Die Planung geeigneter Maßnahmen zu Verminderung des Bodenabtrags ist gebunden an eine möglichst präzise Ermittlung von Erosions- und Depositionsflächen, die Lokalisierung des Oberflächenabflusses und die Erfassung möglicher Eintrittspunkte des erodierten Bodens in Fließ- und Stillgewässer (siehe auch DUTTMANN 1999). Dazu stehen verschiedene Instrumente zur Verfügung. Neben den klassischen Methoden wie Kartierungen von Erosionsformen sowie deren Verteilung oder Messungen zur Quantifizierung von Bodenab- und aufträgen kommt der Anwendung von Modellen eine deutlich steigende Bedeutung zu. Dazu stehen einerseits empirische Modelle und andererseits prozessorientierte physikalisch basierte Modelle zur Verfügung. Bedingt durch den damit verbundenen Aufwand wurde bisher auf einen Einsatz dieser Modelle im Rahmen der planerischen Praxis weitgehend verzichtet. Mit der Anwendung des physikalisch basierten Erosionsmodells EROSION 3D wurde die Anwendbarkeit des Modells als Instrument in der Planungspraxis untersucht.
Dazu wurde geprüft, ob der Ist-Zustand der Flächen dargestellt und die Planung von Maßnahmen präzisiert und objektiviert wurden kann. Diese Zielstellung wurde an drei, in verschiedenen Regionen Sachsens gelegenen Fallbeispielen mit verschiedenen planerischen Zielstellungen untersucht. Alle Untersuchungsgebiete befinden sich in überwiegend agrarisch geprägten Landschaften, da mit dem gewählten Modell vorrangig erosive Prozesse auf ackerbaulich genutzten Standorten dargestellt werden.
Das erste Fallbeispiel untersucht, inwieweit die Funktion des Bodens als Archiv der Natur- und Kulturgeschichte auf Ackerflächen gewährleistet wurde und welche Maßnahmen zum Schutz dieser Bodenfunktion beitragen können. Archäologische Bodendenkmäler auf landwirtschaftlich genutzten Flächen unterliegen durch die deutliche Intensivierung der landwirtschaftlichen Bodenbearbeitung einer zunehmenden Gefährdung. Als Vorgehensweise wurde hier zuerst die graduelle Gefährdung der archäologischen Bodendenkmäler auf mesoskaliger Ebene bestimmt. Dazu erfolgt die Ermittlung der potentiellen Erosionsgefährdung. Anschließend für mehrere Hot-Spot-Flächen auf der Ebene des Kleineinzugsgebietes (chorische Ebene) eine hochaufgelöste Prüfung des derzeitigen Zustandes der Flächen und die Ableitung und Prüfung von Schutzmaßnahmen unter der Annahme von mehreren Landschaftsszenarien durchgeführt.
Das zweite Fallbeispiel betrachtet den Einsatz des Erosionsmodells im Rahmen des Artenschutzes am Beispiel der Flussperlmuschel (Margaritifera margaritifera). Die Flussperlmuscheln sind durch Sediment- und Stoffeinträge in Fließgewässer extrem in ihrem Bestand gefährdet. Mit Hilfe der Modellierungsszenarien wurde untersucht, ob Stoffeintragspfade aus landwirtschaftlich genutzten Flächen und Sedimentübertrittspunkte in Gewässer nachvollziehbar ermittelt werden. Die Erwartung wurde durch den Modelleinsatz bestätigt. Auf Basis des Ist-Zustandes wurden anschließend Maßnahmenvorschläge erarbeitet, die zur Minimierung der Gewässereutrophierung und damit zum Schutz der Flussperlmuschel beitragen.
Fallbeispiel 3 untersucht im Untersuchungsgebiet Baderitzer Stausee vorliegende umweltrelevante Planungen hinsichtlich ihrer Aussagen zum Erosionsschutz und den möglichen Einsatz von Erosionsmodellierungen auf dieser Planungsebene. Dazu wurde für dieses Fallbeispiel ein optimiertes Szenario mit der Fokussierung auf den Erosionsschutz entwickelt.
