4.2 Topographie - Infoportal Moorschutz in Deutschland

Moorschutz in Deutschland – Instrumente und Indikatoren zur Bewertung von Biodiversität und
Ökosystemleistungen von Mooren
4.2
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Topographie
Michel Bechtold
Thünen Institut für Agrarklimaschutz, Braunschweig ([email protected])
4.2.1
Einleitung
Die genaue Kenntnis der Topographie eines Moorgebiets hat vielfältige Bedeutungen im Rahmen von
Wiedervernässungsprojekten. Meist wird mit Wiedervernässungsmaßnahmen in die Topographie
eingegriffen (BAFU, 2009), um schnelle Abflüsse zu verhindern und Zuflüsse im Gebiet zu verteilen.
Höhenmodelle (oder auch "Digitale Geländemodelle", DGM) sind deswegen von besonderer
Wichtigkeit in der Maßnahmenplanung, um die Lage von Stauen zu optimieren und den
Auswirkungsbereich des Rückstaus abzugrenzen (auch als Absicherung gegenüber Dritten). Mit guten
Höhenmodellen lassen sich Überstauflächen, die im Zuge der Staumaßnahmen auftreten können und
für die Moorvegetation von Nachteil sind, minimieren. Auch sind verlässliche flächenhafte Aussagen
(über geostatistische Interpolation der Grundwasseroberfläche und anschließenden Verschnitt mit
Höhenmodell oder numerische Modellierung) über den Grundwasserflurabstand nur bei
Vorhandensein eines guten Höhenmodells möglich. Des Weiteren lassen sich über detaillierte
topographische Informationen Rückschlüsse über die Moorstrukturierung ableiten (KAPFER 2012),
ehemalige Verläufe von Quellbächen oder Hauptwasserströmen identifizieren (BAFU 2009) sowie
Gräben und Drainagen identifizieren.
Ein gutes Höhenmodell lässt sich über terrestrische Vermessung oder Laserscan-Befliegung (LIDARTechnik) generieren, wobei eine Laserscan-Befliegung eine wesentlich höhere räumliche Auflösung
ermöglicht.
4.2.2
Terrestrische Vermessung
Im Zuge von wasserrechtlichen Genehmigungsverfahren sind cm-genaue Messungen notwendig. Hier
sollte auf die klassischen geodätischen Methoden der Feldvermessung zurückgegriffen werden
(Tachymeter oder Nivelliergerät in Kombination mit differenziellem GPS-Gerät), da LaserscanHöhenmodelle diese Höhengenauigkeit nicht erfüllen können (siehe 4.2.3 Laserscan). Auch ist die
genaue Einmessung von Pegeln und Wehren nur über eine terrestrische Vermessung möglich.
Bei der terrestrischen Vermessung ist die Auswahl eines festen Bezugspunktes erforderlich, dessen
Lage und Höhe für eventuelle Nachfolgeuntersuchungen über die nächsten Jahrzehnte stabil sein
sollte. Bestenfalls handelt es sich um einen offiziellen Vermessungspunkt, wobei dies für die meisten
Fragestellungen nicht zwingend notwendig ist. Die Arbeit mit absoluten Höhen über Normalnull
erleichtert jedoch den zukünftigen Umgang mit den Daten. So kann zum Beispiel beim Abgleich mit
dem Laserscan-Höhenmodell dessen Qualität leichter beurteilt werden.
Die mehrfache Messung der topographischen Höhen an ausgewählten Punkten erlaubt, die
Oszillation der Mooroberfläche zu bestimmen.
Des Weiteren sind einzelne terrestrische Vermessungspunkte die Grundlage für eine konstante
Höhenkorrektur des Laserscanhöhenmodells (siehe 4.2.3 Laserscan).
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4.2.3
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Laserscan
Höhenmodelle aus LIDAR-Daten (Light Detection And Ranging, engl. für lichtwellenbasierte
Detektionsmethode), die in Laserscan-Befliegungen aufgenommen werden, haben sich in den letzten
Jahren immer weiter etabliert und bieten äußerst präzise hochaufgelöste Höheninformationen.
