2.1 Grundlagendaten
2.1.1 Digitale Daten
Folgende digitale Grundlagen wurden verwendet und im GIS überlagert bzw. miteinander verschnitten:
Ø Hydrologische Einzugsgebiete (Abb. 1): Die Abgrenzung der 38 hydrologischen Ein-zugsgebiete (EZG) erfolgte durch BG (2001) auf der Grundlage des Hydrologischen At-las der Schweiz (LHG 1992) bzw. der hydrographischen Gliederung der Schweiz (BFS GEOSTAT 2001). Bilanzierungspunkt für die meisten Einzugsgebiete ist eine hydrologi-sche Messstation, an der Konzentrationsmessungen durchgeführt wurden. Diese sind nicht immer identisch mit den Abflussmessstationen der Landeshydrologie oder des Kan-tons und entsprechen meist nicht der Mündung. Gegenüber der Abgrenzung von PRA-SUHN & BRAUN (1994) gibt es einige Unterschiede.
Ø Geographische Regionen (Abb. 2): Die Abgrenzung der vier geographischen Regionen erfolgte in Anlehnung an die digitale Klimaeignungskarte für die Landwirtschaft 1:200'000 der Schweiz (BFS GEOSTAT / ARE / BLW 2001, EJPD 1977), die für die vorliegende Fragestellung als die am besten geeignete ausgewählt wurde. Jede Hektare wurde einer geographischen Region zugeteilt, unabhängig in welchem Einzugsgebiet sie liegt (Tab.
4). Gegenüber der Abgrenzung von PRASUHN & BRAUN (1994) gibt es grosse Unter-schiede.
Ø Gemeinde- und Kantonsgrenzen (Abb. 3): Die digitalen Gemeinde- und Kantonsgren-zen stammen vom Bundesamt für Landestopographie (BFS GEOSTAT / L+T 2001).
Sämtliche 11 an den Kanton Bern angrenzende Kantone haben Flächenanteile im Unter-suchungsgebiet.
Ø Fliessgewässernetz (Abb. 4): Das digitale Fliessgewässernetz stammt aus dem Hydro-logischen Atlas der Schweiz (LHG 1992) bzw. dem VECTOR25 der Landstopographie (L + T 2001). Die hydrologischen Messstationen wurden aus dem hydrologischen Jahrbuch der Schweiz (LHG 1999) über Koordinaten eingelesen. Es fällt die hohe Fliessgewässer-dichte in den voralpinen Regionen Schwarzenburgerland, oberes Emmental und Napf auf, sowie die niedrige Dichte in den Karstgebieten im Jura.
Ø Landnutzung (Abb. 5): Die digitalen Landnutzungsdaten wurden von der Servicestelle GEOSTAT (BFS 1997) als Punktdaten geliefert. Sie haben eine räumliche Auflösung von einer Hektare. Entsprechend wurde ein Hektarraster (mit 654'134 Rastern) als kleinste geometrische Einheit verwendet. Alle anderen digitalen Daten wurden - soweit möglich - auf dieses Hektarraster angepasst. Die Landnutzung entspricht der Arealstatistik 1992/97 (BFS 1998). Erhebungsjahre für den Kanton Bern waren 1992-94. Die Landnut-zung wurde wie folgt zusammengefasst (Definitionen: BFS 1992):
- Wald: Bestockte Fläche: Wald (Normalwald, Waldstreifen, Waldecken, Aufforstungen, Waldschadenflächen, Aufgelöster Wald), Gehölze (Feldgehölze, Hecken, Baumgruppen, Übrige Gehölze), Gebüschwald
- Landwirtschaftliche Nutzfläche (LN):
- Rebbau: Rebanlagen, Pergolareben, Extensivreben
- Obstbau: Obstanlagen, Geordnete Obstbestände, Streuobst - Gartenbau: Gartenbauflächen
- Günstiges Wies- und Ackerland - Übriges Wies- und Ackerland)
- Heimweiden: Heimweiden, Verbuschte Wiesen und Heimweiden