Zusammenfassend wird festgestellt, dass das Modell EROSION 3D den unterschiedlichen Planungsansprüchen der drei ausgewählten Fallbeispiele gerecht werden konnte und ein weiterer Einsatz des Modells im Rahmen umweltrelevanter Maßnahmen sehr gut vorstellbar ist. Dazu bedarf es neben der noch zu beantwortenden Frage nach dem Finanzierungskonzept vor allem der Mitarbeit und kompetenten Beratung der Entscheidungsträger durch die Planer und Planerinnen.:INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
ABKÜRZUNGEN UND SYMBOLE
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.2 Ziel 3
1.3 Vorgehensweise 4
2 Stand des Wissens 5
2.1 Bodenerosion 5
2.1.1 Nutzungsbedingte Erosion 6
2.1.2 Erosionsschäden 8
2.1.3 Erosionsschutz 9
2.2 Umweltziele, Umweltqualitätsziele und Umwelthandlungsziele des Erosionsschutzes 13
2.2.1 Allgemeine Grundlagen 13
2.2.2 Situation des Erosionsschutzes 15
2.3 Rechtliche Grundlagen des Erosionsschutzes 19
2.3.1 Weltweit 19
2.3.2 Europäische Union (EU) 21
2.3.3 Bundesebene 22
2.3.4 Länderebene am Beispiel des Freistaates Sachsen 26
2.4 Landschaftsbezogene Planungen - Umsetzungsinstrumente des Erosionsschutzes? 28
2.4.1 Einordnung der Landschaftsplanung im Planungssystem 28
2.4.2 Planungsrecht und räumliche Planungssysteme 28
2.4.3 Raumordnung 28
2.4.4 Landschaftsplanung 29
2.4.5 Weitere Planungsinstrumente 31
2.4.6 Landwirtschaftliche Fachplanungen 32
2.5 Bisherige planerische Ansätze zur Erosionsminderung 33
2.5.1 Kriterien zur Ackerschlaggestaltung 33
2.5.2 Sächsischer Leitfaden Bodenschutz bei Planungs- und Genehmigungsverfahren 33
2.5.3 Aktuelle sächsische, deutsche und europäische Förderprogramme 33
2.5.4 Standards zum Erosionsschutz unter Cross Compliance ab dem 01. Juli 2010 35
3 Methodik 36
3.1 Vorgehensweise 36
3.1.1 Fallbeispiel 1 – Erosionsbedingte Gefährdung archäologischer Denkmalflächen 38
3.1.2 Fallbeispiel 2 - Arten- und Gewässerschutz am Beispiel der Flussperlmuschel 39
3.1.3 Fallbeispiel 3 – Optimierung landschaftsgliedernder Strukturen 40
3.2 Erosionsmodellierung 42
3.2.1 Stand der Wissenschaft 42
3.2.2 Auswahlkriterien der Modellanwendung 43
3.2.3 EROSION 3D 45
3.3 Daten- und Informationsgrundlagen 49
3.3.1 Landnutzungsparameter 49
3.3.2 Bodendaten 50
3.3.3 Ableitung des Landnutzungs- und Bodendatensatzes 51
3.3.4 Geländehöhen/ Geländemodell 51
3.3.5 Niederschlagsdaten 52
3.4 Experimentelle Parameterbestimmung 55
3.4.1 Feldarbeiten 55
3.4.2 Laborarbeiten 55
4 Ergebnisse 56
4.1 Fallbeispiel 1 – Schutz archäologischer Denkmalflächen 56
4.1.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes 57
4.1.2 Erosionsgefährdung des Gesamtgebietes - Übersichtsmodellierung 62
4.1.3 Erosionsgefährdung der Hotspotflächen 67
4.2 Fallbeispiel 2 – Artenschutzschwerpunkt Flussperlmuschel 92
4.2.1 Beschreibung der Untersuchungsgebiete 93
4.2.2 Gefährdungsursachen 97
4.2.3 Ergebnisse 99
4.2.4 Lokalisierung und Quantifizierung von Eintragspfaden und Übertrittspunkten 108
4.3 Fallbeispiel 3 – Optimierung landschaftsgliedernder Strukturen im Einzugsgebiet Stausee Baderitz 113
4.3.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes 113
4.3.2 Vorgehensweise 116
4.3.3 Ergebnisse der Modellierungsszenarien 125
5 Diskussion und Schlussfolgerungen 136
5.1 Fallbeispiel 1 136
5.1.1 Übersichtsmodellierung 136
5.1.2 Hot-Spot-Szenarien 136
5.1.3 Schlussfolgerungen 138
5.2 Fallbeispiel 2 139
5.2.1 Modellierungsergebnisse 139
5.2.2 Fehlerdiskussion 141
5.2.3 Vergleich der Modellierungsergebnisse mit vorliegenden Untersuchungen 143
5.2.4 Nicht berücksichtigte Gefährdungsfaktoren 144
5.2.5 Schlussfolgerungen Fallbeispiel 2 144
5.3 Fallbeispiel 3 146
5.3.1 Berücksichtigung des Erosionsschutzes in den vorliegenden Umweltplanungen 146
5.3.2 Erosionsmodellierung 146
5.3.3 Schlussfolgerung Fallbeispiel 3 150
