GIS-basierte Analyse von holzartigen Biomassepotenzialen aus GIS ...
GIS-basierte Analyse von holzartigen Biomassepotenzialen aus GIS ...
GIS-basierte Analyse von holzartigen Biomassepotenzialen aus GIS ...
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<strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>GIS</strong> <strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> <strong>von</strong> <strong>holzartigen</strong> <strong>Biomassepotenzialen</strong> <strong>aus</strong><br />
der Landschaftspflege – am Beispiel des Unteren Saaletals<br />
(Sachsen-Anhalt)<br />
Sandra Mann und Karen Runge<br />
Hochschule Anhalt (FH) (Prof. Dr. r. Sabine Tischew)<br />
DVL-Fachtagung: Bioenergie <strong>aus</strong> der Landschaftspflege<br />
vom 9. bis 10. Februar 2010 in Berlin<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Projekttitel:<br />
Etablierung eines beispielhaften regionalen Energiekreislaufes mit Biomasse <strong>aus</strong> der<br />
Landschaftspflege im Naturpark Unteres Saaletal unter besonderer<br />
Berücksichtigung einer <strong>GIS</strong>-gestützten Abschätzung des langfristig zur Verfügung<br />
stehenden Biomassepotenzials<br />
Projektlaufzeit:<br />
Februar 2007 bis Februar 2009<br />
Projektleitung:<br />
Hochschule Anhalt (FH) in Bernburg (Sachsen-Anhalt)<br />
Kooperation mit:<br />
Institut für angewandtes Stoffstrommanagement (IfaS),<br />
Umwelt-Campus in Birkenfeld (Rheinland-Pfalz)<br />
Projektförderer:<br />
Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU)<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Untersuchungsgebiet<br />
„Unteres Saaletal“ zwischen Bernburg und Halle (Sachsen-Anhalt)<br />
Untersuchungsraum:<br />
15-km-Radius um die Stadt Wettin<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Untersuchungsgebiet und Probleme<br />
Die Situation im Unteren Saaletal<br />
kaum noch Schaf- und Ziegenbeweidung<br />
g g<br />
(1909 noch 7675 Ziegen im Saalkreis ! (Quelle: Steinbrück in Ule 1909); Schafe: 1980 noch ca. 16.000<br />
und 2003 unter 4.000)<br />
höhere Stickstoffeinträge <strong>aus</strong> der Luft<br />
hohe Kosten für manuelle Pflege, insbesondere in stark geneigten Bereichen<br />
daher i.d.R. nur kleinflächig praktiziert<br />
Folgen ?<br />
zunehmende Vergrasung, Verbuschung,<br />
Waldentwicklung Verschlechterung der<br />
Erhaltungszustände / Verlust FFH-Offenland-LRT !<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Lösungsansätze - Flächen müssen gepflegt werden ! FFH / Natura 2000<br />
Verbuschungsstadien<br />
unterschiedliche Pflegevarianten und Vorgehensweisen möglich<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Lösungsansätze - Flächen müssen gepflegt werden ! FFH / Natura 2000<br />
Für die Auswertungen erstellte Nutzungs- und Pflegekategorien:<br />
− Entbuschung als Erstpflege für eine nachfolgende Beweidung<br />
− Entnahme <strong>von</strong> Totholz nach einer Beweidung mit Ziegen<br />
− Entbuschung in regelmäßig wiederkehrenden Abständen (Rotationsverfahren)<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Lösungsansätze - Flächen müssen gepflegt werden ! FFH / Natura 2000<br />
Verbuschungsstadien<br />
unterschiedliche Pflegevarianten und Vorgehensweisen möglich<br />
i.d.R. Anfallen <strong>von</strong> Biomasse <strong>aus</strong> der Landschaftspflege<br />
↓<br />
Ziel: möglichst energetische Verwertung<br />
„Biomasseprojekt“<br />
Entwicklung Mehrnutzungs-Konzept<br />