- Alpwirtschaftliche Nutzflächen: Maiensässe, Heualpen, Bergwiesen, Alp- und Jura-weiden, Schafalpen, Wildheuplanggen
- Unproduktive Flächen:
- Vegetationslose Fläche: Fels, Sand, Geröll, Gletscher, Firn - Gewässer: Stehende Gewässer, Fliessgewässer
- Unproduktive Vegetation: Gebüsch, Strauchvegetation, Nassstandorte, Ufervegetation, Unproduktive Gras- und Krautvegetation, Lawinenverbauungen
- Siedlungsflächen:
- Überbaute Siedlungsfläche: Gebäudeflächen, Industriegebäude, besondere Siedlungs-flächen, Parkplätze, Offene Bahnstrecken, Bahnhofgelände, Flugplätze
- Strassen und Wege: Strassen und Wege, Autobahnen
- Siedlungsgrün: Gebäudeumschwung, Industrieumschwung, Erholungs- und Grünanla-gen, Autobahngrün, Strassengrün, Bahngrün, Graspisten und Flugplatzgrün
In EXCEL 97 erfolgte eine Zufallsverteilung von Daten, für die keine lagegetreue Zuord-nung möglich war (Ackerland/Grasland, Drainageflächen und Strassen ohne ARA-Anschluss), um sie trotzdem im GIS darstellen zu können.
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Verteilung des Ackerlandes: Eine Aufteilung des Wies- und Ackerlandes in Ackerland und Grasland ist über die Arealstatistik nicht möglich. Die Fläche des Ackerlandes (offe-nes Ackerland + Kunstwiesen) konnte der Eidg. Betriebszählung (BFS 2001) entnommen werden, allerdings nur gemeindeweise und nicht digital. Da dieser Quelle ein völlig ande-res Verfahren zur Erfassung der Flächenanteile zugrunde liegt, stimmen die Angaben der LN aus der Arealstatistik und der Betriebszählung nicht überein. Die Abweichungen sind jedoch bei den zu Einzugsgebietswerten aufsummierten Gemeindewerten relativ ge-ring. Gemäss der Beschreibung des übrigen Wies- und Ackerlandes (BFS 1992) kann angenommen werden, dass diese Kategorie v.a. Grasland beinhaltet. Die Kategorie günstiges Wies- und Ackerland enthält sowohl Ackerland als auch Grasland. Um eine Aufteilung zu erhalten, wurde das günstige Wies- und Ackerland der Arealstatistik dem Ackerland (= offenes Ackerland und Kunstwiese) der Betriebszählung gegenübergestellt.
Die Differenz günstiges Wies- und Ackerland abzüglich dem Ackerland der Betriebszäh-lung ergab den Anteil Grasland an der Kategorie “günstiges Wies- und Ackerland“. Die Berechnung erfolgte auf Einzugsgebietsebene. Für die digitale Verteilung auf Hektarras-terebene wurde dieser Anteil Grasland nun zufällig (mit der EXCEL-Funktion “ZUFALLS-ZAHL“) auf das günstige Wies- und Ackerland verteilt. Dabei wurden folgende Annah-men getroffen: In Steillagen gibt es keine Ackerflächen; in starker Hanglage werden so viele Flächen auf das übrige Wies- und Ackerland verteilt, bis das Verhältnis 1:2 von günstigem zu übrigem Wies- und Ackerland entsteht. Die restlichen Flächen werden auf die beiden untersten Hangneigungsstufen verteilt. Gegenüber der Verteilung von PRA-SUHN & BRAUN (1994) gibt es grosse Unterschiede (s. Kap. 5). Die Einteilung ist nach-folgend zusammengestellt (AS = Arealstatistik, BZ = Betriebszählung):
Landwirtschaftliche Nutzfläche (AS) - Rebbau (AS)
- Gartenbau (AS) - Ackerland (BZ)
- offene Ackerfläche (BZ) - Mais (BZ)
- Zuckerrüben (BZ) - Winterweizen (BZ) - ...