5.4 Synopse der Fallbeispiele 153
5.4.1 Diskussion der Methodik 153
5.4.2 Eignung des Modells für die Umweltplanung 155
5.4.3 Einsatzmöglichkeiten auf der Basis gesetzlicher Grundlagen 156
5.4.4 Fazit 159
6 Zusammenfassung 161
7 Abstract 163
8 Literaturverzeichnis 164
Erklärung gemäß Anlage 4 – Eidesstattliche Versicherung 177
ANHANG
A 1 Parametrisierung Fallbeispiel 2 180
A 2 Parametrisierung Fallbeispiel 3 182
A 3 Kartographische Darstellung der Modellergebnisse Fallbeispiel 1 187 / The planning of suitable measurements for reducing soil erosion is linked to a possible precise calculation of size of erosion and deposition, the localization of the overland flow and the side identification of any possible signs of eroded soil in flowing and in slack water (DUTTMANN 1999). A number of different instruments are available. Additionally to the classical methods, such as, field mapping the erosion forms, as well as, the allocation or measurements for the quantification of soil erosion and application, it also increases the importance of models. On the one side there are the empirical models and on the other the process orientated physical models. Due to the amount of work involved in using such models in the real world, they have been mainly ignored. Under the use of physical based erosion models EROSION 3D the use of these models as instruments of planning practice has been examined.
The actual condition of the areas has also been produced and to see if the planning of measurements can be precise and objective. This aim has been examined in three different regions in Saxony in case studies each with different methods of planning. All examination areas were located in mainly agricultural countrysides and examined mainly with chosen model of erosion process concerning agronomic used locations.
The first case study examined to what extent the function the soil as archive the nature and cultural history on agronomic areas had been allowed for and which measurements for the protection of these soil functions can make a contribution. Archaeological sites on used agricultural areas are exposed to greater danger due to the increased use of soil cultivation. First the potential erosion danger of archaeological sites on a mesoskalig level with subsequent gradual erosion levels was calculated. Finally for several hot spot areas followed a detailed examination of the current condition of the areas and the diversion and examination of protection measurements concerning several countryside scenarios.
The second case study looked at the application of erosion models in the framework of wildlife conservation with the example choosen of freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera). The freshwater pearl mussels are extremely endangered in their population as they are in the sediment and element inputs in flowing water. The examination looked comprehensibly at the help of element input ways on countryside areas and loose sediment in waters. Based on the actual situation a number of measurement suggestions were prepared for the reduction of water eutrophication and add to the protection of the freshwater pearl mussel.
Case study 3 looked at the examination point Baderitzer Stausee the actual status of the countryside planning and the possible use of erosion models as possible methods of these planning levels. To what extent the existing plans for erosion protection in these planning procedures had been taken into account up to now.:INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
TABELLENVERZEICHNIS
ABKÜRZUNGEN UND SYMBOLE
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.2 Ziel 3
1.3 Vorgehensweise 4
2 Stand des Wissens 5
2.1 Bodenerosion 5
2.1.1 Nutzungsbedingte Erosion 6
2.1.2 Erosionsschäden 8
2.1.3 Erosionsschutz 9