Werterhaltung <strong>von</strong> <strong>aus</strong>gedehnten FFH-Gebieten Pflege<br />
Pflegematerial als Bioenergieträger Nutzung statt Entsorgung (Heizanlage Wettin)<br />
Bereitstellung regenerativer Energie Klimaschutz<br />
Verwertung vor Ort regionale Wertschöpfung<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Lösungsansätze & Fragenstellungen<br />
Die Idee<br />
Großflächige Pflege und Verwertung der anfallenden Biomasse<br />
Sicherstellung einer langfristigen / kontinuierlichen Pflege<br />
Nutzung der <strong>holzartigen</strong> Biomasse in einer neu zu konzipierenden<br />
Heizungsanlage in der Grundschule Wettin<br />
Fragen für eine erfolgreiche Umsetzung<br />
WELCHE Flächen sind WIE zu pflegen? ( („Landschaftspflegeflächen Landschaftspflegeflächen“) )<br />
WO fallen WELCHE Biomassemengen an?<br />
Wie sind die LO<strong>GIS</strong>TISCHEN VORAUSSETZUNGEN?<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Methoden & Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Datengrundlage<br />
CIR-Luftbilddaten (ADS40)<br />
(LAU 2005)<br />
weitere Daten:<br />
Selektive Biotopkartierung<br />
(LAU 1991-2005)<br />
FFH-Lebensraumtypenkartierungen<br />
(Salix 2005)<br />
& weitere Naturschutzfachplanungen<br />
Digitales Oberflächenmodell<br />
(ADS40) (LAU 2005)<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
BTNT Sachsen-Anhalt<br />
(LAU 2005)<br />
Eigene Geländekartierungen für die Auswahl<br />
der Landschaftspflegeflächen<br />
Probeflächenbeerntungen (10 x 10 m;<br />
n = 18 in verschiedenen Verbuschungsstadien)
Methoden & Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Hauptschritte<br />
1. Abgrenzung der<br />
Gehölzbestände<br />
2. Bildung <strong>von</strong><br />
Höhenklassen in<br />
10x10m Rasterflächen<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
3. Berechnung der<br />
Verbuschungsgrade in<br />
10x10m Rasterflächen<br />
4. Berechnung des<br />
Biomassevorrats für<br />
Landschaftspflegeflächen
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
1. Abgrenzung der<br />
Gehölzbestände<br />
Karte der<br />
Trainingsgebiete<br />
(Referenzflächen)<br />
Auswahl geeigneter<br />
Flächen <strong>aus</strong> BTNT (2005)<br />
Manuelle Abgrenzung<br />
zusätzlicher<br />
Referenzflächenflächen<br />
Abgrenzung<br />
der Schattenflächen<br />
Unüberwachte<br />
Klassifikation<br />
(Maximum Likelihood<br />
Klassifikation)<br />
Überwachte Auswertung des Auswahl geeigneter<br />
Klassifikation Oberflächenmodells<br />
Texturmerkmale<br />
Visuelle Überprüfung<br />
und Optimierung der<br />
Klassifikationsergebnisse<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
Objekthöhen
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Karte der Trainingsgebiete (Referenzflächen)<br />
Auswahl <strong>von</strong> geeigneten Trainingsgebieten <strong>aus</strong> der BTNT (2005)<br />
evtl. manuelle Abgrenzung <strong>von</strong> Referenzflächen<br />
Klassifikation der Schattenflächen<br />
Ausschnitt der Karte der Trainingsgebiete<br />
grün = Wald (zusammengefasst )<br />
hellblau = Grünland<br />
gelb = Ackerland<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Problematik: Schattenflächen<br />
die multispektralen Luftbilddaten weisen eine Vielzahl <strong>von</strong> extrem dunklen Bereichen auf<br />
Schattenflächen!<br />
Problem: für die Schattenflächen<br />
liegen im digitalen Oberflächenmodell<br />
nur unzureichende ih d Dt Daten vor<br />
die Schattenflächen mussten mittels<br />
