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F.2. Regionalstudie

Die Regionalstudie soll einen Vergleich der unterschiedlichen Einzugsgebiete und Berechnungs­abschnitte bezüglich der untersuchten Parameter ermöglichen. Dabei werden zuerst die Abflüsse und Konzentrationen zur Ermittelung der Stoffverluste herangezogen (Kap. 2.1). Die Darstellung von Strukturparametern (Kap. 2.2) soll eine weitergehende Prozeßanalyse zulassen. Die Aus­wertung der Temperaturdaten liefert weitere Hinweise auf die Verteilung der dissipativen Pro­zesse (Kap. 2.3). Im Kap. 2.4 werden die Ergebnisse zum Wirkungsgrad und zur Phasenlage der Einzugsgebiete als Indikatoren für die Landschaft zusammengefaßt.


F.2.1. Abfluß und Stoffverluste

Zur Bestimmung der Stoffverluste der einzelnen Berechnungsabschnitte sind primär der Abfluß und die darin enthaltenen chemischen Konzentrationen erforderlich (Kap. 2.1.2, 2.1.3). Daraus lassen sich die Stofffrachten räumlich differenziert berechnen (Kap. 2.1.4). Für die Bestimmung des Abflußbeiwertes ist die Kenntnis der Niederschläge erforderlich (Kap. 2.1.1).


F.2.1.1. Niederschlag

Ein Vergleich zwischen den 14 Niederschlagsstationen des Deutschen Wetterdienstes zeigt (vgl. Abb. 69, 70), daß die Abweichungen der einzelnen Stationen vom Gesamtmittel aller Stationen relativ gering sind (-6% bis +5%). Diese Abweichung liegt im Rahmen der Meßfehler, die bei der Niederschlagsmessung auftreten können (Wohlrab et al. 1992: 46). Auch können z.B. die ho­hen Werte der Station Hohenwestedt - sie weist die höchsten Niederschläge für den Zeitraum 1992-1994 auf - anhand der Werte der nächstliegenden Station Gnutz - sie weist die niedrigsten auf - nicht nachvollzogen werden.


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Abb. 69: Abweichung der einzelnen Niederschlagsmeßstellen vom Gesamtmittel; (938 mm/a) im Störeinzugsgebiet 1992-1994.


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Abb. 70: Prozentuale Abweichung der einzelnen Meßstellen vom Jahresmittel aller 14 Stationen; im Störeinzugsgebiet 1992-1994.

Das langjährige Mittel des Jahresniederschlages aus dem hydrologischen Atlas der Bundesrepu­blik Deutschland (Keller 1978) beträgt 750-800 mm. Während der Jahresniederschlag 1992 mit 800 mm diesem entsprach, wiesen die Untersuchungsjahre 1993 und 1994 einen um über 20% höheren Niederschlag auf (972 mm bzw. 1042 mm).

Die quantitative Niederschlagsanalyse ergibt:


  • Niederschläge können auf kurze Entfernungen sehr unterschiedlich sein (z.B. Gnutz - Hohenwestedt im Nordwesten oder Wahlstedt - Bornhöved im Osten).

  • Der allgemeine Trend "abnehmender Niederschlag von Westen nach Osten" sind nicht ohne weiteres auf das Untersuchungsgebiet übertragbar (z.B. Latendorf - Wahlstedt - Bornhöved - Borstel).

Für die Berechnung des mittleren Gebietsniederschlages der Teileinzugsgebiete wurden daher alle Stationen einbezogen, die im Teileinzugsgebiet bzw. in dessen näheren Umgebung liegen, mindestens jedoch zwei Stationen bei den kleineren Einzugsgebieten. Die genaue Zuordnung kann der Tab. im Anhang 1.5 entnommen werden.


F.2.1.2 Abfluß

Der durchschnittliche Jahresabfluß aller Pegel zwischen 1991 und 1994 beträgt 379 mm. Abb. 71 zeigt die absolute Abweichung der einzelnen Einzugsgebiete von diesem Wert.


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Abb. 71: Absolute Abweichung der Abflüsse und Niederschläge vom Gesamtmittel 1991-1994; (Abfluß 379 mm, Niederschlag 907 mm).

Die große Spannbreite der Abflüsse wird deutlich. Sie schwanken von etwa +275 mm bis -200 mm um das Gesamtmittel, wobei bei den Einzugsgebieten mit Extremwerten die räumliche Abgrenzung unsicher ist (z.B. P01, P19, P13). Die unterschiedlichen Gebietsniederschläge ha­ben kaum einen Einfluß auf die Abflußunterschiede der Einzugsgebiete. So variiert der Nieder­schlag insgesamt nur sehr wenig, er macht nur einen geringen Anteil der Abflußabweichung aus und teilweise ist seine Abweichung sogar gegenläufig zu der des Abflusses. Daher verhalten sich die prozentualen Abweichungen von Abfluß und Abflußbeiwert sehr ähnlich (Abb. 72). Der jährli­che Abflußbeiwert schwankt dabei zwischen 21 und 71.


