Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement „Gewässerstrukturgütekartierung des Goldersbachs nach EStruKa-FVA (Teil I) mit Maßnahmenbeispiel“ Bearbeitet von: Steffen Haas Markus Held Richard Uhlmann
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
„Gewässerstrukturgütekartierung des Goldersbachs nach
EStruKa-FVA (Teil I) mit Maßnahmenbeispiel“
Bearbeitet von:
Steffen Haas
Markus Held
Richard Uhlmann
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Inhalt 1 Einleitung .........................................................................................................3
1.1 Fragestellung ............................................................................................4
2 Material und Methoden ....................................................................................4
2.1 Untersuchungsgebiet ................................................................................4
2.2 Allgemeine Datenerhebung ......................................................................6
2.3 Spezielle Datenerhebung - Feldaufnahme................................................6
2.3.1 EStruka – FVA...................................................................................6
2.3.2 GPS – Global Positioning System .....................................................9
2.3.3 Arbeitsablauf....................................................................................14
2.4 Datenverarbeitung und –organisation .....................................................15
2.5 Datenevaluation......................................................................................22
3 Ergebnisse .....................................................................................................24
4 Diskussion und Empfehlungen.......................................................................28
4.1 Bewertung der Strukturgüte des Goldersbachs ......................................28
4.2 Maßnahmenbeispiel für Objekt 85/86 Glatte Gleite/Absturz (Wehr) .......30
5 Ausblick..........................................................................................................37
6 Literatur..........................................................................................................38
7 Abbildungs- und Diagrammverzeichnis..........................................................40
8 Anhang...........................................................................................................41
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1 Einleitung Fließgewässer stellen mit ihrem weit verzweigten Netz ein unverzichtbares Glied
im Wasserkreislauf dar, und bilden damit einen elementaren Bestandteil des
Wasserhaushaltes. Täler und Flußauen entstanden durch die Kraft des Wassers,
und unsere gesamte Landschaft wird durch das fließende Wasser geprägt und
mitgeformt. Die Strömung von Wasser schafft Kolke, Prallhänge und
Uferabbrüche, verändert dabei das Mosaik der Kleinlebensräume und bringt so die
Vielfalt der Gewässerstruktur hervor (BOSTELMANN, 2004).
Die EU-Wasserrahmenrichtlinie vom 23. Oktober 2000 vereinheitlicht den
rechtlichen Rahmen der Wasserpolitik innerhalb der EU und bezweckt eine
nachhaltigere und umweltverträglichere Wassernutzung. Bis zum Jahr 2015 ist
somit der „gute Zustand“ zu erreichen (Richtlinie 200/60 EU – WRRL). Der „gute“
Zustand leitet sich hierbei aus dem „sehr guten Zustand“ ab, welcher mit Hilfe
einer Bewertung von 20 bundesweiten Referenzgewässern definiert wurde. Die
Bewertung des einzelnen Fließgewässers wird anhand biologischer,
hydromorphologischer und chemisch-physikalischer Parameter durchgeführt.
Nach dem Bewertungsergebnis wird das jeweilige Gewässer einer von fünf
Bewertungsklassen für den ökologischen Zustand (von „sehr gut“ bis „schlecht“)
zugeordnet. Nach dieser Zuordnung richtet sich der Bedarf an
Verbesserungsmaßnahmen, die mit dem Ziel, den „guten Zustand“ zu erreichen,
umgesetzt werden müssen (RINDERSBACHER und BÖNECKE, 2004).
Minimalvoraussetzung für einen „guten Zustand“ ist dabei die Durchgängigkeit der
Fließgewässer (GORK und MERTEN, 2004).
Aus diesen Motiven wurde in Zusammenarbeit mit der Forstlichen Versuchs- und
Forschungsanstalt (FVA) eine Gewässerstrukturgütekartierung des
Goldersbaches im Schönbuch vorgenommen, da sich dieses Gewässer aufgrund
seiner Länge und seiner geographischen Lage als geeignet für den vorgegebenen
Projektumfang erwies.
Gemeinsam mit dem Projektpartner wurde beschlossen, sich auf die Kartierung
der gewässermorphologischen Merkmale zu beschränken. Die Aufnahme der
Strukturobjekte soll nun als exemplarische Maßnahme für weitere Gewässer im
Schönbuch dienen.
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1.1 Fragestellung
Hauptaugenmerk der Untersuchung lag auf der Erfassung des IST-Zustandes des
Goldersbachs. Man beschränkte sich hierbei (vgl. Kap. 2.3) auf die Kartierung der
Gewässerstruktur. Diese Kartierung und Visualisierung der aufgenommenen
Strukturen in eine brauchbare und übersichtliche Arbeitskarte bildete den
Schwerpunkt der Projektaufgabe.
Der IST-Zustand des Goldersbaches zum Zeitpunkt der Feldaufnahme,
festgehalten in einer Datenbank, schafft die Grundlage für Maßnahmen, welche im
Zuge der EU-Wasserrahmenrichtlinie durchgeführt werden sollen.
Anhand eines Beispiels wird dargestellt, wie und in welchem Ausmaß sich solch
eine Maßnahme konkret durchführen lässt. Da die Kartierung der
Gewässerstrukturen des Goldersbachs als Beispiel für die Aufnahmen weiterer
Gewässer dienen soll, wurde zudem eine MS Access Datenbank erstellt, um die
Eingabe der verschiedenen Daten in Zukunft zu erleichtern.
2 Material und Methoden
2.1 Untersuchungsgebiet
Naturräumliche Lage Der Goldersbach entwässert mit seinen zahlreichen Zuflüssen den südlichen
Schönbuch. Der Schönbuch ist seit dem Jahr 1972 Naturpark nach §23 des
Naturschutzgesetzes Baden-Württembergs und stellt als größtes geschlossenes
Waldgebiet im Ballungsraum des Mittleren Neckars nicht nur ein wichtiges und
beliebtes Naherholungsgebiet, sondern auch einen einzigartigen Lebensraum für
eine vielfältige Tier- und Pflanzenwelt dar.
Er liegt als weitgehend unbesiedeltes Waldgebiet zwischen Böblingen, Aichtal,
Reutlingen/Tübingen und dem Herrenberger Gäu exakt in der Mitte Baden-
Württembergs.
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Abbildung 2-1: Naturpark Schönbuch1
Der Goldersbach fließt im Goldersbachtal, welches sich aus dem Kleinem und
dem Großem Goldersbachtal zusammensetzt und zu den artenreichsten
Schönbuchtälern gehört. Das Goldersbachsystem wird als eines der letzten
intakten Bachsysteme im mittleren Neckarraum bezeichnet.
Abbildung 2-2: Kleines und großes Goldersbachtal, Goldersbach2
1 http://www.naturpark-schoenbuch.de
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2.2 Allgemeine Datenerhebung
Projektpartner Dr. Karl Wurm, Gewässerökologe und Lehrbeauftragter für das limnologische
Praktikum im Rahmen der GIS & Landschaftsmanagement-Vertiefungsrichtung
stellte die ersten Kontakte zur FVA Freiburg her und war so an der
Themenfindung maßgeblich beteiligt. Herr Dr. Schaber-Schoor und Frau
Niedermeyer von der Abteilung Landespflege der FVA waren unsere
Ansprechpartner.
Weitere Datenbeschaffungen Nach Literaturrecherche und Sichtung bereits vorhandener und durchgeführter
Projekte im Untersuchungsgebiet, war es notwendig, die von der Aufnahme
betroffenen Revierleiter zu kontaktieren. Diese werden später auch die
eventuellen Maßnahmen diskutieren, gegebenenfalls umsetzen lassen und die
Arbeitskarten erhalten.
