Herr Dr. Hannemann (LBGR)

Abschlussveranstaltung
zur Erstellung eines landesweiten
hochgenauen Geländehöhenmodells (DGM2)
Anwendungsbeispiele aus Sicht der
bodengeologischen Kartierung
—————————
Jens Hannemann
Landesamt für Bergbau, Geologie und Rohstoffe Brandenburg
E-Mail: jens.hannemann@lbgr.brandenburg.de
Tel. 0355/48640 153
J. Hannemann (LBGR)
DGM2-Anwendung in der Bodenkartierung
Potsdam, 25.01.2013
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Gliederung
1. Einleitung
2. Profilaufnahme
2.1 Reliefangaben im Bodenkundlichen Aufnahmeformblatt
3. Kartierung
3.1 Geologische Karte und DGM2 (Beispiele)
3.2 Bodenform
3.3 Bedeutung des Reliefs für bodenformrelevante Zielkategorien
4. Auswertungsmethoden Bodenkunde
4.1 Bedeutung von Reliefdaten für Auswertungsmethoden
4.2 Erosionsgefährdung und Beispiele auf Basis des DGM25
5. Reliefauswertung
5.1 Reliefparameter und Beispiele auf Basis des DGM25
5.2 Reliefparameter und Beispiele auf Basis des DGM2
5.3 Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
6. Potenzial
7. Quellen
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Einleitung
Bedeutung des Reliefs für die bodengeologische Kartierung
einer der wichtigsten bodenbildenden Faktoren
B = f (G, Wi, Bios, K , R, W , Z )
(1)
nach K LEEFISCH (1994)
mit
B: Boden (Merkmalsausprägung); G: Gestein/Ausgangssubstrat; Wi: Bewirtschaftung;
Bios: Flora und Fauna; K: Klima; R: Relief; W: Zuschusswasser; Z: Zeitdauer
die horizontale und vertikale Auflösung des DGM bestimmt die Detailschärfe
der Bodenkarte
direkte oder indirekte Ableitung der Bodenverbreitung und einzelner Bodeneigenschaften
Datengrundlage für die Planung der praktischen Kartierung im Gelände
Ableitung von Modellen zur Bodenverbreitung und -entwicklung
Prognose von Bodenveränderungen
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Profilaufnahme
Reliefangaben Bodenkundliches Aufnahmeformblatt nach KA5
Erfassung von
Höhe über NN
Feld 8
Neigung (Neigungsstärke)
Feld 11
Exposition (Neigungsrichtung)
Feld 12
Wölbung (Vertikal- und Horizonalwölbung)
Feld 13
Reliefformtyp (einfach und komplex)
Feld 14
metrische Angaben zum Reliefformtyp (L,B,H)
Feld 15
Mikrorelief
Feld 16
Lage im Relief (Reliefformtyp)
Feld 17
Bodenabtrag/-auftrag (z.B. durch Wasser und Wind)
Feld 18
Grundwasserstand und -stufe
Feld 53
Vernässungsgrad
Feld 54
Erosionsgrad
Feld 55
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Profilaufnahme
Reliefangaben im Bodenkundlichen Aufnahmeformblatt
Abb.1: a) Digitale Erfassungsmaske
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Profilaufnahme
Reliefangaben im Bodenkundlichen Aufnahmeformblatt
Abb.1: b) Digitale Erfassungsmaske mit Schlüsselliste der Reliefformtypen
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Kartierung
Geologische Karte und DGM2
a) GK25 mit Dünen
b) DGM2
Abb. 2: Beispiele für die Differenzierung der Genese (Ausschnitt ca. 2×2 km)
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Kartierung
Geologische Karte und DGM2
c) GK25 mit Flussterassen
d) DGM2
Abb. 2: Beispiele für die Differenzierung der Genese (Ausschnitt ca. 2×2 km)
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Kartierung
Geologische Karte und DGM2
e) GK25 mit Söllen
f) DGM2
Abb. 2: Beispiele für die Differenzierung der Genese (Ausschnitt ca. 2×2 km)
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Kartierung
Geologische Karte und DGM2
g) GK25 mit Auenbereich
h) DGM2
Abb. 2: Beispiele für die Differenzierung der Genese (Ausschnitt ca. 2×2 km)
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Kartierung
Geologische Karte und DGM2
i) DGM2 (Sanderflächen)
j) DGM2 (Anthropogene Elemente)
Abb. 2: Beispiele für die Differenzierung der Genese (Ausschnitt ca. 2×2 km)
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Kartierung
Bodenform
Definition
Die Bodenform ist der zentrale Terminus bei der Beschreibung des Bodens am Profil und in der
Karte. Sie setzt sich aus einem bodensystematischen Teil (pedogenetische Charakterisierung)
und einem substratsystematischen Teil (Materialcharakterisierung) zusammen (vgl. A D HOC AG
B ODEN (2005), AK B ODENSYSTEMATIK (1998)).