einer unüberwachten Klassifikation<br />
(Maximum Likelihood Klassifikation)<br />
abgegrenzt werden<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Abgrenzung der Gehölzbestände:<br />
Ableitung <strong>von</strong><br />
Referenzsignaturen<br />
überwachte Klassifikation<br />
(SMAP-Algorithmus)<br />
Karte der Trainingsgebiete Ergebnis der überwachten Klassifikation<br />
(grün = klassifizierte Gehölzbestände)<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
2. Bildung <strong>von</strong><br />
Höhenklassen in<br />
10 10x10m 10 RRasterflächen t flä h<br />
Interpolation eines<br />
Geländemodells<br />
Differenzbildung <strong>von</strong><br />
Oberflächen- und<br />
Geländemodell<br />
Einteilung der<br />
klassifizierten<br />
Gehölzbestände in<br />
Höhenklassen<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
Berechnung <strong>von</strong><br />
Höhenlinien (Isolinien)<br />
Auswahl <strong>von</strong><br />
Interpolationsbereichen <strong>aus</strong><br />
dem Oberflächenmodell<br />
(DOM), außerhalb<br />
klassifizierter Gehölze,<br />
Schatten,<br />
Gebäudegrundrissen<br />
(DTK10) und Wasserflächen<br />
(BTNT 2005)
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Interpolation eines Geländemodells<br />
Auswahl <strong>von</strong> Interpolationsbereichen: außerhalb der klassifizierten Gehölzbereiche<br />
Gehölzbereiche,<br />
der Schattenflächen,<br />
bebauter Bereiche,<br />
Wasserflächen<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Differenzbildung <strong>von</strong> Oberflächen- und Geländemodell<br />
Geländemodell (DGM) Normalisiertes Oberflächenmodell (nDOM)<br />
enthält die Höheninformationen [dm]<br />
über NN<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
enthält die realen Objekthöhen, z.B.<br />
Vegetations- und Gebäudehöhen
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Bildung <strong>von</strong> 3 – im <strong>GIS</strong> detektierbaren – Höhenklassen<br />
Klasse 1: 1 Gebüsche < 5 m<br />
Klasse 2: Gebüsche mit Einzelbäumen > 5 m<br />
Klasse 3: Gebüsche innerhalb <strong>von</strong> Streuobstbeständen<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
Landschaftspflegefläche mit Höhenklassen auf 10x10 m-<br />
Rasterflächen (gelb = HKL < 5m; orange = HKL > 5 m)
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
3. Berechnung der<br />
Ergebnis der<br />
Verbuschungsgrade gg in Abgrenzung der<br />
10x10m Rasterflächen<br />
Gehölzbestände<br />
Flächenberechnung<br />
der Gehölzanteile<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
4. Berechnung des<br />
Biomassevorrats für<br />
LLandschaftspflege d h ft fl Biomassewertes<br />
flächen<br />
10x10 m Rasterfläche<br />
Landschaftspflegefläche<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
Zuordnung eines<br />
Bi t Biomassewerte <strong>aus</strong><br />
entsprechend der<br />
Höhenklasse<br />
Probeentbuschung<br />
Berechnung des<br />
prozentualen<br />
Massenanteils anhand der<br />
Verbuschungsgrade der<br />
Gehölze
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Grundlage für die Berechnung sind die ermittelten Biomasse-Erträge <strong>aus</strong> den Probebeerntungen<br />
die ermittelten durchschnittlichen Biomasseerträge basieren auf 18 Probebeerntungen<br />
die Probenflächen entsprechen der Rasterzellengröße <strong>von</strong> 10 x 10 m<br />
Höhenklassen<br />
t TM/100m²<br />
bei 100% Gehölzdeckung<br />
Mittlerer<br />
Biomasseertrag<br />
STABW<br />
Srm*<br />