Dabei wird von einem Flugobjekt die Oberfläche gescannt indem Laserimpulse ausgesendet und
deren unterschiedlich schnelle und intensive Reflektionen gemessen werden (Abbildung 1). Die
Laserimpulse interagieren mit allen Oberflächen, wie Vegetation, Boden, Gebäude und auch
Wasseroberflächen (HÖFLE et al. 2009). Mit der Filterung der Daten über das Last-Pulse-Verfahren
wird dabei die Geländeoberfläche herausgefiltert (VETTER 2013). Allgemein verbessert sich die
Höhengenauigkeit des Geländemodells mit zunehmender Punktdichte (eine durchschnittliche Dichte
beträgt z. B. ca. 10 bis 20 Punkte/m²), da beim Filtern der Vegetation viele Laserpunkte verloren
gehen. Generell ist auch eine Anwendung im Wald möglich. Für eine gute Datenqualität sollte die
Überfliegung nach dem Laubfall oder unmittelbar vor der Vegetationsphase durchgeführt werden,
außerdem sollten keine Schneebedeckung und nur geringe Oberflächenwasseranteile vorliegen.
Die Kosten (€/ha) für eine Laserscan-Befliegung variieren stark und hängen u.a. von der überflogenen
Gebietsfläche ab. Der Hektarpreis sinkt deutlich mit der überflogenen Fläche aufgrund der meist
hohen "Grundgebühr" einer Überfliegung. Das Landesamt für Geoinformation und
Landesvermessung Niedersachsen (LGLN) bietet eine kooperative Beschaffung von LaserscanningDaten an, die die Kosten einer Laserscan-Befliegung für ein Projekt deutlich reduziert
(http://www.lgn.niedersachsen.de/portal/live.php?navigation_id=31345&article_id=108098&_psma
nd=35).
In den letzten Jahren hat sich jedoch eine weitere, kostengünstigere Möglichkeit der Erstellung von
Luftbildern mittels Drohnen etabliert (200 bis 300€ für 10 bis 20 Aufnahmen). Die anschließende
Datenaufbereitung ist vergleichsweise aufwändig. Vorteil dieser Methode ist jedoch die sehr hohe
Auflösung (bis unter 15 cm), die dazu geeignet ist, die Oberflächen von terrestrischen Vegetationseinheiten und deren Veränderung (Erosion, Vegetationswechsel) hochaufgelöst darzustellen.
Abbildung 1: Höhenmodelle aus Laserscan-Befliegungen: Schematische Darstellung der Datenerhebung.
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Bevor eine neue Laserscan-Befliegung für das Projektgebiet in Auftrag gegeben werden sollte, ist es
sinnvoll das entsprechende Landesamt für Vermessung zu kontaktieren, da in vielen Ländern bereits
flächendeckend nahezu aktuelle Laserscan-Höhenmodelle vorliegen (siehe Abbildung 2). Diese
können gegen vergleichsweise geringe Kosten für das Gebiet erworben werden. Übliche LaserscanHöhenmodelle haben eine räumliche Auflösung von 0.5 bis 1 m und bieten eine Höhengenauigkeit
von ca. 15 cm (Angaben des LGLN Hannover, TILSNER, 2012). Es ist im Einzelfall zu prüfen, ob die
bereits erhältlichen Höhenmodelle die für das Projekt erforderliche Aktualität und räumliche
Auflösung liefern.
Abbildung 2: Aktuelle Übersicht über die Erfassungsstufen des aktuellen DGM10. Quelle: Bundesamt für
Kartographie und Geodäsie, Hannover (Stand: Oktober 2014).
Wenn die Geländeoberfläche mit der Grundwasseroberfläche verschnitten werden soll, um eine
Grundwasserflurabstandskarte zu erhalten, ist unter Umständen eine Offset-Korrektur notwendig.