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Abb. 72: Prozentuale Abweichung von Abfluß und Abflußbeiwert vom Gesamtmittel.


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Abb. 73: Abflußbeiwerte für die Einzugsgebiete.

Die folgenden Abbildungen zeigen beispielhaft für einen Teil der Pegel aus dem Einzugsgebiet der Stör unterhalb des Pegels Willenscharen die mittleren Monatsabflüsse, die monatlichen Mi­nima und die monatliche Standardabweichung. Dabei werden die Werte der kleineren Teilein­zugsgebiete in ihrer Relation zu den Gebietsabflüssen der beiden größten Teileinzugsgebiete Stör bis Willenscharen bzw. Bramau bis Föhrden dargestellt. Die übrigen Abbildungen sind in An­hang 2, F.2.1.2, enthalten.

Aus den Graphiken kann ersehen werden, wie die Abflußdynamik der Teileinzugebiete auf die Dynamik der großen Einzugsgebiete wirkt. Abweichungen nach unten (dünner Balken bis zum Wert des Vergleichspegels) signalisieren, daß das betrachtete Teileinzugsgebiet weniger zum Wert des Vergleichspegels beiträgt, Abweichungen nach oben (dicker Balken über den Wert des Vergleichspegels hinaus) zeigen einen höheren Beitrag an.

Unter dem Basisabfluß wird der Anteil am Abfluß verstanden, der als Grundwasserspende auch in niederschlagsarmen Perioden noch geliefert wird. Der Anteil des Basisabflusses am Gesamt­abfluß wurde als das Verhältnis zwischen dem minimalem Abfluß und dem mittleren Abfluß der Jahre von 1991 bis 1994 berechnet. Dabei ergeben sich leichte Unterschiede, je nach dem, ob die Minima anhand der niedrigsten Monatsabflüsse oder niedrigsten Tagesabflüsse ermittelt wur­den.


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Abb. 74: Flächenspezifische Monatsabflüsse. Auf der linken Achse ist der absolute spezifische Abfluß (in m3/ha/d) aufgetragen, auf der rechten der Mittelwertsfaktor. Das Gesamtmittel 1991-1994 des Vergleichspegels ist durch eine durchgezogene Linie, das Gesamtmittel 1991-1994 des jeweiligen Pegels durch eine dicke gestrichelte Linie und sein Jahresmittel durch eine dünn gestichelte Linie gekennzeichnet. Abweichungen nach oben werden durch Schraffur und Fortführung des Balkens über den Wert des Vergleichspegels hinaus und Abweichungen nach unten durch einen dünneren Balken vom Wert des Verleichspegels aus nach unten verdeutlicht.


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Abb. 75: Flächenspezifische monatliche Minima des Abflusses. An der linken Achse kann das absolute spezifische Abflußminimum (in m3/ha/d), an der rechten der Mittel­wertsfaktor abgelesen werden. Das Gesamtmittel 1991-1994 des Vergleichspegels ist durch eine durchgezo­gene Linie, das Gesamtmittel 1991-1994 des jeweiligen Pegels durch eine dicke gestrichelte Linie und sein Jahresmittel durch eine dünn gestichelte Linie gekennzeichnet. Abwei­chungen nach oben werden durch Schraffur und Fortführung des Balkens über den Wert des Ver­gleichs­pegels hinaus und Abweichungen nach unten durch einen dünneren Balken vom Wert des Verleichspegels aus nach unten verdeutlicht.


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Abb. 76: Monatliche Standardabweichung des Abflusses. An der linken Achse kann die absolute spezifische Standardabweichung des Abflusses (in m3/ha/d) (auf Basis der Tagesabflüsse), an der rechten der Mittelwertsfaktor abgelesen werden. Das Gesamtmittel 1991-1994 des Vergleichspegels ist durch eine durchgezogene Linie, das Gesamtmittel 1991-1994 des jeweiligen Pegels durch eine dicke gestrichelte Linie und sein Jahresmittel durch eine dünn gestichelte Linie gekennzeichnet. Abweichungen nach oben werden durch Schraffur und Fortführung des Balkens über den Wert des Vergleichspegels hinaus und Abweichungen nach unten durch einen dünneren Balken vom Wert des Verleichspegels aus nach unten verdeutlicht.