Zuerst wurde ein Treffen mit Herrn Englisch, Revierleiter des Stadtwaldes
Tübingen-Nord, verabredet, da der Goldersbach mit Eintritt in den Schönbuch
zuerst den Stadtwald Tübingen tangiert. Des Weiteren besprachen wir uns
telefonisch mit Herrn Pohl, dem Leiter des Reviers Bebenhausen-West. Der Leiter
des staatlichen Forstamtes Tübingen-Bebenhausen, Herr Götz Graf Bülow v.
Dennewitz, verschaffte uns eine Durchfahrerlaubnis für das Revier Bebenhausen-
West und insbesondere für das Rotwildgatter.
2.3 Spezielle Datenerhebung - Feldaufnahme
2.3.1 EStruka – FVA
EStruka – FVA (Einzelstruktur-Kartierung an Fließgewässern im Wald) bezeichnet
ein vereinfachtes Verfahren zur Untersuchung von Gewässerbeeinträchtigungen
und wurde von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt (FVA) entwickelt.
Das Verfahren besteht aus zwei eigenständig anwendbaren Teilen:
2 http://www.naturpark-schoenbuch.de
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• Teil 1 dient zur Erfassung von natürlichen und künstlichen Strukturen am
Gewässer und im Gewässerumfeld.
• Teil 2 hat die Erfassung der Naturnähe von Waldbeständen im
Gewässerumfeld und von Referenz(wald)flächen (WBK-Biotope) zur
Aufgabe.
Wie bereits erwähnt, wurde ausschließlich Teil I des Aufnahmeverfahrens an
Fließgewässern im Wald angewandt.
Erfassung von Gewässer- und Umfeldstrukturen (Teil 1) Ziel des Verfahrens EStruka-FVA ist es, natürliche und künstliche
Gewässerstrukturen und künstliche Umfeldstrukturen, die sich potenziell schädlich
auf ein Fließgewässer auswirken, kartographisch zu dokumentieren und zu
bewerten. Die Erhebung natürlicher Gewässerstrukturen wie Kaskaden,
Querbänke oder Wasserfälle soll als Entscheidungshilfe bei späteren Planungen
dienen. So kann beispielsweise geprüft werden, ob die Wiederherstellung der
Durchgängigkeit eines künstlichen Bauwerkes sinnvoll ist, wenn unterhalb dieses
Bauwerkes durch eine natürliche Struktur die Ausbreitung von Organismen
ohnehin verhindert wird.
Das Verfahren sieht vor, die Strukturen entweder direkt im Gelände in
Arbeitskarten einzutragen oder alternativ mit GPS-Unterstützung zu lokalisieren.
Zu jeder Struktur werden Angaben zum baulichen Zustand sowie zur Priorität von
Maßnahmen erhoben (vgl. Tabelle 2-1 und 2-2).
Tabelle 2-1: Bewertung des baulichen Zustands3
3 Aus: Anleitung zur Gewässerstrukturgütekartierung nach dem Verfahren Einzelstruktur-Kartierung
an Fließgewässern im Wald (EStruka-FVA), Version 1.2, FVA, Abt. Landespflege, April 2006
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Tabelle 2-2: Beurteilung der Priorität
Der bauliche Zustand wird in drei Klassen eingestuft und hauptsächlich über die
Funktionstüchtigkeit des jeweiligen Bauwerkes beurteilt. Die Priorität der
Maßnahmen wird in fünf Klassen eingeteilt und gibt an, wie dringlich eventuelle
Handlungen am betreffenden Objekt sind, um den ökologischen Zustand an einem
Fließgewässer zu verbessern (Erläuterungen EStruka, Version 1.2, FVA, Abt.
Landespflege, 2004).
Während der Feldaufnahmen am Goldersbach wurden die Gewässer- und
Gewässerumfeldstrukturen mit einem mobilen GPS-Gerät (Trimble GPS
Pathfinder Pro) während der Begehung entweder als Punkt- oder Linienform
aufgenommen. Zur Beschreibung und Definition der einzelnen Objekte diente
hierbei der EStruKa-Erhebungsschlüssel der FVA. Die Objekte wurden in einem
ebenfalls von der FVA entwickelten Erhebungsbogen durchlaufend nummeriert
und mit allen notwendigen Daten wie Länge, Durchmesser, Sedimentauflage usw.
versehen. Folgende Merkmale sind im Erhebungsschlüssel definiert und wurden
bei den Feldaufnahmen gesondert aufgenommen:
• Punktförmige Strukturen:
o Querhindernisse natürlich
o Querhindernisse künstlich
o Rückstau
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o Brücke, Durchlass, Furt, Verrohrung, Verdohlung
o Schädliche Umfeldstrukturen
• Linienförmige Strukturen:
o Sohlverbau
o Uferverbau
o Schädliche Uferstrukturen
(EStruKa-FVA, Beschreibungen und Definitionen für Gewässer- und
Umfeldstrukturen (Stand 04/2006))
2.3.2 GPS – Global Positioning System
Wie oben bereits erwähnt, wurde zur Bestimmung der räumlichen Lage der
einzelnen Objekte ein GPS-Gerät verwendet. Beim Arbeiten mit GPS können
einige Probleme entstehen. Um diese Problem zu verstehen, wird im Folgenden
kurz die Funktionsweise von GPS erklärt und im Anschluss werden die häufigsten
Probleme, die beim Arbeiten mit GPS auftreten, erläutert und
Vermeidungsstrategien aufgezeigt.
Funktionsweise von GPS Bei der Navigation mit GPS wird mittels des Triangulationsprinzips die Position
des GPS-Empfängers ermittelt. Um dies zu ermöglichen, umkreisen 24 Satelliten
die Erde in 6 exakt bekannten Umlaufbahnen. Diese Umlaufbahnen wurden so
gewählt, dass von jedem Punkt der Erde mindestens 4 Satelliten empfangen
werden können. Da neben der Umlaufbahn auch die Geschwindigkeit und die
Höhe der Satelliten genau bekannt sind, ist es möglich, die exakte Position eines
jeden Satelliten zu einem bestimmten Zeitpunkt zu berechnen. Diese Positionen
werden in Tabellen, den so genannten Almanachen, eingetragen. Die Satelliten
senden ununterbrochen ein Signal mit ihrer Position und der Uhrzeit.
Das GPS-Empfangsgerät auf der Erde empfängt diese Signale, die in einem sehr
hohen Frequenzbereich (ca. 1,5 GHZ) gesendet werden. Über eine eingebaute
Uhr im GPS-Empfänger wird nun die exakte Uhrzeit, zu der das Signal empfangen
wurde, gespeichert. Über die Uhrzeit des Sendens und die Uhrzeit des
Empfangens kann die Laufdauer des Signals ermittelt werden. In Verbindung mit
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der bekannten Geschwindigkeit des Signals kann die Distanz zwischen Quelle und
Empfänger ermittelt werden. Da die Position des Senders (=Satelliten) bekannt ist,
können mögliche Standorte auf der Erde (zu diesem Zeitpunkt die berechnete
Distanz vom Satelliten entfernt) ermittelt werden. Da die Erde eine Kugel ist,
haben diese möglichen Standorte eine Kreisform. Mit Hilfe eines zweiten
Satelliten, der auf die gleiche Weise einen „potentiellen Standortkreis“ ermittelt,
kann der Standort des GPS-Empfängers auf zwei Punkte (Schnittpunkte der
beiden Kreise) eingegrenzt werden. Mithilfe eines dritten Satelliten kann nun der
Standort exakt festgestellt werden.