Struktur (vereinfacht)
M
Schichtwechsel
Ausgangsgestein
Feinboden, Kalk
Grobboden
Schichtwechsel
Untere Schicht
Ausgangsgestein
R
Feinboden, Kalk
O
Grobboden
F
Genese
Feinboden, Kalk
N
Substratsystematische Einheit
Mittlere Schicht
Ausgangsgestein
Grobboden
Obere Schicht
(z.B. Subtyp)
Bodensystematische Einheit
E
Genese
D
Genese
O
Pedogenesen
B
Tab. 1: Merkmalsstruktur einer Bodenform mit 15 Kennzeichnungsteilen.
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Kartierung
Bedeutung des Reliefs für bodenformrelevante Zielkategorien
Tab. 2: Beispiele von Zugehörigkeitswerten nach H ANNEMANN (2010)
Wasser
(Wa)
Bodenart
(Ba)
Humosität
(Hu)
Rohboden
Verbraunung
Podsolierung
Lessivierung
RQ
BB
PP
LF
Pedogenesen
(Pg)
0,1
0,4
1,0
0,1
0,1
0,2
0,8
0,3
RQ: a-ss F9
HY
HT
HH
0,7
0,3
D II a F8
anthropogen
terrigen
hydrogen
1,0
1,0
2 F7
K
S
L
U
T
BIND
0,3
GWst F6
Kies
Sand
Lehm
Schluff
Ton
Bindigkeit
0,8
Graben L5
1,0
Senke F4
GG
SS
rGG
KdS 6 F3
Grundvergleyung
Stauvergleyung
Reliktvergleyung
Zielkategorie
S 4 D F2
Kürzel
Talsand F1
Bewertungsobjekte
1,0
0,6
0,7
0,6
0,3
0,2
0,7
0,9
0,8
0,9
0,8
1,0
0,5
0,6
1,0
Indexbedeutung der Bewertungsobjekte der Tabelle: F: Flächen-, L: Linien-, P: Punktdatum; 1: GK 25, 2: Bodenschätzung, 3: Forst, 4: DGM,
5: Topografie, 6: Hydrogeologische Karte, 7: Legendeneinheit Bodenkarte, 8: MMK, 9. Punktbodenform des LBGR; GWst: Grundwasserstand
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Auswertungsmethoden Bodenkunde
Bedeutung von Reliefdaten
Methoden nach H ENNINGS (2000), M ÜLLER & WALDECK (2011), H ENNINGS (2012); vereinfacht
Wasser
Filter und Puffer
Pflanzenverfügbares Bodenwasser
Sickerwasserrate
Bodenkundliche Feuchtestufe
Grundwasserneubildung
4
1234
4
123
Erosion
Erosionsgefährdung durch Wasser
Erosionsgefährdung durch Wind
Erosionsgefährdung der Moorböden durch Wind
Feststoffeintrag und -austrag
01
(0)14
Filtereigenschaften geg. Schwermetallen
Nitratverlagerungstiefe im Winterhalbjahr
Nitratauswaschungsgefährdung
Versauerungsgefährdung von Waldböden
Verschlämmungsneigung
Relative Bindungsstärke für Schwermetalle
Grundwassergefährdung durch Schwermetalle
Dauer des Basenvorratsaufbrauchs
Naturnähe
Bewirtschaftung
Biotopentwicklungspotenzial
Bewertung für natürliche Vegetation
Natürliche Ertragsfähigkeit
Potenzielle Natürliche Vegetation
Lebensräume f. Bodenlebensgemeinschaften
Ausweisung schutzwürdiger Böden
Verdichtungsempfindlichkeit
Verhalten von Organika in Böden
Standortbezogenes Ertragspotenzial
Kalkbedarf für Waldböden
Kalkbedarf für Ackerböden
Standortgerechte Bodenbearbeitung
Beregnungsbedürftigkeit
