Entwicklung von Landnutzungsszenarien für landschaftsökologische Fragestellungen:
Gespeichert in:
1. Verfasser: | |
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Format: | Abschlussarbeit Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Potsdam
Univ.-Bibliothek, Publ.-Stelle
2002
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Schriftenreihe: | Brandenburgische Umweltberichte
12 |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung: | XIV, 132 S. graph. Darst., Kt. : 30 cm |
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adam_text | Titel: Entwicklung von Landnutzungsszenarien für landschaftsökologische Fragestellungen
Autor: Fritsch, Uta
Jahr: 2002
Inhalt
Abbildungsverzeichnis VI
Tabellenverzeichnis VIII
Kartenverzeichnis IX
Zusammenfassung XI
Summary XIII
Einleitung
1.1 Problemstellung................................................................1
1.2 Zielsetzung...................................................................2
1.3 Vorgehensweise................................................................2
Grundlagen
2.1 Landschaft im Wandel...........................................................5
.1 Landschaft...............................................................5
.2 Landnutzung und Landbedeckung............................................6
2.1.3 Landschaftsökologie.......................................................7
2.1.4 Landschaftsbewertung......................................................8
2.1.5 Zeit- und Raumskalen......................................................8
2.2 Landnutzungsszenarien..........................................................9
2.3 Landnutzungsänderungen.......................................................10
2.3.1 Systemänderungen........................................................10
2.3.2 Faktoren der Landnutzungsänderung.........................................11
2.3.3 Rechtliche Grundlagen....................................................13
2.4 Trends in der Landnutzung......................................................14
2.4.1 Historische Entwicklung...................................................14
2.4.2 Trends in den einzelnen Landnutzungskategorien...............................14
2.4.2.1 Siedlungs-, Industrie- und Verkehrsflächen..............................14
2.4.2.2 Landwirtschaftlich genutzte Flächen...................................15
Inhalt
2.4.2.3 Wald und naturnahe Landschaften.....................................18
2.5 Modellierung von Landnutzungsänderungen........................................20
2.5.1 Erfordernis der Modellierung...............................................20
2.5.2 Nicht-räumliche Modelle..................................................20
2.5.3 Räumliche Modelle.......................................................21
2.5.3.1 Statische Modelle..................................................22
2.5.3.2 Dynamische Modelle...............................................23
2.5.4 Fazit...................................................................25
2.6 Landschaftsökologische Fragestellung: Einfluss von Landnutzung auf Hochwasser.........26
2.6.1 Hochwasserentstehung....................................................26
2.6.2 Einfluss von Landnutzung auf die Hochwasserentstehung.........................26
2.6.3 Hydrologisches Modell....................................................28
2.7 Anforderungen an das Landnutzungsmodell........................................29
Untersuchungsgebiete
3.1 Überblick über die drei ausgewählten Einzugsgebiete.................................31
3.1.1 Auswahl der Untersuchungsgebiete..........................................31
3.1.2 Untersuchungsmaßstab....................................................32
3.1.3 Datenlage..............................................................32
3.2 Lein........................................................................39
3.2.1 Klimatische Verhältnisse..................................................39
3.2.2 Geologie und Böden......................................................39
3.2.3 Gewässer und Grundwasser................................................39
3.2.4 Bevölkerung und Wirtschaft................................................39
3.2.5 Landnutzung im Jahr 1844.................................................40
3.2.6 Aktuelle Landbedeckung und Landnutzung....................................40
3.3 Körsch......................................................................41
3.3.1 Klimatische Verhältnisse..................................................41
3.3.2 Geologie und Böden......................................................41
3.3.3 Gewässer und Grundwasser................................................41
3.3.4 Bevölkerung und Wirtschaft................................................41