Da sich das verwendete Funksignal annähernd mit Lichtgeschwindigkeit (300.000
km/s) ausbreitet und deshalb das Signal eines Satelliten, der direkt über dem
Empfänger steht, nur ca. 6/100 Sekunden braucht, sind sowohl im Satelliten als
auch im Empfänger sehr präzise Uhren notwendig. Dank Atom- und
Quarzuhrtechnologie ist dies kein Problem. Probleme bereitet aber die
Synchronisation der Uhren: Laufen die Uhren nur um 1/100 Sekunde unsynchron,
so bedeutet dies schon eine Positionsabweichung von 3.000 km. Diese exakte
Synchronisation ist technisch nicht zu gewährleisten. Einen Ausweg aus diesem
Dilemma bieten die Lehrsätze der Trigonometrie, nach denen vier nicht perfekte
Messungen im dreidimensionalen Raum jede Abweichung der Synchronisation
ausgleichen können.
Deshalb sind für eine exakte dreidimensionale Positionsbestimmung mit Hilfe
eines GPS-Empfängers immer mindestens vier Satelliten notwendig.
Probleme beim Arbeiten mit GPS Probleme, die beim Arbeiten mit GPS-Geräten auftreten, betreffen fast immer die
Genauigkeit der Peilung. Haupteinflussfaktoren für die Genauigkeit der Messung
sind die Verfügbarkeit von Satelliten, die Konstellation der Satellitenverteilung und
die Qualität des empfangenen Signals.
Satellitenverfügbarkeit Wie oben schon dargelegt, sind für eine präzise Messung mit GPS mindestens
vier Satelliten nötig. Zwar wurden die Orbits der Satelliten so ausgewählt, dass
theoretisch von jedem Punkt der Erde mindestens vier Satelliten verfügbar sind,
aber in der Praxis zeigt sich, dass das nicht immer der Fall ist.
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Die meisten der in unseren Breiten verfügbaren Satelliten ziehen ihre Bahnen am
südlichen Horizont. Dies hat zur Folge, dass es an nordexponierten Hängen oft
nicht möglich ist, eine ausreichende Zahl von Satelliten zu empfangen.
Um diesem Problem in der Praxis zu begegnen, ist es ratsam, sich das zu
bearbeitende Gelände (zumindest auf der Karte) vorher anzuschauen und dann
die Satellitenkonstellation am Arbeitsort zu bestimmten Zeitpunkten in einem
Almanach nachzuschlagen. Daraus resultieren dann Zeitkorridore, in denen ein
zuverlässiges Arbeiten möglich ist. Dieses Verfahren wurde auch in unserem
Projekt angewendet. Dadurch ist es gelungen, keine „Leerlaufzeiten“ aus Mangel
an ausreichender Satellitenverbindung zu haben.
Satellitenkonstellation Ein weiterer Faktor, der die zu erreichende Genauigkeit beeinflusst, ist die Position
und räumliche Verteilung der Satelliten.
Da jede einzelne Messung zwischen Satellit und GPS-Gerät einer gewissen
Unsicherheit unterliegt, ist der Kreis der potentiellen Standorte des Empfängers
unscharf, das heißt, er hat eine gewisse Breite. Daraus ergibt sich, dass beim
überschneiden mehrerer Kreise kein Punkt, sondern eine Fläche (in der der
Standort des Empfängers sein muss) entsteht. Nun verhält es sich so, dass diese
Fläche umso größer wird, je geringer der Winkel zwischen den Satelliten ist. Umso
ungenauer wird dann also die Messung.
Diese Satellitengeometrie wird durch den PDOP-Wert („Position Dilution of
Precision“) angegeben. Ein niedriger PDOP-Wert (~1) steht für eine hohe, ein
hoher PDOP-Wert (>7) für eine niedrige Messgenauigkeit.
Bei den Aufnahmen wurde darauf geachtet, dass der PDOP-Wert nie einen
höheren Wert als 6-7 erreichte. Um dies zu gewährleisten, wurde in den
Einstellungen des GPS-Gerätes ein maximaler PDOP-Wert festgelegt. Dies
bedeutet, dass bei höheren PDOP-Werten keine Aufnahme der Positionsdaten
erfolgte.
Signalqualität Die Qualität des Satellitensignals unterliegt verschiedenen Störungen. Bis zum 1.
Mai 2000 war die Hauptfehlerquelle die absichtliche Verschlechterung des Signals
durch den Betreiber, des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums. Dies
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hatte einen Fehler von 30m-70m zur Folge. Seit dem Abschalten dieser
absichtlichen Verschlechterung, der so genannten „Selective Availability“, hat sich
die Messgenauigkeit um den Faktor 10 verbessert.
Jedoch treten noch andere Fehlerquellen auf: So vermindert eingeschränkter
Empfang durch Hindernisse, wie z.B. Gebäude, Schluchten oder auch Wald, die
Positionsgenauigkeit. Durch Reflexionen des Signals an Wänden, Felsen, Ästen,
etc. verlängert sich die Laufzeit des Signals. Diese Mehrwegausbreitung
(„Multipath“) führt zu einem Laufzeitfehler, der in der Folge zu Positionsfehlern
führt.
Die Umlaufbahnen der Satelliten unterliegen gewissen Schwankungen, da die
Schwerkraft sowohl der Sonne als auch des Mondes auf sie einwirken. Diese
Schwankungen führen ebenfalls zu Fehlern, da die genaue Position des Satelliten
nicht mehr bekannt ist.
Die Hauptfehlerquelle liegt jedoch in atmo- bzw. ionosphärischen Störungen.
Diese haben zur Folge, dass sich die Geschwindigkeit des Funksignals verändert.
Genau wie unsynchron laufende Uhren, führt dies zu unpräzisen Koordinaten.
Somit kann zusammenfassend eine Messungenauigkeit von 2m-20m angegeben
werden. Da diese Genauigkeit für viele Anwendungen unbefriedigend ist, wurde
das so genannte DGPS („Differential GPS“) entwickelt.
DGPS Das DPGS basiert auf der Verwendung von nicht nur einer mobilen
Empfangsstation, sondern auch einer zweiten stationären Empfangsstation. Von
der zweiten Empfangsstation muss die exakte Position bekannt sein. Durch einen
Abgleich der Position, die das GPS liefert, und den bekannten Koordinaten kann
auf die empfangenen Störungen geschlossen werden. Mit Hilfe dieser Daten kann
ein Korrekturfaktor errechnet werden, der nahezu alle systemimmanenten
Fehlerquellen ausgleicht. Auf diese Weise wird eine Messgenauigkeit von unter 1
m erreicht. Je nach Zeitpunkt der Korrektur wird zwischen Echtzeitkorrektur
(„Real-Time-DGPS“) und Post Processing unterschieden.
Echtzeitkorrektur Bei der Echtzeitkorrektur werden die Korrekturdaten in Echtzeit an die mobile
Empfangsstation („Rover“) gesendet. Hierbei können unterschiedliche
Übertragungssysteme zum Einsatz kommen, wie z.B. RDS, LW oder GPRS.
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Dieses Vorgehen ist sinnvoll, wenn die korrigierten Daten im Gelände mit einer
Genauigkeit von 1m-5m gebraucht werden.
Post Processing Da nicht jede Anwendung exakte Positionsdaten in Echtzeit benötigt und
manchmal auch keine geeignete Datenfunkstrecke zur Verfügung steht, gibt es die
Möglichkeit, die Daten nachträglich zu korrigieren. Hierbei werden in einem
getrennten Arbeitsschritt die vom mobilen Gerät gespeicherten Daten mit Hilfe von
Korrekturdaten einer Referenzstation korrigiert. Hierfür ist es notwendig, dass das
mobile GPS-Gerät die Wegdaten und die genauen Aufnahmezeiten speichert, so
dass die richtigen Korrekturdaten zur Anwendung kommen. Dieses Verfahren
erreicht eine noch höhere Genauigkeit als die Echtzeitkorrektur. Die Genauigkeit
liegt unter 1m.