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Abb. 77: Jährlicher Basisabfluß der Einzugsgebiete (in Prozent des mittleren Abflusses) auf Grundlage der Monatsminima.

Der durchschnittliche Basisabfluß auf der Grundlage des niedrigsten Monatsabflusses beträgt 26,7% und schwankt dabei zwischen 4,4% und 58,2%. Für die Berechnung anhand des niedrigsten Tagesabflusses ergeben sich 20,6% als Mittelwert und eine Schwankung zwischen 2,4% und 50,6%. Der Anteil des Basisabflusses ist also eher gering. Der sehr hohe Basisabfluß in der Dreckau (P25) und in der oberen Stör (P23) ist in Frage zu stellen, da er sich stark von der Ge­samtverteilung abhebt.

Die niedrigen Werte für den Basisabfluß überraschen nicht. Im Sommer findet aufgrund der ho­hen Verdunstung kaum Versickerung statt. Im Winter hingegen wird die Versickerung begrenzt, sobald der Oberboden wassergesättigt ist. Deshalb stellt der Basisabfluß das am langsamsten fließende Wasser mit der längsten Aufenthaltszeit im Boden. In ihm gelöste Stoffe erreichen des­halb erst nach langer Zeit das Oberflächengewässer. Durch die lange Aufenthaltszeit sind die Frachten durch die Lösungsgleichgewichte bestimmt.


F.2.1.3. Konzentrationen

In den nachfolgenden Fließschemata sind für alle im Zeitraum 1992 bis 1994 beprobten Meß­stellen die mittleren Konzentrationen und Standardabweichungen der untersuchten Parameter dargestellt. Aus der Farbgebung heraus ist eine Einordnung bezüglich des Gesamtmittelwertes und der Standardabweichung möglich.

Bei einem Vergleich der Meßorte fällt deren z.T. sehr unterschiedlicher Charakter auf. Zu erklären ist dies dadurch, daß die einzelnen Meßstellen unterschiedliche Gebietseigenschaften widerspie­geln, z.B. Einzugsgebietsgröße, Lage (Oberlauf, Unterlauf), und bei abnehmendem oder stagnie­rendem Abfluß im Sommer der Einfluß kurzzeitiger und/oder punktueller Prozesse (z.B. Abwas­serzufluß) zu­nimmt. Über die Musteranalyse lassen sich die Meßpunkte unterschiedlichen Konzentrations­mustern zuordnen (vgl. Abb. 78 und Anhang 2, F.2.1.3):


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Abb. 78: Konzentrations-Fließschema für Calcium.

  1. Die kaum durch saisonale oder einen Düngezyklus beeinflußten "natürlichen" Konzentrations­muster. Sie spiegeln die Prozesse in der Landschaft am besten wider. Ihr Verlauf wird durch das jahreszeitliche Abflußmuster geprägt. Der Mittelwert und die Schwankung sind in Gebie­ten mit einem hohen Anteil von dissipativen Ausgleichsstrukturen (z.B. Wald) gering. Die Werte liegen, bedingt durch die bessere Rückkopplung zwischen Stoffauf- und -abbau, unter dem Mittel (hoher Anteil stofflicher Kreis- gegenüber Verlustprozessen, Kap. B.3).
  2. Die durch Phasenmischung geglätteten Muster. Sie treten vor allem im Unterlauf auf. Durch das Zusammenfließen von Gewässern mit unterschiedlicher Konzentration (verschiedene Phasen) findet ein Konzentrationsausgleich statt.

  3. Die durch einzelne hohe Konzentrationen gekennzeichneten Muster. Diese sind durch punktu­elle, zeitlich begrenzte Stoffeinträge (Düngung, Einleitung von Abwässern) bedingt. Die ge­wählte Beobachtungsfrequenz (z.B. monatliche Probenahme) reicht nicht aus, diese zeitlich begrenzten Prozesse zu erfassen. Für eine Aussage über die stofflichen Umsetzungspro­zesse in der Landschaft (stoffl. Kreis- oder Verlustprozesse) können die einzelnen Meß­werte mit hoher Konzentration vernachlässigt werden.

  4. Die durch Abwassereinleitungen oder Sickerwasser aus Abwassergruben und undichten Lei­tungen geprägten, kaum an den hydrologischen Prozeß gekoppelten "Muster". Sie weisen betriebsabhängig eine relativ hohe Varianz über einen Großteil der Werte und einen hohen Mittelwert auf. Der Anteil des natürlichen Prozeßmusters ist sehr gering (z.B. Konzen­trationsanstieg von P und N im Sommer bei geringem Abfluß und hoher Verdunstung).

