkt an der zu bemessenden Fläche, oder wendet fernerkundliche Methoden an. Aufgrund dieser Erkenntnisse wird versucht die Neuversiegelung zu reduzieren. Die Bundesregierung hat sich, auf Empfehlung des Rates für Nachhaltige Entwicklung, zum Ziel gesetzt, die Flächeninanspruchnahme von Siedlungs- und Verkehrsflächen bis zum Jahr 2020 auf 30 ha/d zu reduzieren (Rat für nachhaltige Entwicklung, 2004, S.3). Um dies zu erreichen, werden verschiedene steuerliche und rechtliche Maßnahmen vorgeschlagen.

2 Definition, Charakterisierung und Klassifizierung

2.1 Definition

Durch die anthropogene Veränderung von Böden, also durch Auftragung, Entnahme und Mischung von Böden, entstehen Bodenüberformungen. Die drastischste Art der Bo- denüberformung bildet dabei die Bodenversiegelung. Darunter versteht man die Verdich- tung, Bebauung oder Überdeckung einer offenen Bodenfläche mit einer undurchlässigen Schicht, wie z. Bsp. Asphalt oder Beton (Wessolek, Nehls und B.Kluge, 2010, S.155). Dabei werden je nach Definition verschiedene Formen der Versiegelung unterschieden. So unterscheidet Burghardt (1993) zwischen Vollversiegelung (undurchlässige Flächen wie z. Bsp. Gebäude, asphaltierte oder betonierte Straßen), Teilversiegelung (undurchlässige Flächen mit durchlässigen Bereichen, wie z. Bsp. Pflasterung mit offenen Fugen) und Unterflurversiegelung, also Versiegelungen unterhalb des Bodens, wie z. Bsp. bei U- Bahn-Tunneln oder Tiefgaragen. Eine andere Betrachtungsweise bietet die Definition nach Pietsch und Kamieth (1991). Sie richtet sich nach den Eigenschaften des Bodens während der Vegetationsperiode und besagt, dass eine Bodenversiegelung dann vorliegt, wenn folgende drei Kriterien erfüllt sind: 1) Oberflächenabfluss und Ableitung in einen technisch geprägten Vorfluter liegen während der Vegetationsperiode bei > 30% des Jahresniederschlags, 2) die Evapotranspiration ist um ca. 25 − 30% geringer als bei unbewachsenem Sandboden und 3) die versiegelte Fläche ist größer als 25 m² oder kleinere Teilflächen umfassen mehr als zwei Drittel einer Bezugseinheit (Wessolek, Nehls und B.Kluge, 2010, S.155).

2.2 Charakterisierung der Versiegelung durch Belagsklassen und Versiegelungsgrad

Um herauszufinden, welche Auswirkungen die Versiegelung auf eine bestimmte Fläche hat, reicht es jedoch nicht aus eine Aussage darüber zu treffen, ob diese Fläche versiegelt ist, oder nicht. Zum Einen unterscheiden sich verschiedene Materialien in ihrem Infiltrations- und Abflussverhalten. Man unterscheidet daher verschiedene Belagsklassen. Sie werden bestimmten Materialien zugeordnet und geben Auskunft über die geschätzten negativen Auswirkungen dieses Materials (siehe Tab. 2.1). Die hauptsächlichen Parameter, die in diese Klassifizierung mit einfließen, sind ”Fugenanteil“, ”Porenanteil“und ”Substratei- genschaften“. Diese werden mit denen eines unversiegelten und bewachsenen Standortes verglichen (Bunzel, 1992, S.36).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2.1: Belagsklassen nach Hanschke und Bedding 2005.

Zum Anderen enthalten die betrachteten Flächen meistens verschiedene Teilflächen, die unterschiedlich bebaut sind. Es ist daher vor allem bei größeren Flächen sinnvoll den Versiegelungsgrad abzuschätzen. Er bezeichnet den prozentualen Anteil der vollver- siegelten Fläche zur Gesamtfläche. Verschiedene Versiegelungsgrade können nun auch wiederum klassifiziert und in Versiegelungsstufen eingeteilt werden. So spricht man Bei- spielsweise bei einem Versiegelungsgrad von 10 − 50% von einer mäßigen Versiegelung (Versiegelungsstufe I) und bei einem Versiegelungsgrad von 85 − 100% von sehr starker Versiegelung (Versiegelungsstufe IV) (Wessolek, Nehls und B.Kluge, 2010, S.156).

3 Auswirkungen der Versiegelung auf den Boden

3.1 Auswirkungen auf Wasserhaushalt, Wärmehaushalt und Klima

3.1.1 Wasserhaushalt

Versiegelte Flächen haben einen großen Einfluss auf die Ökologie der darunter liegen- den Böden und den daran gekoppelten Wasserkreislauf. Der Hauptgrund dafür ist die verringerte Infiltrationsrate solcher Flächen. Trifft Niederschlagswasser auf eine versie- gelte Fläche, kann nur sehr wenig davon in den Boden einsickern. Ein Teil des Wassers verbleibt auf der Oberfläche, und zwar so viel, bis die Benetzungskapazität erreicht ist.