Abbildung 2-3: Feldaufnahme mit Trimble GPS Pathfinder Pro XR
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2.3.3 Arbeitsablauf
Arbeitsgeräte und –mittel
Abbildung 2-4: Werkzeuge4
• GPS Trimble Pathfinder Pro XR
• Fluchtstab
• Digitalkamera
• Aufnahmebogen, EStruka-Erhebungsschlüssel und Erläuterungen
• Vertex – Entfernungsmesser
• Schreibbrett
• Maßband
Vorgehensweise Die Gewässerstrukturgütekartierung am Goldersbach wurde während der
Feldaufnahme von der Mündung zur Quelle, folglich flussaufwärts, durchgeführt.
4 Bildquellen: Haglöf Sweden AB 2006; Pandinavia AG 2006; Mercateo 2006; ESRI 2006
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Da das Verfahren für Fließgewässer im Wald ausgearbeitet wurde, musste
fortlaufend eine zumindest wald- bzw. waldgehölzartige Struktur gegeben sein. Da
der Goldersbach jedoch abschnittsweise durch landwirtschaftliche Flächen verläuft
oder aber Orte tangiert, wurden ausgewählte, waldfremde Abschnitte von der
Strukturkartierung ausgenommen.
Es wurde hauptsächlich im Team zu zweit gearbeitet. Die Arbeitsaufteilung sah
vor, eine Person mit dem GPS-Gerät auszustatten, während die zweite Person mit
Hilfe des Strukturschlüssels die gegebenen Strukturen in das Aufnahmeformular
übertrug. Es erwies sich dabei als Vorteil, das Gewässer parallel von beiden
Uferseiten zu begutachten. Dies garantiert zum einen die Begehbarkeit am
Gewässerrand durch mindestens eine Person bei dichtem Uferbewuchs bzw.
erodiertem Gewässerrand, zum anderen steigert die objektive Beurteilung der
Gewässerstruktur aus mehreren Perspektiven die Qualität der Aufnahme. Um
beispielsweise Gewässertiefen oder die Höhe von Abstürzen zu messen, wurde
ein Fluchtstab mit Zentimeter-Einteilung verwendet. Die Längen von Brücken oder
Treibholzansammlungen etc. konnten wahlweise mit dem Vertex-
Entfernungsmesser oder einem Maßband gemessen werden. Die meisten Objekte
wurden außerdem mit einer Digitalkamera photographisch dokumentiert. Die dritte
Person des Projektteams bearbeitete während der Feldaufnahmen die Rohdaten
am PC (vgl. 2.4).
2.4 Datenverarbeitung und –organisation
Pathfinder Office Die mit dem GPS Gerät aufgenommenen Punkt- und Linienobjekte wurden im
GIS-Labor der HS Rottenburg per „Data Transfer“ mit Hilfe der Software
Pathfinder Office 3.0 von Trimble auf einen Computer übertragen. Die
übertragenen Vektordaten wurden bereits durch den Trimble Pathfinder ProXR
echtzeitkorrigiert. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die von Allnav auf
http://www.allnav.com bereitgestellten Rohdaten zur Nachbearbeitung (Post
Processing) der Daten zu verwenden.
Im nächsten Schritt wurden die Daten in ESRI Shapefiles, jeweils Feature Type
Point und Polyline, exportiert und zugleich mit dem passenden Koordinatensystem
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versehen. Das geeignete geodätische Lagebezugssystem ist das DHDN
(Deutsche Hauptdreiecksnetz) und die Kartenprojektion eine transverse
Mercartorprojektion (Gauß-Krüger-Koordinaten). Die ESRI Shapefiles können
derart aufbereitet zur weiteren Bearbeitung in ESRI ArcMap geladen werden.
Datenbank– MS Access Die in der Datenerhebung gewonnenen Daten müssen zur Weiterverarbeitung in
einem GIS digitalisiert werden. Fraglich war, mit Hilfe welcher Software (z.B. MS
Access, MS Excel, ArcGIS) die Daten digitalisiert und verwaltet werden sollen.
Da jedoch zum einen von unserem Projektpartner keine Wünsche an die
Datenorganisation/ -verwaltung genannt wurden, und zum anderen die Kartierung
am Goldersbach nicht als singuläre Aufnahme zu sehen ist, sondern im Kontext
von landesweiten Gewässergütestrukturkartierungen im Wald steht, wurde
entschieden, dass die Daten in einer Datenbank organisiert und verwaltet werden
sollen. Die Vorteile einer Datenbank, also sicherer, geregelter und schneller Zugriff
und Vermeidung von Redundanzen, überwiegen die Nachteile, die in den hohen
Kosten für Anschaffung, Erstellung und Wartung der Datenbank sowie in einem
erhöhtem Verlustrisiko durch eine hohe Datenkonzentration liegen.
Von den drei klassischen Datenbankmodellen, nämlich dem hierarchischen
Modell, dem Netzmodell und dem relationalen Datenbankmodell, eignet sich das
relationale Datenbankmodell besonders gut, um Sachdaten, die in einem GIS
verwendet werden sollen, zu verwalten. Dies rührt daher, dass in einem solchen
Modell die Daten in Tabellen gespeichert und über Spalten der Tabellen
zueinander in Beziehung gesetzt werden. Somit kann auch jede Spalte einer
Tabelle als „Schlüssel“ benutzt werden, um die Daten mit dem GIS in Beziehung
zu setzen (LIEBIG 1999).
Bei der Konzeption der Datenbank „Aufnahmedaten“ wurde berücksichtigt, dass
es in Zukunft weitere Aufnahmen nach ESruKA-FVA geben wird. Deshalb wurde
eine Datenbank erstellt, die es ermöglicht, Daten zahlreicher Aufnahmen zu
verwalten. Dabei wurde der Aufnahmebogen der FVA (siehe Anhang) als
Grundlage genommen. So entstanden die beiden Haupttabellen „Gewaesser“ und
„Aufnahmen“, die den Formularkopf des Aufnahmebogens repräsentieren. In der
Detailtabelle „Objekte“ werden die eigentlichen Aufnahmedaten der einzelnen
Strukturelemente verwaltet.
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Die Detailtabelle „Bearbeiter“ wurde angelegt, um zu gewährleisten, dass diese
Datenbank auch über diese Projekt hinaus zu verwenden ist. Die Tabellen
„Bezeichnung“, „Schluessel“, „Zustand“ und „Prioritaet“ dienen lediglich dazu, die
Dateneingabe in ein Formular durch einen Nachschlageassistenten zu
vereinfachen und Eingabefehler zu minimieren (siehe Abb. 2-5).
Abbildung 2-5: Beziehungen der Datenbank „Aufnahmedaten“
Eine weitere Aufgabe bei der Erstellung der Datenbank war es, Eingabeformulare
zu entwickeln, die Eingabefehler minimieren. Hierzu wurden mit Hilfe des MS
Visual Basic-Editor kleine VBA Skripte programmiert. Zum Beispiel wurden nach
der Eingabe des Schlüssels nach EStruKa-FVA nur die Eingabefelder aktiv
geschaltet, die bei dem jeweiligen Schlüssel notwendig sind. Dies erfüllt zweierlei
Aufgaben. Zum einen können die schriftlich aufgenommenen Daten nochmals auf
Plausibilität überprüft werden, zum anderen können Flüchtigkeitsfehler wie z.B.
das Eintragen in ein falsches Feld vermieden werden. Des Weiteren wurden auch
Formulare zur Daten-Bearbeitung sowie zum lediglichen Betrachten der Daten
erstellt (siehe Abb. 2-6).