2.2 Umweltziele, Umweltqualitätsziele und Umwelthandlungsziele des Erosionsschutzes 13
2.2.1 Allgemeine Grundlagen 13
2.2.2 Situation des Erosionsschutzes 15
2.3 Rechtliche Grundlagen des Erosionsschutzes 19
2.3.1 Weltweit 19
2.3.2 Europäische Union (EU) 21
2.3.3 Bundesebene 22
2.3.4 Länderebene am Beispiel des Freistaates Sachsen 26
2.4 Landschaftsbezogene Planungen - Umsetzungsinstrumente des Erosionsschutzes? 28
2.4.1 Einordnung der Landschaftsplanung im Planungssystem 28
2.4.2 Planungsrecht und räumliche Planungssysteme 28
2.4.3 Raumordnung 28
2.4.4 Landschaftsplanung 29
2.4.5 Weitere Planungsinstrumente 31
2.4.6 Landwirtschaftliche Fachplanungen 32
2.5 Bisherige planerische Ansätze zur Erosionsminderung 33
2.5.1 Kriterien zur Ackerschlaggestaltung 33
2.5.2 Sächsischer Leitfaden Bodenschutz bei Planungs- und Genehmigungsverfahren 33
2.5.3 Aktuelle sächsische, deutsche und europäische Förderprogramme 33
2.5.4 Standards zum Erosionsschutz unter Cross Compliance ab dem 01. Juli 2010 35
3 Methodik 36
3.1 Vorgehensweise 36
3.1.1 Fallbeispiel 1 – Erosionsbedingte Gefährdung archäologischer Denkmalflächen 38
3.1.2 Fallbeispiel 2 - Arten- und Gewässerschutz am Beispiel der Flussperlmuschel 39
3.1.3 Fallbeispiel 3 – Optimierung landschaftsgliedernder Strukturen 40
3.2 Erosionsmodellierung 42
3.2.1 Stand der Wissenschaft 42
3.2.2 Auswahlkriterien der Modellanwendung 43
3.2.3 EROSION 3D 45
3.3 Daten- und Informationsgrundlagen 49
3.3.1 Landnutzungsparameter 49
3.3.2 Bodendaten 50
3.3.3 Ableitung des Landnutzungs- und Bodendatensatzes 51
3.3.4 Geländehöhen/ Geländemodell 51
3.3.5 Niederschlagsdaten 52
3.4 Experimentelle Parameterbestimmung 55
3.4.1 Feldarbeiten 55
3.4.2 Laborarbeiten 55
4 Ergebnisse 56
4.1 Fallbeispiel 1 – Schutz archäologischer Denkmalflächen 56
4.1.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes 57
4.1.2 Erosionsgefährdung des Gesamtgebietes - Übersichtsmodellierung 62
4.1.3 Erosionsgefährdung der Hotspotflächen 67
4.2 Fallbeispiel 2 – Artenschutzschwerpunkt Flussperlmuschel 92
4.2.1 Beschreibung der Untersuchungsgebiete 93
4.2.2 Gefährdungsursachen 97
4.2.3 Ergebnisse 99
4.2.4 Lokalisierung und Quantifizierung von Eintragspfaden und Übertrittspunkten 108
4.3 Fallbeispiel 3 – Optimierung landschaftsgliedernder Strukturen im Einzugsgebiet Stausee Baderitz 113
4.3.1 Beschreibung des Untersuchungsgebietes 113
4.3.2 Vorgehensweise 116
4.3.3 Ergebnisse der Modellierungsszenarien 125
5 Diskussion und Schlussfolgerungen 136
5.1 Fallbeispiel 1 136
5.1.1 Übersichtsmodellierung 136
5.1.2 Hot-Spot-Szenarien 136
5.1.3 Schlussfolgerungen 138
5.2 Fallbeispiel 2 139
5.2.1 Modellierungsergebnisse 139
5.2.2 Fehlerdiskussion 141
5.2.3 Vergleich der Modellierungsergebnisse mit vorliegenden Untersuchungen 143
5.2.4 Nicht berücksichtigte Gefährdungsfaktoren 144
5.2.5 Schlussfolgerungen Fallbeispiel 2 144
5.3 Fallbeispiel 3 146
5.3.1 Berücksichtigung des Erosionsschutzes in den vorliegenden Umweltplanungen 146
5.3.2 Erosionsmodellierung 146
5.3.3 Schlussfolgerung Fallbeispiel 3 150
5.4 Synopse der Fallbeispiele 153
5.4.1 Diskussion der Methodik 153
5.4.2 Eignung des Modells für die Umweltplanung 155
5.4.3 Einsatzmöglichkeiten auf der Basis gesetzlicher Grundlagen 156
5.4.4 Fazit 159
6 Zusammenfassung 161
7 Abstract 163
8 Literaturverzeichnis 164
Erklärung gemäß Anlage 4 – Eidesstattliche Versicherung 177
ANHANG
A 1 Parametrisierung Fallbeispiel 2 180
A 2 Parametrisierung Fallbeispiel 3 182
A 3 Kartographische Darstellung der Modellergebnisse Fallbeispiel 1 187
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:22905 |
| Date | 25 January 2013 |
| Creators | Schob-Adam, Annekatrin |
| Contributors | Schmidt, Jürgen, Reinke, Markus, Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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