- Kunstwiese (BZ) - Grasland (berechnet)
- Alpwirtschaftliche Nutzfläche (AS) - Heimweiden (AS)
- Obstbau (AS)
- Dauerwiesen, Mähweiden (berechnet: übriges Wies- und Ackerland (AS) plus günstiges Wies- und Ackerland (AS) minus Ackerland (BZ))
- Extensiv genutzte Wiesen (BZ) - Extensiv genutzte Weiden (BZ) - Wenig intensive Wiesen (BZ)
- Extensive Wiesen auf stillgelegtem Ackerland (BZ) - Intensive Wiesen und Weiden (berechnet)
Bei der Verteilung des Ackerlandes auf Hangneigungsklassen ergibt sich, dass knapp 40% aller Ackerflächen in mehr oder weniger ebener Lage liegen (Tab. 2) und somit
kei-ne Bodekei-nerosion aufweisen (vgl. Kap. 2.2.2.2) und 11% in relativ starken Hanglagen über 10% liegen.
Tab. 2: Verteilung des Ackerlandes auf Hangneigungsstufen.
Neigung (%) Ackerfläche (ha) Ackerfläche (%)
<2%
Verteilung der Drainage (Abb. 6): Digitale Angaben zur drainierten Fläche existieren nicht. Die Drainageflächen wurden gemeindeweise aus den Karteikarten des Eidg. Melio-rationsamtes entnommen (BLW 2001). Die Angaben sind mit Unsicherheiten behaftet, da häufig nicht ersichtlich ist, ob Flächen im Laufe der Zeit mehrmals entwässert wurden und es sich somit bei den angegebenen Drainagen um Rekonstruktionen handelt, ob sie seither überbaut wurden und ob die bestehenden Drainagen noch funktionsfähig sind.
Weiterhin sind vielfach Gesamtmeliorationen über mehrere Gemeinden erfolgt, wobei häufig die Gesamtfläche bei jeder Gemeinde registriert wurde. Überschneidungen sind daher möglich. Andererseits werden am Eidg. Meliorationsamt nur subventionierte Drai-nagen erfasst, private DraiDrai-nagen bleiben unberücksichtigt. Die Karteikarten am Eidg.
Meliorationsamt wurden nur bis ca. 1990 geführt. Seither werden die Daten gemeinde-weise elektronisch erfasst. Diese Daten abzurufen ist nur gemeindegemeinde-weise möglich und mit grossem zeitlichen Aufwand verbunden, der nicht angebracht erscheint. Nach Aus-kunft von Herrn AMSLER wurden in den letzten 10 Jahren im Kanton Bern keine neuen, subventionierten Drainagen mehr erstellt. Es wurden nur zahlreiche Rekonstruktionen durchgeführt. Nach Einschätzung von Herrn AMSLER hat sich der Anteil der drainierten Fläche in den letzten 10 Jahren nicht wesentlich verändert. Hinzugekommene private Drainagen werden durch den Verlust drainierter Flächen durch Überbauung oder inzwi-schen nicht mehr funktionierende Drainagen ausgeglichen.
Vorgehen: Alle aufgeführten drainierten Flächen einer Gemeinde wurden aufsummiert, sofern nicht ersichtlich war, dass es sich um Rekonstruktionen handelt. Bei Gesamtmeli-orationen wurde die gesamte drainierte Fläche flächenanteilsmässig (bezogen auf die LN jeder Gemeinde) auf alle angeführten Gemeinden verteilt. Innerhalb der Gemeinden wurde der drainierte Anteil flächenanteilsmässig (Gesamtfläche) auf die verschiedenen Einzugsgebiete verteilt. Danach wurde der prozentuale Anteil der Drainage an der LN für jeden Gemeindeteil in jedem Einzugsgebiet berechnet und kontrolliert, ob 100% über-schritten werden. Falls ja, wurde die entsprechende Fläche auf max. 100% korrigiert.
Abschliessend wurde einzugsgebietsweise und gemeindeweise anhand der topographi-schen Karte kontrolliert, ob die bestehenden Angaben realistisch erscheinen. Vor allem Gemeindeanteile mit sehr hohen prozentualen Anteil oder sehr niedrigen wurden über-prüft. Gegebenenfalls wurden Drainageflächen von benachbarten Gemeinden umverteilt.