Abschließend wurde eine Abfrage formuliert, die alle für die Aufgabenstellung
unseres Projektes notwendigen Daten selektiert und sie damit für ArcMap
zugänglich macht.
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Abbildung 2-6: Formular zur Betrachtung und Bearbeitung vorhandener Daten
ESRI ArcGis Die Shapefiles werden in ArcMap geöffnet und mit dem Editor manuell
nachbearbeitet. Dies geschieht dadurch, dass beispielsweise bei Linienobjekten
diejenigen Vertices gelöscht werden, die eindeutig als Ausreißer erkannt werden
können. Abbildung 2-7 zeigt ein Linienobjekt, bei dem zwei Vertices durch
Aufnahmefehler nicht oder nur annäherungsweise plausibel sind.
Abbildung 2-7: Korrektur der "Ausreißer" in ArcMap
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Als weitere Plausibilitätsprüfung werden eine digitale TK 25 des Aufnahmegebiets
als Raster Dataset und Vektordaten aus FoGis hinterlegt. So konnte eine
einigermaßen sichere Lagegenauigkeit der Linien- und Punktobjekte überprüft
werden. Abbildung 2-8 zeigt die digitale TK 25 und das ESRI Shapefile
„Goldersbach“ aus den FoGIS-Daten als Hintergrund, und die aufgenommenen
Linienobjekte. So konnte die Lagegenauigkeit der Objekte zweifach überprüft
werden.
Abbildung 2-8: Linienobjekt – TK 25
Sobald die Plausibilitätsprüfung abgeschlossen ist, kann die Auswertung der
Daten mit den zur Verfügung stehenden Werkzeugen von ESRI ArcMap beginnen.
Ermittlung der Wege im Überschwemmungsgebiet In dem hier angewandten Aufnahmeschlüssel EStruKA-FVA werden Straßen und
Maschinenwege, die im potentiellen Überschwemmungsgebiet des zu
kartierenden Gewässers liegen, ebenfalls als Objekte aufgenommen.
Bei den ersten Feldaufnahmen wurde schnell deutlich, dass die Aufnahme der
Wege mit Hilfe von GPS einen erheblich erhöhten Aufwand in Bezug auf
Laufwege, und somit auch in Bezug auf den Zeitbedarf mit sich bringt. Deshalb
wurden Möglichkeiten gesucht, die die Bestimmung der Wege im
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Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Überschwemmungsgebiet erleichtern. Im Folgenden wird die hier angewandte
Technik zur Ermittlung der Wege im potentiellen Überschwemmungsgebiet
dargelegt.
Da die Fahr- und Maschinenwege im Projektgebiet in dem FoGIS-Datenbestand
bereits in digitaler Form vorlagen, galt es nun, das potentielle
Überschwemmungsgebiet zu ermitteln. Hierfür wurde mit Hilfe des Spatial Analyst
in ArcMap aus dem DHM eine Slope-Oberfläche berechnet. Die so gewonnenen
Steigungsinformationen wurden mit Hilfe der Reclassify-Funktion neu klassifiziert,
um eine Kostenoberfläche für eine Cost Distance-Berechnung zu erzeugen.
Hierbei wurde Folgende Klassifikation vorgenommen:
Bis 1% Steigung Widerstandswert: 1
1% - 5% Steigung Widerstandswert: 10
5% - 10 % Steigung Widerstandswert: 50
> 10 % Steigung Widerstandswert: 1000
Mit Hilfe dieser Kostenoberfläche wurde die Kostendistanz (Cost Distance-
Funktion im Spatial Analyst) zum Shapefile Goldersbach errechnet (Abb. 2-7).
Abbildung 2-9: Kostendistanz zum Goldersbach
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Fraglich war nun, bei welchem Kostenwert das potentielle
Überschwemmungsgebiet des Goldersbach endet.
Durch die Literaturrecherche war uns bekannt, dass der Goldersbach bei einem
Jahrhunderthochwasser in Lustnau einen Pegelstand von 14m erreichen kann. Da
wir nicht von einem Jahrhundertereignis ausgehen wollten, und Lustnau in dem
von uns nicht kartiertem Unterlauf des Goldersbach liegt, wurde von uns ein
Maximalpegel von 5m angenommen. Auf Basis dieser Annahme wurden von uns
mit Hilfe von GPS einige exemplarische Wege aufgenommen und in ArcMap
eingelesen. Es wurde nun geprüft, welchen Wert die Pixel der
Kostendistanzoberfläche haben, die die mit Hilfe von GPS aufgenommenen,
Wege am äußersten Ende überdecken. Hierbei ergab sich, dass sich Wert mit
einer Abweichung von ± 150 bei 5000 liegt. Daraufhin wurde die
Kostendistanzoberfläche reklassifiziert. Dabei bekamen alle Pixel mit einem Wert
von ≤ 5000 den Wert 1, die übrigen Pixel bekamen den Wert „No Data“. Dieser
Layer entspricht dem potentiellen Überschwemmungsgebiet des Goldersbachs.
Um nun mit diesem Rasterdatensatz die Wege aus dem FoGIS-Datenbestand zu
ermitteln, war es noch notwendig, die Raterdaten mittels der Funktion „From
Raster to Polygon“ zu konvertieren. Abschließend wurden durch die Clip-Funktion
die relevanten Wege extrahiert.
Bedenken, dass bei dieser Vorgehensweise die Richtung des Gefälles nicht
berücksichtigt werde, wurden durch das sehr plausible Kostendistanzergebnis
gemindert und bei einer abschließenden Kontrolle durch einen Begang im
Projektgebiet endgültig zerstreut.
Erstellung der Legende Da nach der Aufgabenstellung der FVA eine Arbeitskarte erstellt werden soll, auf
der alle wichtigen Informationen auf einen Blick zu erkennen sein sollen, war es
notwendig, eine entsprechende Symbologie zu entwickeln.
Diese Symbole sollen Auskunft über die Priorität einer Maßnahme geben und
zeigen, ob es sich um ein künstliches oder natürliches Objekt handelt, welche
Objektnummer es hat und um was für ein Objekt es sich handelt. Um eine Lösung
zu finden, die alle diese Anforderungen erfüllt und gleichzeitig noch übersichtlich
ist, wurde die in Abb. 2-8 dargestellte Symbologie gewählt.
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Abbildung 2-10: Beschriftungslösung der Objekte
Sowohl bei Linien- als auch bei Punktobjekten gibt die innere Farbe Auskunft über
künstlich (Grau) oder natürlich (Grün) und die äußere Farbe über die Priorität
( 1=Rot; 2=Orange; 3=Grün; 4=Blau; 5=Pink). Das einzelne Objekt wird mit einem
Bruchstrich aus Objektnummer und EStruKa-Schlüssel gelabelt.
Durch dieses Vorgehen ist es zwar notwendig, zur Benutzung der Karte eine
Schlüsselbeschreibung (siehe Anhang) mitzuführen, wobei es jedoch
unumgänglich ist, soll die Karte noch ein Mindestmaß an Übersichtlichkeit
gewährleisten.
2.5 Datenevaluation
Bewertungsmethodik der Strukturgüte des Goldersbachs Für den Goldersbach wird eine Bewertung der Durchgängigkeit für Makro- sowie
Mikrozoobenthon erstellt. Diese Bewertung begründet sich durch die gewonnenen
Eindrücke während der Feldaufnahme und anhand der aufgenommenen Objekte.
Als Hauptkriterium dieser Strukturbewertung ist die ökologisch relevante
Gewässerstruktur anzusehen, also die Struktur, die die ökologische
Funktionsfähigkeit des Gewässers beeinflusst (LAWA 2000).