Die einzelnen Meßpunkte können über die Fließschemata der Konzentrationsmuster den Muster­arten 1, 2 und 4 zugeordnet werden.

Die Stellen, an denen sowohl ein hoher Mittelwert der Konzentration von Gesamt-P und Gesamt-N als auch eine sehr hohe Standardabweichung auftritt, sind entweder durch Abwässer (z.B. Vor­fluter Heinkenborstel Stelle 169a/D-B8, Brokstedter Au Stelle 263/E-M8, einige Stellen im Ein­zugsgebiet der Schwale 111/B-D3 bzw. 107/B-B2) oder Moormineralisierung beeinflußt (vgl. Meßstellen im Do­senmoor oder dem Großen Moor). Der Klärwerkseinfluß zeigt sich ansonsten in sehr hohen Chlo­rid- und Natrium-Konzentrationen, wie z.B. an der Probestelle 44/C-4 in der Stör hinter Neumün­ster bei Padenstedt.


F.2.1.4. Stoffverluste

Die Stoffverluste wurden über die Multiplikation der Werte der monatlichen Probenahme mit dem mittleren Monatsabfluß ermittelt.

Abb. 79 zeigt das Frachtmuster für die Gesamtsalze. Die Frachtmuster der Parameter Ca, Mg, Ges.-P, Ges.-N, sind in Anhang 2, F.2.1.3, enthalten.


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Abb. 79: Beispiel eines Frachtmusters (Gesamtsalze). Auf der linken Achse ist die absolute spezifische Fracht (in kg/ha/d oder g/ha/d) aufgetragen, auf der rechten der Mittelwertsfaktor. Das Gesamtmittel 1991-1994 des Vergleichspegels ist durch eine durchgezogene Linie, das Gesamtmittel 1991-1994 des jeweiligen Pegels durch eine dicke gestrichelte Linie und sein Jahresmittel durch eine dünn gestichelte Linie gekennzeichnet. Abweichungen nach oben werden durch Schraffur und Fortführung des Balkens über den Wert des Vergleichspegels hinaus und Abweichungen nach unten durch einen dünneren Balken vom Wert des Verleichspegels aus nach unten verdeutlicht.


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Abb. 80: Fracht-Fließschemata für Calcium.

Diese Graphiken verdeutlichen, daß in allen Einzugsgebieten - bis auf das der Dreckau - die Frachten durch den Abfluß bestimmt werden (vgl. auch Abb. 81). Der Verlauf der Frachtmuster und der Abflußmuster ist nahezu identisch (Kap. 2.1.2).


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Abb. 81: Abfluß und Stoffverluste der Teileinzugsgebiete

Anhand der Abweichungen von dem Vergleichspegeln kann ermittelt werden, wann und in wel­chen kleineren Teileinzugsgebieten die Frachten geringer oder größer als im großen Teileinzugs­gebiet sind.

In den Fließschemata sind für die Einzugsgebiete die mittleren Austräge pro Hektar und Tag und deren Standardabweichung für den Zeitraum 1992 bis 1994 dargestellt. Über die Grautöne ist eine Einordnung bezüglich des Gesamtmittelwertes und der Standardabweichung möglich. Abb. 80 zeigt das Fließschema für Calcium die anderen Schemata sind in Anhang 2, F.2.1.4, wieder­gegeben.

Die Verlustkarte zeigt die flächenspezifischen Verluste der einzelnen Einzugsgebiete der Stör. Als Einzugsgebiete mit den höchsten Verlusten treten die Fuhlenau, die Aalbek, die Stör bis Paden­stedt und die Brokstedter Au hervor. Die Gebiete mit den geringsten Austrägen sind Mühlenbek, Schwale bis Wühren, das Halloher Moor, die Schmalfelder Au bis Bad Bramstedt und die Dreckau.


F.2.2. Strukturparameter zur Prozeßanalyse


Anhand der in diesem Abschnitt dargestellten Verteilungen lassen sich die Einzugsgebiete näher charakterisieren.


F.2.2.1. Flächennutzung

Die Flächennutzung auf der Grundlage der Topographischen Karte des Stör-Gebietes zeigt die Flächennutzungskarte. Die Verteilung der Flächennutzung für das Gesamtgebiet und die Ab­weichungen aller Berech­nungsabschnitte von dieser Verteilung sind in Anhang 2, F.2.2.1, darge­stellt.