3.3.5 Landnutzung im Jahr 1836.................................................42
3.3.6 Aktuelle Landbedeckung und Landnutzung....................................42
3.4 Lenne......................................................................43
3.4.1 Klimatische Verhältnisse..................................................43
3.4.2 Geologie und Böden......................................................43
3.4.3 Gewässer und Grundwasser................................................43
3.4.4 Bevölkerung und Wirtschaft................................................43
3.4.5 Landnutzung im Jahr 1841.................................................44
3.4.6 Aktuelle Landbedeckung und Landnutzung....................................44
Das Landnutzungsmodell LUCK
4.1 Modellkonzept...............................................................45
4.1.1 Bewertung nach Standortfaktoren............................................46
4.1.2 Nachbarschaftsbeziehungen................................................47
4.1.3 Skalen- und Raumbezug...................................................48
4.1.4 Datenbedarf und mögliche Datenquellen......................................49
II
4.1.5 Modelltechnik...........................................................50
4.2 Ausdehnung der Siedlungsgebiete................................................51
4.2.1 Ableitung von Hypothesen.................................................51
4.2.2 Vorgehensweise..........................................................52
4.2.2.1 Ableitung der Standortbewertung......................................52
4.2.2.2 Räumliche Umsetzung der Siedlungsausbreitung.........................52
4.2.3 Exemplarische Sensitivitätsuntersuchungen....................................53
4.2.3.1 Einfluss der Parametrisierung.........................................53
4.2.3.2 Einfluss der Standortbedingungen.....................................55
4.2.3.3 Einfluss der Ausgangsgestalt.........................................56
4.2.4 Kalibrierung und Validierung anhand historischer Landnutzungsdaten...............56
4.2.4.1 Lein.............................................................58
4.2.4.2 Körsch...........................................................59
4.2.4.3 Lenne...........................................................60
4.3 Stilllegung von Grenzertragsackerflächen..........................................63
4.3.1 Ableitung von Hypothesen.................................................63
4.3.2 Vorgehensweise..........................................................63
4.3.2.1 Bestimmung des Ertragspotenzials.....................................63
4.3.2.2 Wertigkeit der Einzeleigenschaften....................................64
4.3.2.3 Synthese der Einzeleigenschaften.....................................66
4.3.2.4 Einfluss der Verknüpfungsart der Einzeleigenschaften.....................67
4.3.2.5 Räumliche Umsetzung der Stilllegung von Ackerflächen...................68
4.3.3 Validierung der Hypothesen................................................69
4.3.3.1 Validierung mit Hilfe eines Pflanzenertragsmodells.......................69
4.3.3.2 Validierung der Hypothese über die optimale Flächennutzung...............71
4.4 Etablierung von Schutzgebieten in Ufer- und Auenbereichen...........................72
4.4.1 Ableitung von Hypothesen.................................................72
4.4.2 Vorgehensweise..........................................................73
4.4.3 Exemplarische Sensitivitätstudien............................................74
4.4.4 Validierung der Hypothesen................................................74
4.4.4.1 Leingebiet........................................................75
4.4.4.2 Körschgebiet......................................................76
4.5 Verknüpfung der Teilmodelle....................................................77
4.5.1 Hierarchie der Teilmodelle.................................................77
4.5.2 Exemplarische Auswirkungen der Reihenfolge der Teilmodelle auf das Leingebiet.....77
Ergebnisse der Landnutzungsmodellierung
5.1 Konzept der Modellanwendung..................................................79
5.2 Ausdehnung der Siedlungsgebiete................................................81
5.2.1 Überregionaler Trend der Siedlungsflächenentwicklung..........................81
5.2.2 Lein...................................................................82
5.2.2.1 Siedlungsflächentrend..............................................82
5.2.2.2 Ergebnis der Modellierung...........................................82
5.2.3 Körsch.................................................................82
5.2.3.1 Siedlungsflächentrend..............................................82