Kriterien sind hierbei:
• Verlagerungsmöglichkeiten des Fließgewässers • natürliche Gewässerstrukturen • künstliche Gewässerstrukturen • schädliche Umfeldstrukturen • der anthropogene Einfluss allgemein
22
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Vorgehensweise Der Goldersbach wurde nach den GPS-Aufnahmen in vier Gewässerabschnitte
aufgeteilt. Als Grenzpunkte wurden Objektnummern oder Objekte wie Brücken
ausgewählt.
Der erste Abschnitt umfasst den Startpunkt der Aufnahme (Objektnummer 1) bis
zur Mündung Arenbach/Rotwildgatter (Objektnummer 96). Dies stellt zugleich den
am stärksten verbauten Abschnitt dar, da der Goldersbach dort entlang der B27
und in Bebenhausen mit Hochwasserschutzbauten versehen wurde.
Der zweite Abschnitt beginnt mit Objektnummer 97 und endet an der
Teufelsbrücke (Objektnummer 150). Dieser Abschnitt kann als Übergang vom
anthropologisch stark beeinflussten zum weitgehend natürlichen Waldbach
bezeichnet werden.
Der letzte Abschnitt 3 beginnt an Objekt 151 und endet am letzten Punkt der
Aufnahme (Objektnummer 246). Der Goldersbach teilt sich dort auf und bildet in
nordwestlicher Richtung die Lindach, in nordöstlicher Richtung geht er über in den
Sulzbach. Dieser Abschnitt kann als der anthropologisch am wenigsten
beeinflusste Abschnitt bezeichnet werden.
Im Abschnitt 0 von der Mündung des Goldersbach in die Ammer ist auf langer
Strecke sowohl die Bachsohle als auch das Ufer verbaut. Der Goldersbach
durchfließt hier Tübingen-Lustnau, weshalb er aus hochwassertechnischen
Gründen sehr stark anthropologisch beeinflusst ist. Da sich die Aufnahmen auf
den Wald beschränken, wurde dieser Abschnitt nur abgeschritten und optisch
überprüft.
Abbildung 2-11: Abschnitte des Goldersbaches
23
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
3 Ergebnisse Insgesamt wurden während der Feldaufnahmen 246 Punkt- und Linienobjekte
erfasst. Hierbei konnten natürliche und künstliche Punkt- und Linienobjekte sowie
Straßen (Forststraßen und (versiegelte) öffentliche Strassen) erfasst werden. Das
wichtigste Ergebnis in Form der erstellten Arbeitskarten wird nachfolgend zur
Einordnung der Ergebnisse im „.jpg – Format“ dargestellt.
Diagramm 3-1 zeigt die Verteilung in den Prioritätsklassen. Bei Objekten „ohne
Priorität“ handelt es sich gänzlich um natürliche Objekte.
10,98%23,58%
14,23%
50,41%
0,81%0%
25%
50%
75%
Ant
eil i
n [%
]
Vorrangig
Mittelfris
tig
Langfristig
Ohne Priorität
Ohne Priorität - h
istorisch
Priorität
Beurteilung der Priorität - EstruKa - FVA
Diagramm 3-1: Beurteilung der Priorität nach EStruKa - FVA
Diagramm 3-2 zeigt die Verteilung der Zustandsklassen. Der bauliche Zustand
wurde ausschließlich bei künstlichen Strukturen beurteilt.
24
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
86,61%
9,82%3,57%
0%
25%
50%
75%
100%
Ant
eil i
n [%
]
Sehr gut Beschädigt Sehr schlechtbis zerstörtZustand
Baulicher Zustand - EstruKa - FVA
Diagramm 3-2: Bewertung des baulichen Zustandes nach EStruKa-FVA
Abbildung 3-1: Arbeitskarte Bebenhausen-West
Abbildung 3-1 bildet die verschiedenen Strukturobjekte auf Grundlage der TK 25
ab. Den Schwerpunkt bilden die verschiedenen Informationen, die in dieser Karte
visualisiert werden.
25
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Abbildung 3-2: Arbeitskarte auf Grundlage des Orthophotos
Abbildung 3-2 veranschaulicht die gleichartigen Objekte im Luftbild.
Abbildung 3-3: Potenzielles Überschwemmungsgebiet – ArcScene
Abbildung 3-3 zeigt das potenzielle Überschwemmungsgebiet des Goldersbachs.
Diese Darstellung wurde mit Hilfe von ArcScene visualisiert.
26
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Abbildung 3-4: Punkt- und Linienobjekte - ArcScene
Abbildung 3-4 zeigt sämtliche aufgenommene Strukturtypen in ArcScene.
• grüne Pyramiden = natürliche Objekte
• rote Pyramiden = künstliche Objekte
• orange Linien = Linienobjekte
27
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
4 Diskussion und Empfehlungen
4.1 Bewertung der Strukturgüte des Goldersbachs
Diagramm 4-1 zeigt die Anzahl der natürlichen und künstlichen Objekte (ohne
Straßen) auf der gesamten Strecke des Aufnahmegebiets.
Anzahl der natürlichen und künstlichen Objekte
124
122
120
121
122
123
124
125
Anz
ahl
natürlichkünstlich
n=246
Diagramm 4-1: Verteilung der natürlichen und künstlichen Objekte
Diagramm 4-2 zeigt die natürlichen und künstlichen Objekte (ohne Straßen) je
nach Gewässerabschnitt.
28
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Objekte je Gewässerabschnitt
29
69
2826
67
27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Objekt Nr. 1-96 Objekt Nr. 97-150 Objekt Nr. 151-246
Anza
hl natürlichkünstlich
n=246
Diagramm 4-2: natürliche und künstliche Objekte je Gewässerabschnitt
Diagramm 4-3 stellt die Anzahl der natürlichen und künstlichen Objekte (ohne
Straßen) je Gewässerabschnitt gegenüber. Hier werden die drei unterschiedlichen
Gewässerabschnitte deutlich.
Objekte nach Gewässerabschnitt
26
69
29
28
67
27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1 2 3Gewässerabschnitt
Anz
ahl
natürlichkünstlich
n=246
Diagramm 4-3: Objekte nach Gewässerabschnitt
29
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Hieraus ergibt sich die in Tabelle 4-1 abgebildete Einteilung. Diese Evaluation
bezieht sich nur auf die Strukturgüte, sagt also nichts über den chemischen
Zustand und das Gewässerumfeld, wie Waldgesellschaften, aus.
Abschnitt
Gliederung Fischregion Güte Leitfische (beobachtet)
0
Epipotamal-
Hyporhithral
Barben-
Äschenregion
schlecht Rotauge,
Laube,
Döbel
1
Epipotamal-
Hyporhithral
Barben-
Äschenregion
mäßig Bachforelle,
Rotauge,
Laube
2 Epipotamal-
Metarhithral
Äschen-
untere Forellenregion
gut Bachforelle
3 Metarhithral-
Epirhithral
untere-
obere Forellenregion
gut-
sehr gut
Bachforelle,
Groppe
Tabelle 4-1: Einteilung der Strukturgüte
4.2 Maßnahmenbeispiel für Objekt 85/86 Glatte Gleite/Absturz
(Wehr)
Abbildung 4-1: Lage des Wehrs am Mühlkanal
30
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Lage Das Objekt Nr. 85/86 Glatte Gleite/Kleiner Absturz liegt im mittleren
Gewässerabschnitt des Goldersbachs in der Nähe der Ortschaft Tübingen –
Bebenhausen. Es stellt ein Stauwerk in Form eines Wehres dar, dies soll eine
ausreichende Wassereinspeisung in den Mühlkanal gewährleisten. Der an dieser
Stelle abzweigende Kanal war im 17. Jahrhundert ein potentieller Energielieferant
für die „Klostermühle“ in Tübingen–Bebenhausen, deren Gebäude noch immer
erhalten ist.