Einige Gebiete zeigen dabei kaum eine Abweichung vom Gesamtmittel (z.B. Höllenau, Osterau bei Bad Bramstedt). Berechnungsabschnitte mit besonders hohem Waldanteil sind der Himmel­reichbach und das Halloher Moor. Auffällig hoch ist der Ackeranteil in der Schwale und der Ohlau (Bad Bramstedt). Überdurchschnittliche Ackeranteile weisen auch die Fuhlenau (Böken) und die Dreckau (Lentföhrden) auf. Besonders viel Grünland findet sich im Einzugsgebiet der Ohlau und Holmau.

Auf den Ackerflächen wird der Energiepuls am schlechtesten dissipiert (Kap. Temperatursonden, Kap. Satellitendaten). Sie werden hoch nettoproduktiv bewirtschaftet und erhalten eine gewisse Kalkdüngung (Kap. 1.1.5). Deshalb ist zu erwarten, daß Berechnungsabschnitten mit einem ho­hen Anteil an Ackerflächen auch häufiger hohe Stoffverluste aufweisen. Diese Tendenz zeigt Abb. 81, in der überdurchschnittlich hohen Ackeranteilen auch überdurchschnittlich hohe Stoff­verluste gegenüberstehen und umgekehrt. Abweichungen davon können in mehreren Ursachen begründet sein. So geht in den Ackeranteil selbst die relative Lage der Flächen zu den Gewäs­sern ebenso wenig ein, wie die mögliche Begrenzung der Austräge durch den Transportprozeß (vgl. Kap. E.2.1). Darüber hinaus bestehen Unterschiede in den Flächen selbst, z.B. deren Vor­rat, und in den nicht als Acker genutzten Flächen. Daß überdurchschnittlich hohe Waldanteile unterdurchschnittlich hohe Stoffverluste aufweisen, dürfte lediglich die Umkehrung des oben be­schriebenen Sachverhaltes sein.


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Abb. 82: Flächennutzung und Stoffverluste in den Berechnungsabschnitten. Die beiden Linien in den Diagrammen stellen jeweils die Mittelwerte dar.


F.2.2.2. Hangneigung

Die Hangneigung zeigt, wie zu erwarten, eine deutliche Häufung der geringer geneigten Flächen. Die Abb. im Anhang 2, F.2.2.2, zeigen die Abweichung der Hangneigung vom Gebietsmittel. Als Berechnungsabschnitte mit über dem Durchschnitt liegender Hangneigung fallen der Himmel­reichbach, die Buckener Au (Innien), die Wegebek und die Fitzbek auf. Bereiche mit unterdurch­schnittlicher Hangneigung sind z.B. die Aalbek (Ehndorf), die Wischbek und der Berechnungsab­schnitt Stör bei Willenscha­ren.

Eine höhere Hangneigung führt zu einem beschleunigten Abfluß und damit möglicherweise zu ei­ner schnelleren Verarmung des Oberbodens. Andererseits dürften die steileren Bereiche des Untersuchungsgebietes mehr bindiges Material und damit einen größeren Basenvorrat als die flacheren Bereiche enthalten. Da ohnehin die Unterschiede der Berechnungsabschnitte der Hangneigung eher gering sind, ist ein direkter Bezug zu den Stoffverlusten nicht zu erwarten (vgl. Abb. 83).


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Abb. 83: Hangneigung und Stoffverluste der Berechnungsabschnitte.

Allerdings ist festzuhalten, daß in kleineren Teileinzugsgebieten mit größerer Hangneigung wie z.B. Himmelreichbach, Buckener Au, Wegebek oder Fitzbek ein erhöhter Abfluß und damit auch ein höherer Stoffverlust als unter den gleichen Bedingungen in einem flacheren Relief zu erwar­ten ist.


F.2.2.3. Ökotonenabstand

In der Karte der Ökotonenabstände fallen vor allem der Segeberger Staatsforst und die Stadt Neumünster mit besonders hohen Werten auf. Die einzelnen Nutzungsklassen lassen sich an­hand der Histogramme (vgl. Abb. 84) wie folgt charakterisieren:


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Abb. 84: Verteilung der Ökotonenabstände; für mehrere Nutzungsklassen im Einzugsgebiet der Stör.

  • Grünland weist in der Mehrzahl nur geringe Ökotonenabstände auf, aber kaum sehr kleine Flä­chen (unter 40 m Ökotonenabstand).
  • Acker besitzt eine ausgeglichenere Verteilung, wenngleich auch hier die zweitniedrigste Klasse (40 - 60 m Ökotonenabstand) dominiert.
  • Der Ökotonenabstand des Waldes ist relativ gleichmäßig verteilt. Auch die hohen Klassen (über 320 m Ökotonenabstand) sind hier belegt (Einfluß des Segeberger Staatsforstes). Gleichzeitig sind aber auch anteilig viele Bereiche mit niedrigem Ökotonenabstand vorhanden (unter 40 m).
  • Die Verteilung der Wasserflächen spiegelt die überwiegend kleinflächigen Gewässer wider.
  • Die Siedlungsflächen weisen Ökotonenabstände von hauptsächlich zwischen 40 und 80 m auf (etwa 45%). Auch hohe Werte (Stadtgebiet Neumünster) treten auf.