Standortspezifisches Nährstoffpotenzial
Grunddüngung bei landwirtschaftlicher Nutzung
Verdichtungsempfindlichkeit
4
1234
4
Codierung: Hanglänge: 0
Hangexposition: 2
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Hangneigung: 1
4
1
1234
2
14
4
4
4
Energie
Spezifische Wärmeentzugsleistung
Standorteignung für Erdwärmekollektoren
Hangposition: 3
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4
Grundwasserstand: 4
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Auswertungsmethoden Bodenkunde
Erosionsgefährdung
Berechnung
Aus dem Relief ableitbare Parameter bilden neben Wetterdaten (Niederschlagsmengen, Windstärken), sowie Material-, Bewuchs- und Mikroreliefeigenschaften die
Grundlage für die Bewertung der Erosionsgefährdung. Desweiteren werden erosionsschützende Barrieren berücksichtigt. Die Erosionsgefährdung wird über die ABAG, der
Allgemeinen Boden-Abtrags-Gleichung, berechnet.
A = R ∗ K ∗ LS ∗ C ∗ P
(2)
nach S CHWERTMANN ET. AL (1990)
mit
A: mittlerer, jährlicher Bodenabtrag [t/ha/a]; R: Regen- und Oberflächenabflussfaktor;
K: Bodenerodierbarkeitsfaktor (Ton- u. Humusgehalt, Wasserdurchlässigkeit, Aggregatgröße);
LS: Relieffaktor (Hangneigung, Hanglänge); C: Bedeckungs- und Bearbeitungsfaktor;
P: Erosionsschutzfaktor (Barrieren)
Die räumlichen Bezugseinheiten für die Bewertung der Erosionsgefährdung bilden die
Feldblöcke, die meist Teil der landwirtschaftlichen Schläge sind. Über den Vergleichsindex nach D EUMLICH ET AL . (2006) gehen die Flächenanteile und Wichtungen der
Bewertungskategorien ein.
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Auswertungsmethoden Bodenkunde
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung durch Geoflux GbR Halle
a) ... durch Wind
Abb. 3: Erosionsgefährdung (nur landwirtschaftliche Nutzfläche)
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Auswertungsmethoden Bodenkunde
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung durch Geoflux GbR Halle
b) ... durch Wasser
Abb. 3: Erosionsgefährdung (nur landwirtschaftliche Nutzfläche)
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Auswertungsmethoden Bodenkunde
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung durch Geoflux GbR Halle
b) ... durch Wasser (Uckerseen)
Abb. 3: Erosionsgefährdung (nur landwirtschaftliche Nutzfläche)
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Reliefauswertung
Reliefparameter nach K ÖTHE (2007b), vereinfacht
Reliefauswertungen und Auswertungen zur Erosionsgefährdung durch Wind und
Wasser, die im Rahmen einer EFRE-Förderung durchgeführt wurden, sind unter
http://www.geo.brandenburg.de/boden/ veröffentlicht.