Dort verdunstet das Wasser und gelangt wieder in die Atmosphäre. Es wird also der Wasseraustausch zwischen Atmosphäre und Boden verhindert. Vor allem in den Som- mermonaten führt dies dazu, dass kaum Niederschlagswasser dem Bodenwasserkreislauf zugeführt wird (Wessolek, Nehls und B.Kluge, 2010, S.159f).

Wird die Benetzungskapazität überschritten, fließt das überschüssige Wasser als Ober- flächenabfluss ab. Es gelangt dadurch ebenfalls nicht in den Boden sondern fließt direkt in die Kanalisation oder ins nächste Gewässer. Im Gegensatz zum natürlichen Weg des Wassers, welches durch Versickerung ins Boden- und anschließend ins Grundwasser gelangt und von dort in den nächsten Fluss geleitet wird, geschieht der Oberflächenabfluss deutlich schneller. Es kommt also zu einer viel direkteren Reaktion der Pegelstände auf ein Niederschlagsereignis und somit zu Hochwasserereignissen (Wessolek, Nehls und B.Kluge, 2010, S.161). Die Auswirkungen auf die Abflussganglinie von stark bebauten im Vergleich zu weniger bebauten Flächen sollen in Abb. 3.1 schematisch veranschaulicht werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3.1: Schematische Abflussganglinie nach Grad der Bebauung nach A. Bunzel (1992).

Das Ausschließen der versiegelten Böden vom Wasserkreislauf kann zu einer Verminde- rung der Grundwasserneubildung und somit zur Absenkung des Grundwasserspiegels führen. So kann die Wasserversorgung zukünftiger Generationen gefährdet sein, sowie die Lebensbedingungen für Vegetation stark negativ beeinflusst werden. Inwiefern Bo- denversiegelung eine Ursache für das Absenken des Grundwasserspiegels ist, lässt sich allerdings nicht pauschal sagen, da nicht nur die Infiltration von Niederschlagswasser für die Grundwasserneubildung verantwortlich ist, sondern auch andere Vorgänge wie Uferfiltration aus Gewässern und künstliche Infiltration zur Grundwasseranreicherung. So spielt zum Beispiel die Versiegelung auf weitestgehend wasserundurchlässigen Tonböden für die Grundwasserneubildung kaum eine Rolle. Dennoch wird in größeren Verdich- tungsräumen der Grad der Bodenversiegelung als eine Ursache für die negative Bilanz zwischen Grundwasserentnahme und Grundwasseranreicherung gesehen (Bunzel, 1992, S.52f).

Es lässt sich also festhalten, dass die hauptsächlichen Probleme der Bodenversiegelung auf die niedrigere Infiltrationsrate und den damit einhergehenden erhöhten Oberflächen- abfluss zurückzuführen sind. Dem lässt sich zum einen durch Verwendung verschiedener Materialien entgegen wirken (vgl. Tab. 2.1, vorige Seite). Zum anderen spielt auch, wie Wessolek und Facklam herausfanden, der Fugenanteil bei der Versickerung eine große Rolle (Wessolek und Facklam, 1997, S.42ff).Sie untersuchten die Infiltration, Benet- zungskapazität und Feldkapazität versiegelter Flächen im Innenstadtbereich von Berlin.

Dabei kamen sie zu dem Ergebnis, dass ein 10%iger Fugenanteil eine Erhöhung der nutzbaren Feldkapazität von 2-4 l/m² bewirkt. Auch wenn dadurch im Vergleich zu unversiegelten Böden die Feldkapazität immer noch sehr niedrig ist, hätten versiegelte Böden mit hohem Fugenanteil den höchsten Versickerungsgrad. So haben zum Beispiel Flächen mit Bernburger Mosaik und Granitflächen, mit einem Fugenanteil von jeweils 20%, eine Infiltrationsrate von 58 bzw. 53 cm/T ag, während wasserdurchlässiger Asphalt ohne Fugenanteil eine Infiltrationsrate von < 1 cm/Tag aufweist. Voraussetzung für den positiven Effekt der Fugen ist allerdings, dass die Korngrößenzusammensetzung des Fugenmaterials einen hohen Sandanteil und einen geringen Ton- und Schluffanteil aufweist. Durch Eintrag von Straßenstäuben kann der Ton- und Schluffanteil mit der Zeit deutlich erhöht werden und die Versickerungskapazität der Fugen damit erheblich abgesenkt sein (Wessolek und Facklam, 1997, S.43f).

3.1.2 Wärmehaushalt und Klima

Die Temperatur einer Oberfläche hängt von zwei Materialeigenschaften ab:

- dem Reflexionvermögen und
- der Wärmeleitfähigkeit.

Insbesondere Beton-, Asphalt- und Natursteinbeläge besitzen eine niedrige Albedo

(=Verhältnis zwischen einfallender und reflektierter Energie) und gleichzeitig eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Flächen, die mit solchen Materialien versiegelt sind, nehmen einen Großteil der eintreffenden Nettostrahlung auf und leiten nur wenig davon in die Tiefe ab. Versiegelungsmaterialien neigen daher tendenziell zur Überwärmung (Bunzel, 1992, S.59).

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