*0,2 t atro =<br />
1 Srm<br />
< 5 m 0,32 0,20 1,6<br />
> 5 m 0,78 0,24 3,9<br />
Streuobst 0,54 0,13 2,7<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – <strong>GIS</strong>-<strong>basierte</strong> <strong>Analyse</strong> der Biomassepotenziale<br />
Berechnung der Biomasse-Vorräte:<br />
BV (R) = BE mittl * Vg (R)/100<br />
BV (R) = Biomasse-Vorrat (10x10 m – Rasterzelle)<br />
BE mittl = mittlerer Biomasse-Ertrag (Probeflächen!)<br />
Vg (R) = Verbuschungsgrad der Rasterzelle<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Ergebnisse – Biomassepotenziale im Unteren Saaletal<br />
Biomassepotenziale der Offenlandflächen – flächenbezogene Berechnung<br />
Nutzungs- und Pflegekategorien der<br />
Landschaftspflegeflächen:<br />
Entbuschung als Erstpflege für eine<br />
nachfolgende Beweidung<br />
Entnahme <strong>von</strong> Totholz nach einer<br />
Beweidung mit Ziegen<br />
Entbuschung in regelmäßig<br />
wiederkehrenden Abständen<br />
Flächenanzahl<br />
Flächengröße<br />
[ha]<br />
technisch nutzbarer<br />
Biomasse-Vorrat<br />
tatro Srm<br />
64 157 1.675 8.375<br />
20 72 1.445 7.224<br />
9 4 56 279<br />
gesamt: 93 232 3.175 15.877<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
! die tatsächlich<br />
nutzbare<br />
Biomassemenge<br />
ist kleiner<br />
z.B. Belassen<br />
<strong>von</strong> Gehölzstrukturen<br />
<strong>aus</strong> naturschutzfachlichen<br />
Gründen
Ergebnisse – Biomassepotenziale im Unteren Saaletal<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Zusammenfassung<br />
Die Anwendung des Berechnungsverfahren im Untersuchungsgebiet Unteres Saaletal hat gezeigt,<br />
dass die ADS40-Luftbilddaten in Verbindung mit dem digitalen Oberflächenmodell eine gute<br />
Grundlage für die Abschätzung der Biomassepotenziale bilden.<br />
Aufgrund der hohen Auflösung umfassen die Luftbilder große Datenmengen<br />
der relativ hohe Rechenaufwand kann z.B. durch eine Vor<strong>aus</strong>wahl <strong>von</strong><br />
Landschaftspflegeflächen minimiert werden.<br />
Für die <strong>GIS</strong>-<strong>Analyse</strong>n sind terrestrische Untersuchungen (auf <strong>aus</strong>gewählten Flächen: z.B. <strong>Analyse</strong><br />
der Gehölzstrukturen, Probebeerntungen) notwendig.<br />
Die Ergebnisse der Gehölzklassifikation sind maßgeblich <strong>von</strong> der Qualität des Oberflächenmodells<br />
abhängig.<br />
Einschränkungen durch das Oberflächenmodell:<br />
fü für SSchatten- h und dWWasserflächen fläh in steileren Hanglagen und engen Talbereichen<br />
(Objekthöhen wurden hier nicht richtig wieder gegeben)<br />
Generell ist die entwickelte Methode auf andere Landschaftsräume übertragbar.<br />
Einschränkungen: in stark walddominierten Gebieten<br />
in Landschaften mit starkem Relief<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften
Arbeitsgruppe Prof. Dr. Sabine Tischew<br />
Hochschule Anhalt (FH)Fachbereich Landwirtschaft,<br />
Ökotrophologie und Landschaftsentwicklung<br />
Strenzfelder Allee 28<br />
06406 Bernburg<br />
www.hs-anhalt.de<br />
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !<br />
Hochschule Anhalt (FH)<br />
Hochschule für angewandte Wissenschaften<br />
Arbeitsgruppe Prof. Dr. Peter Heck<br />
Institut für angewandtes Stoffstrommanagement (IfaS)<br />
Fachhochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld<br />
Postfach 1380<br />
55761 Birkenfeld<br />
www.ifas.umwelt-campus.de
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