5.2.3.2 Ergebnis der Modellierung...........................................84
5.2.4 Lenne..................................................................84
Inhalt
5.2.4.1 Siedlungsflächentrend..............................................84
5.2.4.2 Ergebnisse der Modellierung.........................................85
5.2.5 Exemplarische Auswirkung von Siedlungsflächen auf Hochwasser.................86
5.2.5.1 Einfluss der Größe des Siedlungsflächenanteils..........................86
5.2.5.2 Einfluss der Lage der Siedlungsflächen.................................86
5.3 Stilllegung von Ackerflächen....................................................87
5.3.1 Ableitung der Stilllegungsquote.............................................87
5.3.2 Ergebnisse der Modellierung...............................................87
5.3.2.1 Lein............................................................87
5.3.2.2 Körsch..........................................................88
5.3.2.3 Lenne...........................................................90
5.3.3 Exemplarische Auswirkung von Stilllegung auf Hochwasser......................91
5.4 Etablierung von Schutzgebieten in Ufer- und Auenbereichen...........................91
5.4.1 Ableitung des Szenarios...................................................91
5.4.2 Ergebnisse der Schutzgebietsausweisung......................................92
5.4.2.1 Lein............................................................92
5.4.2.2 Körsch..........................................................92
5.4.2.3 Lenne...........................................................92
5.4.2.4 Statistische Auswertung der Landnutzungen im Auenbereich...............93
5.4.3 Exemplarische Auswirkung auf Hochwasser...................................93
Möglichkeiten der Regionalisierung
6.1 Definition von Regionalisierung..................................................95
6.2 Übertragbarkeit des Modells auf andere Gebiete.....................................95
6.3 Übertragbarkeit auf andere Skalen................................................96
6.3.1 Konzept der Regionalisierung für die Anwendung in anderen Skalen................96
6.3.2 Kleinere Skala: Flächennutzungsplan Schwaigern...............................96
6.3.3 Größere Skala: Neckareinzugsgebiet.........................................98
6.4 Übertragbarkeit auf andere Fragestellungen........................................101
Diskussion und Ausblick
7.1 Diskussion der Modellkonzeption...............................................103
7.1.1 Bewertung der Datengrundlage............................................103
7.1.1.1 Naturräumliche Daten.............................................103
7.1.1.2 Landnutzungsdaten...............................................103
7.1.1.3 Parametrisierung der Kriterien für Landnutzungsänderungen...............105
7.1.2 Anpassung an das Fallbeispiel.............................................105
7.1.2.1 Gebietsauswahl..................................................105
7.1.2.2 Inhaltliche Ausrichtung des Landnutzungsmodells.......................106
7.1.3 Bewertung der Teilmodelle................................................106
7.1.3.1 Siedlungsausbreitung..............................................106
7.1.3.2 Stilllegung von Grenzertragsackerflächen..............................107
7.1.3.3 Etablierung von Schutzgebieten in Ufer- und Auenstandorten..............107
7.1.4 Sequenzieller Aufbau der Teilmodelle.......................................108
7.1.5 Grenzen und Potenziale des Modells luck.......:............................108
7.2 Diskussion der Ergebnisse des Fallbeispiels.......................................109
7.2.1 Ergebnisse der Landnutzungsmodellierung...................................109
IV
7.2.2 Auswirkung auf die Hochwasserentstehung...................................109
7.3 Ausblick...................................................................110
Literatur 111
Anhang 121
A Datengrundlage..............................................................121
A.l Quellen der räumlichen Daten..............................................121
A.2 Definition der CORINE-Landnutzungsklassen...................................122
B Gesetzliche Grundlagen.......................................................124
B.l Auszug aus § 30 des Bundesnaturschutzgesetzes...............................124
B.2 Auszug aus der EU-Wasserrahmenrichtlinie...................................124
C Liste der entstandenen Veröffentlichungen.........................................125
D Kopie der Steuerdatei.........................................................126
E Struktogramme des Modells....................................................128
E. 1 Hauptprogramm.........................................................128