Über terrestrische Vermessungen an mehreren Punkten sollte das Laserscan-Höhenmodell mit
konstantem Offset auf die richtige Höhe gezogen werden. Dies kann auch in Abhängigkeit der
prinzipiellen Vegetationseinheiten (aus Luftbildern oder Vegetationskartierungen zu entnehmen)
differenziert durchgeführt werden wenn genügend Vermessungspunkte vorliegen. Aus eigenen
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Erfahrungen am Thünen-Institut kann die für das Projektgebiet spezielle Offset-Korrektur einige 10er
cm betragen. Diese Arbeit entfällt üblicherweise wenn eine Laserscan-Befliegung direkt für das
Projektgebiet durchgeführt wurde und somit das Laserscan bereits auf die richtige Höhe gebracht
wurde.
Des Weiteren können mit einem Laserscan-Höhenmodell wichtige Geländepunkte für eine gezielte
terrestrische Nachvermessung identifiziert werden (für eine Genauigkeit im cm-Bereich).
4.2.4
Setzen von Festpunkten
Befindet sich kein offizieller Vermessungspunkt in der näheren Umgebung, muss, wie oben erwähnt,
für die terrestrische Vermessung und die Höhenkorrektur des Laserscans im Gebiet ein neuer
Festpunkt gesetzt werden. Seine Stabilität sollte für die nächsten Jahrzehnte gewährleistet sein. Um
Einflüsse einer möglicherweise oszillierenden Mooroberfläche auszuschließen, sollte der Festpunkt
mit einem stabilen Metallpflock außerhalb des Moors auf dem mineralischen Untergrund oder auch
im Moor im mineralischen Untergrund verankert werden.
4.2.5
Regelwerke und weiterführende Literatur
BAFU (2009): Regeneration von Hochmooren. Grundlagen und technische Maßnahmen. UV-0918-D. [link]
Höfle, B., Vetter, M., Pfeifer, N., Mandlburger, G. & Stötter, J. (2009), Water surface mapping from airborne
laser scanning using signal intensity and elevation data. Earth Surface Processes and Landforms 34: 1635–
1649. [link]
Kapfer, A. (2012): Nutzung von Laserscan-Befliegung als Planungsgrundlage für Wiedervernässungprojekte am
Beispiel Pfrunger-Brugweiler-Ried. Vortrag bei Auftakttagung des BfN Projekts "Moorschutz in
Deutschland", 27.-28.2.2012 Braunschweig.
Tilsner, A. (2012): 3D-Messdaten. Informationsveranstaltung „3D-Geobasisinformation – die Produkte des
LGLN“ am LGLN in Hannover 10. Sep. 2012. [pdf]
Vetter, M. (2013): Airborne laser scanning terrain and land cover models as basis for hydrological and hydraulic
studies. Dissertation, Wien [pdf]
Zitiervorschlag:
Bechtold, M. (2015): Topographie. In: Tiemeyer, B., Bechtold, M., Belting, S., Freibauer, A.,
Förster, C., Schubert, E., Dettmann, U., Fuchs, D., Frank, S., Gelbrecht, J., Jeuther, B., Laggner, A.,
Rosinski, E., Leiber-Sauheitl, K., Sachteleben, J., Zak, D. & Drösler, M.: Instrumente und
Indikatoren zur Bewertung von Biodiversität und Ökosystemleistungen von Mooren,
Braunschweig. URL: http://www.moorschutz-deutschland.de/index.php?id=335
Die Publikation „Instrumente und Indikatoren zur Bewertung von
Biodiversität und Ökosystemleistungen von Mooren“ wurde im Rahmen des
vom Bundesamt für Naturschutz mit Mitteln des Bundesministeriums für
Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderten F+E-Vorhabens
"Moorschutz in Deutschland - Optimierung des Moormanagements in
Hinblick auf den Schutz der Biodiversität und der Ökosystemleistungen" (FKZ:
3511 82 0500) erarbeitet.