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Die für jedes Einzugsgebiet als Summenwert aller Gemeinden berechneten Drainageflä-chen wurden am Eidg. Meliorationsamt sowie am Kantonalen Meliorationsamt diskutiert und wie folgt korrigiert: in den alpinen und voralpinen Regionen sowie im Jura wurden die ermittelten Drainageflächen um 5%, im Mittelland um 10% reduziert. Begründung:
- Überbauungen vor allem in Talböden (Siedlung, Autobahn etc.), - Rekonstruktionen z.T. miterfasst,
- aus der landwirtschaftlichen Nutzung genommen (Naturschutzgebiete),
- alte Drainagen defekt bzw. nicht mehr oder nicht mehr voll funktionsfähig, viele Drai-nagen stammen aus der Zeit vor 1960, teilweise vor 1940,
- im Mittelland gibt es kaum private Drainagen, im Berggebiet dagegen häufiger
- laut VON WALDKIRCH (1993) sind im Kanton Bern mindestens 20'000 ha drainiert, die vorgenommene Zusammenstellung ergibt für den Kanton Bern rund 26'000 ha.
- Nach der Diplomarbeit von CHRISTELLER (1988) sind im Gebiet Emme 6'244 ha drainiert, die Zusammenstellung ergibt 6'068 ha.
Die räumliche Verteilung der Drainageflächen erfolgte auf Gemeindeebene in allen Ein-zugsgebieten zufällig (mit der EXCEL-Funktion “ZUFALLSZAHL“), verbunden mit folgen-den Annahmen:
- nur Ackerland und Graslandflächen werden drainiert,
- in der Ebene und in leichter Hanglage sind theoretisch alle Flächen entwässerbar, - in starker Hanglage entwässern sich 50% der Flächen von selbst,
- Grasland und Ackerland werden ihrem Anteil an der Landwirtschaftlichen Nutzfläche entsprechend im selben Masse entwässert,
- der Vernässungsgrad der Böden gemäss Bodeneignungskarte 1:200'000 wurde be-rücksichtigt. Zunächst werden die grundnassen Böden drainiert, dann die schwach grundnassen und schliesslich die grundfeuchten Böden.
Daraus resultieren prozentuale Anteile der Drainageflächen an der Landwirtschaftlichen Nutzfläche bis zu 46% (Limpach) (Tab. 5 und 6). Die räumliche Verteilung zeigt deutliche Konzentrationen im Grossen Moos, Limpachtal, Gürbetal, Aaretal zwischen Biel und So-lothurn und südwestlicher Oberaargau. Gegenüber der Verteilung von PRASUHN &
BRAUN (1994) gibt es grosse Unterschiede.
Verteilung der Strassen und Wege ohne ARA-Anschluss: Die Kategorie “Strassen und Wege“ wurde in die Kategorien “Strassen und Wege mit ARA-Anschluss“ und
“Strassen und Wege ohne ARA-Anschluss“ unterteilt. Die Kategorie “Strassen und Wege ohne ARA-Anschluss“ setzt sich aus den Strassen ausserorts und 20% der Strassen in-nerorts zusammen. Der prozentuale Anteil an Strassen, die ausserorts liegen, wurde nach HÜSLER et al. (1989) und aus der topographischen Karte für jedes Einzugsgebiet abgeschätzt. Die 20% der Strassen innerorts berücksichtigen jene Strassen, welche zwar innerorts liegen, deren Abfluss jedoch nicht über die Kanalisation in die Kläranlage abgeleitet wird, sondern direkt in den Vorfluter gelangt. Zusätzlich gelangt Spritzwasser von Strassen auf Grünflächen. Die “Strassen ohne ARA-Anschluss“ wurden in jedem Einzugsgebiet anteilsmässig auf die Kategorie “Strassen und Wege“ zufallsverteilt.