E.2 Ausgewählte Unterprogramme.............................................128
C
Inhalt
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1.1 Herangehensweise an die Fragestellung............................................3
Abb. 2.1 Raum-Zeit-Hierarchie der Landschaftsökologie....................................9
Abb. 2.2 Einflussfaktoren für Landnutzungsänderungen.....................................12
Abb. 2.3 Überblick über die existierenden Modelltypen.....................................21
Abb. 2.4 Schematische Übersicht über die wichtigsten Steuergrößen einer Hochwasserganglinie .... 27
Abb. 2.5 Überblick über die für die hydrologische Modellierung benötigten räumlichen Daten.......28
Abb. 4.1 Ermittlung der Standortbewertung...............................................46
Abb. 4.2 Ermittlung der Nachbarschaftsverhältnisse........................................48
Abb. 4.3 Übersicht über die Konzeption und den Ablauf des Modells...........................48
Abb. 4.4 Vorgehensweise der Landnutzungskonversion für die Siedlungsausbreitung..............53
Abb. 4.5 Ergebnisse des Shape-Indexes für die Modellergebnisse der Sensitivitätsanalyse..........55
Abb. 4.6 Vergleich der Siedlungsgrößen von historischer Situation, tatsächlichem Ist-Zustand
und den Modellergebnissen der Kalibrierung bzw. Validierung an der Lein...............59
Abb. 4.7 Vergleich der Siedlungsgrößen von historischer Situation, tatsächlichem Ist-Zustand
und den Modellergebnissen der Kalibrierung bzw. Validierung an der Körsch.............61
Abb. 4.8 Vergleich der Siedlungsgrößen von historischer Situation, tatsächlichem Ist-Zustand
und den Modellergebnissen der Kalibrierung bzw. Validierung an der Lenne.............62
Abb. 4.9 Schema der Ertragspotenzialberechnung..........................................64
Abb. 4.10 Vergleich der unterschiedlichen Verknüpfungsmöglichkeiten für die
Ertragspotenzialberechnung....................................................68
Abb. 4.11 Ertragspotenzialberechnung aller Rasterzellen, die nicht für Siedlungszwecke
genutzt werden, in den drei Untersuchungsgebieten.................................71
Abb. 4.12 Vorgehensweise für die Suche nach schützenswerten Auenbereichen...................73
Abb. 4.13 Sensitivitätsuntersuchung der parametrisierbaren Höhendifferenz......................74
Abb. 5.1 Auswirkung der räumlichen Verteilung der Landnutzungen für den Ist-Zustand
und einer zufalligen Verteilung auf die Abflussganglinie.............................80
Abb. 5.2 Klassifizierung der Landkreise des Rheineinzugsgebiets von Maxau bis Lobith
und ihre prognostizierten Entwicklungstrends .....................................81
Abb. 5.3 Prognostizierte Siedlungsflächenentwicklung im Leingebiet..........................82
Abb. 5.4 Prognostizierte Siedlungsflächenentwicklung im Körschgebiet........................83
Abb. 5.5 Prognostizierte Siedlungsflächenentwicklung für das Lennegebiet......................85
Abb. 5.6 Einfluss der Größe des Siedlungsflächenanteils auf die Abflussganglinie................86
Abb. 5.7 Einfluss der Lage der Siedlungsflächen auf die Abflussganglinie ......................86
Abb. 5.8 Verteilung von 33% Stilllegungsfläche auf die verschiedenen Klassen
der ackerbaulichen Ertragsgüte im Leingebiet......................................88
Abb. 5.9 Verteilung von 33% Stilllegungsfläche auf die verschiedenen Klassen
der ackerbaulichen Ertragsgüte im Körschgebiet....................................89
Abb. 5.10 Verteilung von 33% Stilllegungsfläche auf die verschiedenen Klassen
der ackerbaulichen Ertragsgüte im Lennegebiet....................................91
VI
Abbildungsverzeichnis
Abb. 5.11 Hydrologische Auswirkung auf die Ganglinie des exemplarischen Hochwassers
infolge einer Stillegung von 10% der Ackerfläche.................................91
Abb. 5.12 Anteil der verschiedenen Landnutzungen am sensiblen Ufer- und Auenbereich
in allen drei Untersuchungsgebieten.............................................93
Abb. 5.13 Hydrologische Auswirkung auf die Abflussganglinie infolge einer fitablierung
eines Biotop Verbundnetzes entlang der Ufer- und Auenbereiche.......................93
Abb. 6.1 Aufsummierte Flächenanteile der Siedlungen für die CORINF-Datengrundlage und das
Modellergebnis einer Siediungsausbreitung von 10% mehr Siedlung
im Neckareinzugsgebiet..................................................... 100
c
Inhalt____________________________________________________
Tabellenverzeichnis
Tab. 4.1 Benötigte Eingangsdaten.................................................49
Tab. 4.2 Erforderliche Aufösung der Landnutzungsklassen..............................49
Tab. 4.3 Mögliche Datenquellen für Deutschland.....................................50
Tab. 4.4 Klassifizierung der Hangneigung...........................................52