Lokale morphometrische Reliefparameter
Neigung
Neigungsstärke in Richtung der Exposition
Exposition
Vertikalwölbung
Richtung der stärksten Neigung
Krümmung in Richtung der stärksten Neigung
Konvergenz-Divergenz-Index
Horizontalwölbung
Konvergenz- und Divergenzindizes geben das Maß
Krümmung entlang der horizontalen Schnittebene
der Konvergenz (Zusammenstreben) bzw.
Querwölbung
Divergenz (Streuung) des Abflusses an
stärkste Krümmung
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Reliefauswertung
Reliefparameter nach K ÖTHE (2007b), vereinfacht
Komplexe, kombinierte und linienhafte morphometrische Reliefparameter
Hanglänge
Länge der oberirdischen Fließwege bis zur Tiefenlinie
Höhe über Tiefenlinie (HTL)
Relative Höhenlage über Tiefenlinie (= lokale Erosionsbasis)
Höhe unter Kulminationslinie (HKL)
Relative Höhenlage unter Kulminationslinie
Einzugsgebietsgröße
Bodenfeuchte-Index
Maß für die potentiellen Feuchteverhältnisse des Bodens und Kennzeichnung der Verweildauer des abfließenden
Wassers
Relative Hangposition
Relative Hangposition = HTL / (HTL + HKL)
Tiefenlinie und Kulminationslinie
Verbindungslinie der tiefsten Punkte eines Tales bzw. Verbindungslinie der Gipfelpunkte von Höhenzügen
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Reliefauswertung
Reliefeinheiten nach K ÖTHE (2007c), vereinfacht
Morphographische Reliefeinheiten (Kategorie I, II, III, komplex und kombiniert)
Scheitelbereiche und Senkenbereiche (I)
Verebnungen in Toplage des Reliefs bzw. in Tiefenpositionen
Geschlossene Hohlformen (I)
bei Undurchlässigkeit und permanenter Beregnung mit Wasser gefüllt
Hangbereiche (I)
Bereiche die nicht Scheitelbereiche, Senkenbereiche oder Geschlossene Hohlformen sind
Konvergenz-, Divergenz- und Intermediärbereiche (II)
konvergierende, divergierende bzw. indifferente Abflußverhältnisse
Verflachungen oder Versteilungen (Neigungsunstetigkeiten) (III)
Geomorphographische Karte und Landschaftseinheiten (komplex)
weist Einheiten nach geologischen, landschaftlichen und morphographischen Kriterien aus
Terrain Classification Index for Lowlands (TCI low ) (kombiniert)
Klassifikation von Reliefformen auf metrischer Basis
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Reliefauswertung
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung scilands GmbH Göttingen
a) Bodenfeuchte-Index
Abb. 4: Komplexe Reliefparameter und -einheiten
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Reliefauswertung
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung scilands GmbH Göttingen
b) TCI for Lowlands
Abb. 4: Komplexe Reliefparameter und -einheiten
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Reliefauswertung
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung scilands GmbH Göttingen
c) Senken
Abb. 4: Komplexe Reliefparameter und -einheiten
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Reliefauswertung
für das Land Brandenburg auf Basis des DGM25
Ableitung scilands GmbH Göttingen
d) Landschaften
Abb. 4: Komplexe Reliefparameter und -einheiten
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Reliefauswertung
Neuenhagener Oderinsel
Reliefschummerung scilands GmbH, Topografiedaten LGB
Abb. 5: Reliefschummerung DGM25 und DGM5 (Blick nach Nordost)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2 (Auswertung mit SAGA)
a) Höhenwerte DGM2
b) DGM mit Tiefenlinien
Abb. 6: Beispiele für Reliefparameter (Ausschnitt 2×2 km, Neuenhagener Oderinsel)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2 (Auswertung mit SAGA)
c) Neigungstärke (Neigung i.e.S)
d) Exposition (Neigungsrichtung)
Abb. 6: Beispiele für Reliefparameter (Ausschnitt 2×2 km, Neuenhagener Oderinsel)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2 (Auswertung mit SAGA)
e) Reliefschummerung
f) Vertikalkrümmung