Das Wehr hat eine Gesamthöhe von etwa drei Metern und ist etwa sechs Meter
lang. Die Breite des Wehres entspricht der Breite des Goldersbachs an dieser
Stelle und beträgt etwa sieben Meter.
Abbildung 4-2: Wehr mit Gleite und Absturz - Totalbarriere
Probleme Eine schwerwiegende Folge dieses Bauwerkes ist zunächst die Veränderung der
Strömungsgeschwindigkeit. Im natürlichen Zustand wäre diese mehr oder weniger
konstant. Die Fließgeschwindigkeit schädigt bzw. stört zunächst den
Geschiebehaushalt und –trieb eines Fließgewässers und bewirkt somit in
kürzester Zeit die vollständige Umwandlung der Standorteigenschaften und die
Vernichtung natürlicher Habitate (BRIEM, 2002).
Das Bauwerk stellt zudem eine Totalbarriere hinsichtlich der Durchwanderbarkeit
dar. Neben der Linienführung und Laufentwicklung sind vor allem das Sohlsubstrat
31
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
für die am Gewässerboden lebenden Organismen (Makrozoobenthon) von
Bedeutung. Die Durchgängigkeit ist eines der wichtigsten Qualitätskriterien der
Fließgewässer und elementare Grundvoraussetzung für die dauerhafte Existenz
heimischer Fischarten. Sie erst ermöglicht es den Organismen, während ihres
Lebenszyklus die für die jeweiligen Entwicklungsstadien momentan günstigen
Teillebensräume aufzusuchen, und so die Ressourcen des Gewässers optimal zu
nutzen. Besonders am Beispiel der Fischbewegungen aufgrund des
Nahrungssuchverhaltens sowie der Laichwanderungen wird die Bedeutung der
Durchgängigkeit für die Fischfauna deutlich. Viele heimische Fische (im
Goldersbach insbesondere die Bachforelle (Salmo trutta forma fario)) führen
Laichwanderungen über mehr oder weniger große Distanzen durch (JENS et al.
1997).
Möglichkeiten der Wiederherstellung der Durchgängigkeit Zur Wiederherstellung der Durchgängigkeit an konkret diesem Objekt sollen nun
zwei Maßnahmenvorschläge vorgestellt werden. Bei den anfänglichen
Überlegungen wurden zwei weitere Vorschläge in Betracht gezogen, welche aber
aus Gründen der Durchführbarkeit verworfen wurden. Dabei kam zunächst der
Abriss des Wehrs zur Sprache, da der noch immer intakte und wasserführende
Mühlkanal aufgrund der stillgelegten Mühle keine Funktion mehr erfüllt. Der
landschaftliche Charakter des Baches, insbesondere jedoch die Tatsache, dass
der Mühlbach (wenn auch kanalisiert) durch den Ort Bebenhausen fließt und sich
damit zum untrennbaren Glied des Ortsbildes entwickelt hat, lassen eine
„Trockenlegung“ des Mühlbaches nahezu utopisch erscheinen.
Der zweite Vorschlag, den Mühlkanal durchgängig zu gestalten (Umbau einer 7m
langen Dohle, Uferrenaturierung an mindestens 100 Laufmetern Kanallänge) und
somit als natürliche Umgehung des Wehres zu nutzen, wurde ebenso abgelehnt.
Hauptargument hierfür war die Länge des Baches. Selbst bei intensiver baulicher
Veränderung müssten nahezu 200 Meter durchwandert werden, was aufgrund des
teilweise niedrigen Wasserstandes und des engen Kanalcharakters des Baches
äußerst fragwürdig schien (vgl. Abb. 4.1).
32
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Maßnahmenvorschlag A: Bau eines Umgehungsbaches mit Lockströmung
Abbildung 4-3: Beispiel eines Umgehungsbaches5
5 Aus: Fließgewässer im Wald, BÖNECKE et. al. 2004
33
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Abbildung 4-4: Schema eines schwach geneigten Umgehungsbaches6
Dieses Verbindungsgewässer hat den Vorteil, nicht nur als Wanderhilfe zu dienen,
sondern bei naturnaher Bauweise einen eigenständigen Lebensraum zu bilden. Es
ist jedoch eine relativ hohe Restwassermenge sowie ausreichend Fläche
notwendig, um die Gesamthöhe des Bauwerkes auszugleichen. Diese Fläche
wäre am Goldersbach vorhanden. Die Maßnahme würde zudem einen
Flächenkauf auf der flussaufwärts linken Bachseite sowie die Entfernung eines
Fichten-Stangenholzes erfordern.
Die Kosten dieser Maßnahme werden in der Literatur allerdings als sehr hoch
eingestuft. Außerdem wäre durch die veränderte Abflusssituation eine
wasserbauliche Genehmigung erforderlich.
Abbildung 4-5: Draufsicht auf Hauptgewässer & Umgehungsbach7
6 Aus: www.asv-nienborg.de 7 Aus: www.wwa-ab.bayern.de, Planung eines Umgehungsbaches
34
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Maßnahmenvorschlag B Herstellung einer Schüttsteinrampe
Abbildung 4-6: Schema einer Schüttsteinrampe8
Bei der Anlage einer Schüttsteinrampe wird die Höhendifferenz des Absturzes
bzw. des Wehres durch Aufschüttung von Gesteinsmaterial in Form einer flachen
Rampe ausgeglichen. Die Rampenneigung sollte idealerweise flacher als 1:15
sein. In jedem Fall muss bei dieser Maßnahme die Höhe des Bauwerkes erheblich
reduziert werden. Auch eine Kombination zwischen Abriss und Aufschüttung
neuen Gesteinmaterials ist denkbar.
Durch die Verwendung unterschiedlicher Steingrößen kann ein sehr vielfältiges
Strömungsmuster erreicht werden. Dadurch entsteht ein reiches Angebot an
Rückzugsmöglichkeiten und damit gute Bedingungen für die Durchwanderbarkeit.
Bei nicht erosionsbeständigem Untergrund ist bei Schüttsteinrampen allerdings ein
abgestufter Unterbau notwendig, um ein Herausspülen des Untergrunds zu
vermeiden. Besonders geeignet ist diese Variante bei kleinen Fließgewässern. Die
an eine bestehende Schwelle angebaute Rampe wirkt wie eine natürliche Struktur.
Die Kosten dieser Maßnahme werden als hoch eingestuft.
Förderung durch ein Ökokonto Nicht vermeidbare Eingriffe innerhalb eines Naturhaushaltes bzw.
Landschaftsbildes müssen nach § 8a Abs. 1 BNatschG durch geeignete
Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen kompensiert werden. Seit 1998 besteht mit
dem Ökokonto die Möglichkeit, diese Ersatzmaßnahmen sowohl räumlich als auch
zeitlich zu entkoppeln. Ökologische Aufwertungen von Flächen werden dabei ohne
konkreten Bezug zum Eingriff durchgeführt und auf einem Ökokonto eingebucht.
8 Aus: Bönecke, G. 2004: Wirkungen forstwirtschaftlicher Maßnahmen auf Fließgewässer
35
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
Im Falle eines Eingriffs können auf dem Ökokonto verbuchte Ersatzmaßnahmen
dem Eingriff zugeordnet und somit Guthaben vom Ökokonto abgebucht werden.
Es besteht bundesweit noch immer kein einheitliches System zur Bewertung
dieser Eingriffs- und Ausgleichsmaßnahmen. Sollen Kompensationsmaßnahmen
innerhalb eines Ökokontos verwendet werden, so ist eine saubere Dokumentation
vor und nach der Maßnahme Grundvoraussetzung. Leider liegen den bis dato
angewandten Bewertungsverfahren flächenhafte Ansätze zu Grunde. Diese
lassen sich nur schwer mit punkt- und linienförmigen Strukturen im
Gewässerumfeld in Verbindung bringen, insbesondere, da sich die ökologischen
Auswirkungen an Fließgewässern kaum in ihrem vollen Umfang bewerten lassen.