Ø Gebietshöhe, -neigung und -exposition (Abb. 7 und 8): Das digitale Höhenmodell (DHM25) der Landestopographie (L+T 1998) wurde mit dem Hektarraster der Arealsta-tistik so verschnitten, dass jeder Hektare eine mittlere Gebietshöhe, ein mittlerer Nei-gungswert und eine Exposition zugeordnet werden konnte. Sowohl bei der Gebietshöhe als auch bei der Neigung kommen die grossen Flusstäler klar zum Ausdruck. Die Nei-gungskarte zeigt deutlich die Abgrenzung der geographischen Regionen.
Ø Niederschlag (Abb. 9): Der langjährige mittlere Niederschlag (Periode 1973-92) wurde im 4 km2-Raster von der Landeshydrologie und -geologie (LHG 1992) zur Verfügung ge-stellt und beruht auf dem Ansatz von ROHMANN & MENZEL (1999). Der Niederschlag im Untersuchungsgebiet zeigt deutlich die niedrigen Niederschläge im Mittelland, sowie die extrem hohen Niederschläge in der Region Eiger/Mönch/Jungfrau.
Ø Boden: Die digitale Bodeneignungskarte der Schweiz 1:200'000 (BFS GEOSTAT / BWG / GIUB 2001) wurde mit dem Hektarraster der Landnutzung verschnitten, und aus den Bodenattributen (EJPD 1980) wurden Gefährdungskarten abgeleitet.
- Erosionsgefährdung aufgrund von Bodeneigenschaften (Abb. 10): Die Bodeneig-nungskarte 1:200'000 liefert kaum geeignete Parameter, um die Erosionsanfälligkeit der Böden zu klassieren. Da keine direkten, klassifizierten Daten zur Körnung vorlagen, konnte kein automatisiertes Vorgehen anhand der vorhandenen Parameter gewählt wer-den. Die Klassierung erfolgte anhand von Expertenwissen bzw. bekannten K-Faktoren von verschiedenen Böden aus verschiedenen Regionen. So wurde die Einteilung anhand von Bodentypen und der Formenelementbeschreibung vorgenommen.
- Abschwemmungsgefährdung aufgrund von Bodeneigenschaften (Abb. 11): Haupt-kriterium ist die Wasserdurchlässigkeit (doppelt gewichtet), ZweitHaupt-kriterium der Vernäs-sungsgrad (einfach gewichtet). Die entsprechenden Codes wurden miteinander verrech-net und klassiert (5 Klassen). Damit wird unterstellt, dass mit zunehmender Durchlässig-keit die Gefahr von Oberflächenabfluss abnimmt bzw. bei gehemmter DurchlässigDurchlässig-keit die Gefahr von Wassersättigung bis zur Oberfläche zunimmt und damit die Oberflächenab-flussgefahr steigt. Liegt eine Vernässung vor, ist der Boden häufig bis zur Oberfläche gesättigt und in Hanglagen kann Oberflächenabfluss einsetzen.
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- Auswaschungsgefährdung aufgrund von Bodeneigenschaften (Abb. 12): Hauptkri-terium für die Auswaschungsgefährdung ist das Wasserspeichervermögen (doppelt ge-wichtet), weiteres Kriterium ist die Wasserdurchlässigkeit (einfach gewichtet). Je höher das Wasserspeichervermögen, desto geringer ist die Auswaschungsgefahr. Ist die Was-serdurchlässigkeit gehemmt, kann es zu Wasserstau kommen (Pseudogleye) und zu Denitrifikationsverlusten kommen, was die Nitratauswaschungsgefahr vermindert. Ver-nässung deutet auf Grund- oder Stauwasser hin (Gleye, Pseudogleye), was ebenfalls zu Denitrifikationsverlusten führen kann. Organische Moor- und Torfböden wurden generell in die höchste Klasse eingestuft, wegen des hohen Mineralisierungspotentials.
Jeder der 654'134 Punkte des Rasters hatte folgende Attribute: ID-Nummer, X-Koordinate, Y-Koordinate, Neigungswert, Gebietshöhe, Exposition, Niederschlag, Gemeinde-, Kantons- Regionen- und Einzugsgebietszugehörigkeit, Landnutzung, Bodenattribute, drei Bodenrisi-koklassierungen (für Abschwemmung, Erosion, Auswaschung) und Drainage.