Abb. 6: Beispiele für Reliefparameter (Ausschnitt 2×2 km, Neuenhagener Oderinsel)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2 (Auswertung mit SAGA)
g) Bodenfeuchte-Index
h) Relative Hangposition
Abb. 6: Beispiele für Reliefparameter (Ausschnitt 2×2 km, Neuenhagener Oderinsel)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2 (Auswertung mit SAGA)
j) TCI low
i) LS-Faktor
Abb. 6: Beispiele für Reliefparameter (Ausschnitt 2×2 km, Neuenhagener Oderinsel)
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Reliefauswertung
Reliefparameter auf Basis des DGM2
Abb. 7: Exposition entsprechend den Himmelsrichtungen
- nördliche Expositionen bei forstlicher Nutzung meist stärkere Podsolierung Ausschnitt der Neuenhagener Oderinsel (Blick nach Süden, überhöht)
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
Abb. 8: Grundwassermesspegel in einem Testgebiet der Havelniederung zwischen
Oranienburg und Kremmen, aus KONOPATZKY (2002)
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
Fuzzy-Logik
Abb. 9: Fuzzifizierung der Grundwasserstufen
Die Fuzzifizierung ist Teil der Fuzzy-Logik. Diese wird für die Zuordnung der zeitlich und
räumlich schwankenden Grundwasserflurabstände zu den Grundwasserstufen verwendet. Der
Zugehörigkeitsgrad gibt die Stärke der Bindung zur Klasse bzw. Grundwasserstufe an. Dabei ist
die Zuweisung zu mehreren Klassen möglich. Eine Flächen- bzw. Segmentbildung erfolgt auf Basis der Zugehörigkeitsgrade und definierter Regeln.
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
Reliefschummerung: scilands GmbH, Topografiedaten: LGB
a) Gebietsüberblick (Ausschnitt ca. 5×3 km)
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
b) DGM25 (Ausschnitt vergrößert)
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
DGM1: LGB, aufbereitet durch LFE/LB Forst; Vektordaten: A. Konopatzky, LFE/LB Forst
c) DGM1
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
DGM1: LGB, aufbereitet durch LFE/LB Forst; Vektordaten: A. Konopatzky, LFE/LB Forst
d) Standortskarte vor der manuellen Aktualisierung
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
J. Hannemann (LBGR)
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
DGM1: LGB, aufbereitet durch LFE/LB Forst; Vektordaten: A. Konopatzky, LFE/LB Forst
e) Standortskarte nach der manuellen Aktualisierung
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
DGM1: LGB, aufbereitet durch LFE/LB Forst; Vektordaten: A. Konopatzky, LFE/LB Forst
e) Standortskarte nach der manuellen Aktualisierung (vergrößert)
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
DGM1: LGB, aufbereitet durch LFE/LB Forst; Vektordaten: A. Konopatzky, LFE/LB Forst
f) Segmentierung
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Reliefauswertung
Aktualisierung der Forstlichen Standortskarte
g) Segmentierung und Aktualisierung
Abb. 10: Quantifizierung des Grundwassereinflusses
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Potenzial
Potenzial
Relief = Wirtschaftsfaktor (Standortfaktor, Ertragsfaktor für Land- und
Forstwirtschaft)
Anwendung des DGM2 für bodenkundliche Auswertungsmethoden und die
Qualifizierung von Bodenkartenwerken
Rekonstruktion des Paläoreliefs
bessere (3D)-Modellierungsmöglichkeit des Bodenkörpers in Kombination mit
anderen hochauflösenden Daten (FESCH - Digitales Feldschätzungsbuch)
höhere Sicherheit bei der Bewertung von Bodenfunktionen, sowie bei
Entscheidungen im Rahmen von Cross Compliance und naturbedingt
benachteiligter Gebiete
genauere Bearbeitungs- und Anbauempfehlungen für flächennutzende Betriebe
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Quellen
Daten:
Wenn nicht anders angegeben: Geologische Karte (Meßtischblatt, 1 : 25 000, GK25): LBGR
DGM2: LGB, LBGR; DGM25: LGB, Topografie: LGB
Literatur:
A D -H OC -A RBEITSGRUPPE B ODEN DER SGD UND DER BGR (2005)
Bodenkundliche Kartieranleitung (KA5). E. Schweitzerbart´sche Verlagsbuchhandlung, Hannover.