Tab. 4.5 Klassifizierung der Bodentypen............................................64
Tab. 4.6 Klassifizierung der Bodenart..............................................65
Tab. 4.7 Klassifizierung der Gründigkeit............................................66
Tab. 4.8 Klassifizierung der höhenabhängigen Ertragsbeeinträchtigung....................66
Tab. 6.1 Auswahl an Modellen, die räumliche Landnutzungsmuster
als Eingangsdaten benötigen..............................................101
Tab. A.l Digitale räumliche Gebietsinformation für die Untersuchungsgebiete.............121
VIII
Kartenverzeichnis
Kartenverzeichnis
Karte 3.1 Lage der drei Untersuchungsgebiete im Einzugsgebiet des Rheins..................31
Karte 3.2 Topographie der drei Untersuchungsgebiete...................................33
Karte 3.3 Verteilung der Bodenarten in den drei Untersuchungsgebieten.....................34
Karte 3.4 Verteilung der Bodentypen in den drei Untersuchungsgebieten....................35
Karte 3.5 Historische Landnutzung in den drei Untersuchungsgebieten......................36
Karte 3.6 Aktuelle Landnutzung in den drei Untersuchungsgebieten........................37
Karte 3.7 Ortsübersicht für die drei Untersuchungsgebiete................................38
Karte 4.1 Untersuchung der Sensitivität des Modells auf verschiedene Schwellenwerte.........54
Karte 4.2 Einfluss der Standortbedingungen auf die Entwicklung der Siedlungsausbreitung......56
Karte 4.3 Untersuchung des Einflusses der Ausgangsgestalt auf das Ergebnis.................57
Karte 4.4 Vergleich von Kalibrierung, Validierung und aktuellem Ist-Zustand an der Lein.......59
Karte 4.5 Vergleich von Kalibrierung, Validierung und aktuellem Ist-Zustand an der Körsch.....61
Karte 4.6 Vergleich von Kalibrierung, Validierung und aktuellem Ist-Zustand an der Lenne......62
Karte 4.7 Vergleich der Ertragspotenzialbewertung durch die Modelle swim und luck..........70
Karte 4.8 Validierung der Ausweisung von schützenswerten Ufer- und Auenbereichen
an der Lein.............................................................75
Karte 4.9 Validierung der Ausweisung von schützenswerten Ufer- und Auenbereichen
an der Körsch...........................................................76
Karte 4.10 Auswirkungen der unterschiedlichen Modellierungsreihenfolge der Teilmodelle
auf das Endergebnis am Beispiel der Lein.....................................78
Karte 5.1 Ist-Zustand und zufällige Verteilung der selben Landnutzungsanteile im Leingebiet... .80
Karte 5.2 Modellergebnis des Siedlungsausbreitungsszenarios für das Leingebiet im Jahr 2010.. .83
Karte 5.3 Modellergebnis des Siedlungsausbreitungsszenarios für das Körschgebiet im Jahr 2010.84
Karte 5.4 Modellergebnis des Siedlungsausbreitungsszenarios für das Lennegebiet im Jahr 2010 .85
Karte 5.5 Ertragspotenzialbewertung durch luck im Leingebiet...........................87
Karte 5.6 Mögliche Auswirkungen der Agenda 2000 auf das Einzugsgebiet der Lein...........88
Karte 5.7 Bewertung der Standorteignung für Acker im Körschgebiet.......................88
Karte 5.8 Mögliche Auswirkungen der Agenda 2000 im Körschgebiet......................89
Karte 5.9 Bewertung des potenziellen Ertragsniveaus an der Lenne.........................90
Karte 5.10Mögliche Auswirkungen der Agenda 2000 im Lennegebiet.......................90
Karte 5.11 Ergebnis der schrittweisen Schutzgebietsausweisung in Ufer- und Auenbereichen
im Leingebiet...........................................................92
Karte 5.12 Ergebnis der schrittweisen Schutzgebietsausweisung in Ufer- und Auenbereichen
im Körschgebiet.........................................................92
Karte 5.13 Ergebnis der schrittweisen Schutzgebietsausweisung in Ufer- und Auenbereichen
im Lennegebiet..........................................................93
Karte 6.1 Vergleich zwischen der Ausgangsdatenbasis corjne, dem Flächennutzungsplan
und dem Modellergebnis von luck..........................................97
Inhalt___________________________________________________________________
Karte 6.2 Vergleich zwischen der CORINE-Datenbasis mit geschützten Ufer- und Auenbereichen,
dem Flächennutzungsplan und dem Modellergebnis von luck....................98
Karte 6.3 Ergebnis der Landnutzungsmodellierung von einem Siedlungszuwachs von 10%
für das Neckareinzugsgebiet...............................................99
Karte 6.4 Prozentualer Flächenzuwachs der einzelnen Siedlungen für das
Landnutzungsszenario mit der Annahme von 10% mehr Siedlungsfläche...........100
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discipline | Geowissenschaften Agrar-/Forst-/Ernährungs-/Haushaltswissenschaft / Gartenbau Geographie |
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