Ausgleichsmaßnahmen sollen im gleichen Naturraum wie der Eingriff stattfinden.
Oft stehen Gemeinden jedoch keine entsprechenden Flächen (mit hohem
Entwicklungspotential) zur Verfügung. Es ist deshalb unumgänglich, geeignete
Flächen frühzeitig zu sichern. Diese werden im Flächenplan erfasst, in
Maßnahmenkomplexen gebündelt und als Flächenpool gesichert (GILLY, 2004).
Ungeachtet dieser teilweise schwierigen Bedingungen, lassen sich grundsätzlich
Maßnahmen, welche die Durchgängigkeit für alle Wasserorganismen herstellen,
über ein Ökokonto fördern.
Am Beispiel des Wehrs 85/86 Am Goldersbach wäre eine Förderung unter
„Entfernen von Wanderhindernissen (Abstürze, Wehre, Verrohrungen)“
einzuordnen (BÖNECKE, GILLY & RINDERSPACHER, 2004).
Andere Möglichkeiten der Ökokontoverbuchung an Fließgewässern im Wald
stellen z.B. Entfernung von Sohl- und Uferverbauungen, Schaffung natürlicher
Quellbereiche oder etwa Förderung der Entwicklung standortgerechter
Ufervegetation.
Die Stadt Tübingen als zuständige Stelle für die Umsetzung und Abrechnung von
Ausgleichsmaßnahmen erarbeitete 2001 die "Konzeption zur Umsetzung der
Eingriffsregelung im Rahmen der Bauleitplanung Tübingens" und vom
Gemeinderat verabschiedet. Die materiellen Inhalte des Ökokontos werden derzeit
erarbeitet. Als Ansprechpartner in Sachen Ökokonto steht in Tübingen Herr Fritz
vom Stadtplanungsamt zur Verfügung (Internetseiten der Universitätsstadt
Tübingen, 2003: URL http://www.tuebingen.de)
36
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
5 Ausblick Zusammenfassend sollen die Kernpunkte des Projektes, die eigentliche Aufnahme
sowie die Erstellung der Arbeitskarten, kritisch betrachtet werden.
In wenigen Sätzen soll deshalb auf Probleme hingewiesen, und damit
Empfehlungen für die Praxis gegeben werden:
Durchführung einer Probeaufnahme um Einblick in die vielfältigen
Gewässerstrukturen zu bekommen und somit die Effizienz zu erhöhen.
Aufnahme eines Feldes „Sonstiges“ in den Aufnahmebogen der EStruka
– FVA, da einige Gewässerstrukturen nicht immer eindeutig klassifiziert
werden können (Kontinuierliche Steigerung der Qualität der Aufnahme)
Beteiligung mehrerer Personen bei den Feldaufnahmen könnte ebenso
die Aufnahmequalität steigern, da sich bestimmte gewässerspezifische
Strukturen oft erst nach kontroverser Diskussion exakt ansprechen
ließen.
37
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
6 Literatur - Bildnachweis: Werner Schaal, Tübingen - Pfrondorf, Fotografenliste 2004
Naturpark Schönbuch, Forstdirektion Tübingen, Online im Internet: URL
http://www.naturpark-schoenbuch.den [Stand 20.06.06]
- Bönecke et. Al, 2004: Fließgewässer im Wald.
- Briem, Elmar, 2002: Formen und Strukturen der Fließgewässer.
- ESRI 2006: GIS and Mapping Software. Online im Internet: URL
http://data.esri.com/news/arcuser/0799/pap346/P34604.JPG [Stand
21.06.06]
- GILLY, I., 2004: Ökokonto – Möglichkeiten für Kompensationsmaßnahmen
an Fließgewässern im Wald.
- GORK, P, MERTEN, N, 2004: Verbesserung der Gewässerstruktur der
Wandse und der Rahlau mit besonderer Berücksichtigung der
Durchgängigkeit am Nordmarkteich, Diplomarbeit.
- Haglöf Sweden AB 2006: DME. Online im Internet: URL
http://www.haglofsweden.com/products/Dme/index.asp [Stand 21.06.2006]
- Internetseiten der Universitätsstadt Tübingen, 2003: Online im Internet:
URL http://www.tuebingen.de [Stand 20.06.06]
- JENS G., O. BORN, R. HOLSTEIN, M. KÄMMEREIT, R. KLUPP, P.
LABATZKI, G. MAU & K. SEIFFERT (1997): Fischwanderhilfen.
Notwendigkeit, Gestaltung, Rechtsgrundlagen, Schriftenreihe des
Verbandes Deutscher Fischereiverwaltungsbeamter und
Fischereiwissenschaftler e.V., Heft 11.
- LANDESANSTALT FÜR UMWELTSCHUTZ BADEN-WÜRTTEMBERG
[HRSG.] (1999): Die heutige potentielle natürliche Vegetation an
Fließgewässern, Oberirdische Gewässer, Gewässer-ökologie, Karlsruhe
- Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA), 2000:
Gewässerstrukturgütekartierung in der Bundesrepublik Deutschland
- Liebig, W. (1999): Desktop-GIS mit ArcView GIS: Leifaden für Anwender,
Heidelberg.
- Mercateo 2006: Diverses Verpackungsmaetrial. Online im Internet: URL
http://www.mercateo.com/p/132-323097/Klemmbrett_Ahrend_A4_blau.html
[Stand 21.06.06]
38
Projektarbeit GIS & Landschaftsmanagement
- Pandinavia AG 2006: Werbeartikel. Online im Internet: Url
http://www.pandinavia.ch/pub/product_detail.php?detail=P111.832&categor
y=2:21&start_row=1&search=&from=&to= [Stand 21.06.2006]
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7 Abbildungs- und Diagrammverzeichnis Abbildung 2-1: Naturpark Schönbuch .....................................................................5
Abbildung 2-2: Kleines und großes Goldersbachtal, Goldersbach..........................5
Abbildung 2-3: Feldaufnahme mit Trimble GPS Pathfinder Pro XR ......................13
Abbildung 2-4: Werkzeuge....................................................................................14
Abbildung 2-5: Beziehungen der Datenbank „Aufnahmedaten“ ............................17
Abbildung 2-6: Formular zur Betrachtung und Bearbeitung vorhandener Daten...18
Abbildung 2-7: Korrektur der "Ausreißer" in ArcMap .............................................18
Abbildung 2-8: Linienobjekt – TK 25 .....................................................................19
Abbildung 2-9: Kostendistanz zum Goldersbach...................................................20
Abbildung 2-10: Beschriftungslösung der Objekte ................................................22
Abbildung 2-11: Abschnitte des Goldersbaches....................................................23
Abbildung 3-1: Arbeitskarte Bebenhausen-West...................................................25
Abbildung 3-2: Arbeitskarte auf Grundlage des Orthophotos................................26
Abbildung 3-3: Potenzielles Überschwemmungsgebiet – ArcScene.....................26
Abbildung 3-4: Punkt- und Linienobjekte - ArcScene ............................................27
Abbildung 4-1: Lage des Wehrs am Mühlkanal.....................................................30
Abbildung 4-2: Wehr mit Gleite und Absturz - Totalbarriere..................................31
Abbildung 4-3: Beispiel eines Umgehungsbaches ................................................33
Abbildung 4-4: Schema eines schwach geneigten Umgehungsbaches ................34
Abbildung 4-5: Draufsicht auf Hauptgewässer & Umgehungsbach.......................34
Abbildung 4-6: Schema einer Schüttsteinrampe ...................................................35
40