AK B ODENSYSTEMATIK DER DBG [H RSG .] (1998)
Systematik der Böden und der bodenbildenden Substrate Deutschlands. Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen
Gesellschaft, Band 86, 180 S.
D EUMLICH , D., K IESEL , J., T HIERE , J., R EUTER , L., V ÖLKER , L. & F UNK , R. (2006)
Application of the Site COmparison Method (SICOM) to assess the potential erosion risk a basis for the evaluation of
spatial equivalence of agri environmental measures. Catena, 68(2-3), 141-152.
M ÜLLER , U. & WALDECK , A. (2011)
Auswertungsmethoden im Bodenschutz.Dokumentation zur Methodenbank des Niedersächsischen
Bodeninformationssystems (NIBIS r ). Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG); Hannover.
H ANNEMANN , J. (2010)
Die Berücksichtigung inhaltlicher und räumlicher Unschärfe bei der GIS-gestützten Erstellung von Bodenkarten.
Shaker-Verlag, Aachen.
J. Hannemann (LBGR)
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Quellen
H EERDEGEN , R.G. & B ERAN , M.A. (1982)
Quantifying source areas through land surface curvature. Journal of Hydrology, Vol.57.
H ENNINGS , V. [H RSG .] (2000)
Methodendokumentation Bodenkunde. 2. Auflage, Geologisches Jahrbuch, Reihe G, Heft SG 1, Hannover.
H ENNINGS , V. (2012)
Diskussionspapier der Sitzung der Ad-hoc-AG Boden zur Methodendokumentation Bodenkunde am 02.-04. Mai 2012.
2 Seiten, Husum.
K LEEFISCH , B. (1994)
Die Konstruktion und Auswertung digitaler Bodenkarten. Methoden und Verfahren für den Aufbau und Einsatz von
Bodeninformationssystemen. ZALF-Berichte(9), Müncheberg.
KONOPATZKY, A. (2002)
Verfahren zur flächenhaften Ausgrenzung jüngerer Grundwasserabsenkungen unter Wald durch Aktualitätsprüfung der
forstlichen Standortskartierung. IN: Funktionen des Waldes in Verbindung mit dem Landschaftswasserhaushalt.
Eberswalder Forstliche Schriftenreihe, Band XV, S. 29-35.
K ÖTHE , R. (2007b)
Dokumentation Morphometrische Reliefparameter von Brandenburg auf Basis des DGM25. Bericht im Auftrag des LBGR
Brandenburg zum EFRE-Vorhaben Bodeninformationssystem auf Basis der Bodenübersichtskarte 1 : 100 000 des
”
Landes Brandenburg mit Grundkarte und Auswertungskarten.“(Vergabe-Nr. 2005/198). 9 Seiten. Scilands GmbH
Göttingen.
J. Hannemann (LBGR)
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Quellen
K ÖTHE , R. (2007c)
Dokumentation Digitale Geomorphographische Karte (GMK25) und Reliefeinheiten von Brandenburg auf Basis des
DGM25. Bericht im Auftrag des LBGR Brandenburg zum EFRE-Vorhaben Bodeninformationssystem auf Basis der
”
Bodenübersichtskarte 1 : 100 000 des Landes Brandenburg mit Grundkarte und Auswertungskarten.“(Vergabe-Nr.
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