F.2.2.4. Wasserdurchfluß

Die Karte des Wasserdurchflusses zeigt eine deutliche Differenzierung in Kuppen-, Hang- und Tallagen innerhalb der Berechnungsabschnitte. Diese Strukturierung ist innerhalb des gesamten Störgebietes recht gleichmäßig verteilt. Dies zeigt auch die Gesamtverteilung der Wasserdurch­flußklassen und die Abweichung der Berechnungsabschnitte davon (Abb. im Anhang 2, F.2.2.4).

Relativ niedrige Durchflußwerte weisen sehr kleine Gebiete, wie der Himmelreichbach, auf. Ebenfalls niedrige Werte sind auch in der Wegebek und im Halloher Moor anzutreffen. Im Bereich der breiteren Flußtäler (Stör bei Padenstedt, Bramau bei Föhrden) sind hingegen leicht höhere Werte häufiger als im Gesamtgebiet.

Die Karte des Wasserdurchflusses veranschaulicht zudem Ungenauigkeiten, die bei der Auswei­sung der Berechnungsabschnitte aufgetreten sind, wie das Beispiel des Halloher Moores zeigt. Die Karte wurde deshalb verwendet, um zu einer treffenderen Abgrenzung der oberirdischen Ein­zugsgebiete zu kommen (Kap. D.5.4).


F.2.3. Oberflächentemperatur

Anders als die abgeleiteten Parameter, wie z.B. Hangneigung und Ökotonenabstand, stellt die vom Satelliten erfaßte Oberflächentemperatur die direkte Messung einer zeitlich variableren Größe dar. Sie gibt einen Anhaltspunkt über die Art der Energiedissipation mit einer gewissen räumlichen Auflösung. - Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen einer Examensar­beit von Birgit Dybowski gewonnen.

Die Oberflächentemperatur der Aufnahmezeitpunkte vom Juli 1987, September 1991 und Mai 1992 sind als Karten dargestellt.


F.2.3.1. Temperaturverteilung der Berechnungsabschnitte und Einzugsgebiete

Die Temperaturverteilung des Gesamtgebietes und die Abweichungen der einzelnen Berech­nungsabschnitte von dieser für die Juli-Szene zeigt die Abb. im Anhang 2, F.2.3.1. Beispiele für stark überwärmte Gebiete sind die Dosenbek (Tungendorf) und die Stör bei Padenstedt. Kühlere Bereiche hingegen sind die Schwale bei Kerkwischholz und der Himmel­reichbach.


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Abb. 85: Stoffverluste und mittlere Oberflächentemperatur der Teileinzugsgebiete.; Da in der Septemberaufnahme Teile des Bildes durch Nebel nicht auswertbar waren, sind nicht alle Teileinzugsgebiete in die Auswertung eingeflossen.

Die mittlere Oberflächentemperatur der Teileinzugsgebiete zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. deren Summe ist in Abb. 85 den Stoffverlusten gegenüber gestellt. Berechnungsabschnitte mit unterdurchschnittlichen Temperaturen weisen überwiegend auch unterdurchschnittliche Stoffver­luste auf. Abweichungen hiervon können in besonders hohen Abflüssen begründet sein, wie z.B. am Himmelreichbach. Berechnungsabschnitte mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen be­sitzen zumeist auch überdurchschnittlich hohe Stoffverluste auf. Dort, wo dies nicht der Fall ist, ge­hen möglicherweise bereits die Vorräte zur Neige, wie in der Dreckau (Kap. 2.4.2).


F.2.3.2. Oberflächentemperatur und Strukturparameter

Wasserdurchfluß

Der modellhaft ermittelte Wasserdurchfluß (Kap. D.6.3) macht sich in den Temperaturverteilungen nicht bemerkbar; allenfalls die Bereiche mit sehr hohem Durchfluß sind etwas besser gekühlt. Wider Erwarten sind auch die Kuppenlagen nicht durch eine höhere Temperatur kenntlich. Dies gilt auch, wenn nur eine Nutzungsklasse, etwa Acker oder Grünland, betrachtet wird. Gründe dafür dürften die ausreichenden Niederschläge (knapp 800 mm/a), deren zeitliche Verteilung und die durch die geringe Hangneigung langsame Abflußgeschwindigkeit sein. Würden weitere Tem­peraturbilder anderer Zeitpunkte analysiert, könnte auch eine andere Temperaturverteilung an­getroffen werden.

Für die Ermittelung des Wirkungsgrades (Kap. D.6.4) wurde dieser Parameter aus diesen Grün­den überschätzt. Von dem Wasserdurchfluß werden wertvolle Ergebnisse für die Abschätzung landschaftlicher Prozesse wie Erwärmung und Stoffaustrag erwartet, wenn dieser mit der Vegeta­tion und ggfs. der Hangneigung gekoppelt werden kann.

Ökotonenabstand

Die Ökotonendistanzen (Kap. D.6.2) sind bei der Betrachtung der Temperaturkarten kaum er­kennbar. So sind z.B. zu den unterschiedlichen Zeitpunkten keine deutlichen Temperaturgra­dienten innerhalb des Segeberger Staatsforstes zu erkennen. Die Auswertung zeigt vor allem dann keine weitere Differenzierung mehr, wenn die möglichen Mischpixel entfernt werden. Ledig­lich das Stadtgebiet von Neumünster weist eine deutliche Differenzierung mit dem Ökotonenabstand auf. Werden die Temperaturkarten der verschiedenen Zeitpunkte addiert, so zeigt sich dieser Effekt noch deutlicher. Dies hängt möglicherweise mit der unterschiedlichen Be­bauungsdichte und den zum Stadtrand hin zunehmenden Anteil an Gärten und Grünflächen zu­sammen.

Die gegenseitige Beeinflussung der Temperatur unterschiedlicher Flächen an ihren Rändern ist offensichtlich mit dem Landsat 5-Satelliten nicht mehr erfaßbar. Dies gilt nicht nur für die Wälder, sondern auch für die Ackerflächen. Der Einfluß des Ökotonenabstandes wurde bei der Ab­schätzung des Wirkungsgrades (Kap. D.6.4) nach den bislang vorliegenden Ergebnissen über­schätzt.

Wirkungsgradklassen

Die Verteilung der vom Satelliten jeweils gegen 11.30 Uhr registrierten Temperatur über die Wirkungsgradklassen (Kap. D.6.4) zeigt die erwartete Differenzierung: Bei höherem Wirkungs­grad ist die Temperatur im Mittel niedriger als bei geringerem Wirkungsgrad. Dies wird in jeder der drei Szenen deutlich. Durch die in die Wirkungsgradabschätzung stark eingehende Flächen­nutzung gilt dies trotz der Überschätzung des Einflusses des Wasserdurchflusses und der Ökoto­nenabstände.


F.2.3.4. Multitemporale Betrachtung

Anders als zu den anderen Aufnahmezeitpunkten ist in der Januarszene keine deutliche Differen­zierung zwischen den Nutzungsklassen mit Ausnahme großer Wasserflächen (Einfelder See) er­kennbar. Dies kann mit dem im Januar nur sehr geringen Energiepuls begründet werden. So be­trägt die Globalstrahlung im Januar nur 17.24 kWh/m² gegenüber 159.58 kWh/m² im Juni (langjährige Mittelwerte für Hamburg), so daß kaum thermische Potentiale aufgebaut werden können. Unter diesen Umständen treten die Störungen der Sensoren im Landsat deutlicher her­vor, da der Signalabstand der Temperatur zum Rauschen gering ist. Auf dem Bild ist eine deutli­che Streifung zu erkennen.

Die multitemporale Betrachtung der Satellitenbilder (vgl. Karten der Oberflächentemperatur) zeigt, daß sich die Flächennutzungen in ihrer Temperatur zu den Zeitpunkten Mai, Juli und September relativ zueinander ähnlich verhielten.

Das Gebiet der Schwale fällt trotz des hohen Anteils an Ackerflächen zu den Zeitpunkten Mai 92 und Juli 87 als relativ gut gekühlt auf. Dies kann mit einer höheren Wasserhaltekapazität und ei­nem größeren Basenvorrat erklärt werden. So wird die Schwale zum Hügelland gerechnet, in dem die landwirtschaftlichen Erträge deutlich höher sind als in der angrenzenden Vorgeest (Statistisches Landesamt 1989b). Die Aufnahme vom September 91 zeigt aber, daß auch diese Flächen zu bestimmten Zeitpunkten austrocknen und die Ackerflächen dort dann ähnlich über­wärmt sind wie im übrigen Teil des Stör-Gebietes.

Hohe Temperaturvarianzen des Ackers können durch die unterschiedlichen Anteile des offenen Bodens erklärt werden (Tab. 6).

Tab. 6: Anteile von Acker, offenem Boden und Grünland in Prozent des Gesamtgebietes.

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F.2.4. Bewertung der Landschaft anhand Wirkungsgrad und Phasenlage

F.2.4.1. Wirkungsgrad

Im Anhang 2, F.2.4.1, ist die Verteilung der abgeschätzten Wirkungsgradklassen für das Ge­samtgebiet, die Berechnungsabschnitte und die Einzugsgebiete dargestellt. Als Gebiet mit be­sonders hohem Wirkungsgrad fällt das Einzugsgebiet des Himmelreichbaches auf. Ebenfalls deutlich überdurchschnittliche Wirkungsgrade weisen die Schwale an den Pegeln Kerkwischholz und Bönebüttel, die Fitzbek und die Osterau bei Bimöhlen auf. Besonders unterdurchschnittliche Wirkungsgrade wurden für die Dosenbek bei Tungendorf, die Stör bei Padenstedt und die Schwale bei Brachenfeld ermittelt.

Wird der Wirkungsgrad den Stoffverlusten gegenüber gestellt (Abb. 86), so weisen in den meisten Fällen erwartungsgemäß überdurchschnittliche Wirkungsgrade unterdurchschnittliche Stoffverluste auf und umgekehrt. Abweichungen davon dürften mit der Transportlimitierung des Aus­waschungsprozesses und einer nicht immer ganz zutreffenden Einschätzung des Wirkungs­grades zu erklären sein. Einige Gebiete weisen geringere Stoffverluste trotz eines schlechten Wirkungsgrades auf. Dies kann auf die Erschöpfung des Basenvorrates zurückzuführen sein (Kap. 2.4.2).


F.2.4.2 Phasenlage der Einzugsgebiete

Die Phasenlage eines Einzugsgebietes gibt dessen Stadium im Verlustprozeß wider: Steigen die Verluste noch an, haben sie ihr Maximum erreicht oder klingen sie gar schon aufgrund zur Neige gehender Vorräte ab. Über die Phasenlage müssen Stoffverluste und Wirkungsgrad relativiert werden, da ansonsten eine Fehleinschätzung erfolgt. So würde man vermuten, daß das Einzugs­gebiet der Dreckau aufgrund des geringen Wirkungsgrades einen sehr hohen Verlust aufweist. Dies ist aber nicht richtig, wie die Frachtberechnungen zeigen (vgl. Verlustkarte). Der Vorrat in diesem Gebiet ist sehr wahrscheinlich schon weitgehend aufgebraucht (vgl. Kap. E.2.1.5).

Ein Vergleich der Stoffverluste mit dem Wirkungsgrad der Einzugsgebiete (vgl. Abb. 86) ergibt daher auch noch nicht die erwartete Übereinstimmung. Die Tendenz, daß mit abnehmendem Wirkungsgrad der Einzugsgebiete die Stoffverluste zur Zeit noch zunehmen, wird aber bestätigt. Die Abweichung einzelner Einzugsgebiete von der Tendenz wird z.T. auf folgende Zusammen­hänge, die im Rahmen des Projektes nicht geklärt werden konnten, zurückgeführt:

  • Im Einzugsgebiet der Dreckau (G-R1-1) dürften die Vorräte größtenteils schon aufgebraucht sein, so daß mit dem abfließenden Wasser keine großen Stoffverluste mehr verbunden sind.

  • Für das Einzugsgebiet der Stör bis Padenstedt (C-4) wird der negative Einfluß der Stadt Neumünster bei der Ermittlung des Wirkungsgrades offensichtlich überschätzt. Möglicher­weise wird ein Teil der entstandenen Wärme von den umliegenden Flächen durch Verdun­stung dissipiert.

  • Für das Einzugsgebiet des Himmelreichbaches (in der Graphik weggelassen) scheinen die Frachten sehr hoch. Sie könnten auf den stark erhöhten Abfluß im Jahr 1993 zurückgeführt werden. Auch konnte nicht geklärt werden, wie sehr die Vergrößerung der Mineralisations­zone im Einzugsgebiet des Himmelreichbaches durch die stark erhitzte Umgebung die Stoff­verluste erhöht.

  • Für die Pegel in der Fuhlenau, Himmelreichbach, die Wegebek, die Ohlau und die Holmau ist die Ursache für die stark erhöhten Abflußwerte noch zu unklar. Diese können in falschen Ein­zugsgebietsgrenzen oder örtlichen Unterschieden im Niederschlag begründet sein.

F.3. Zusammenfassung

Die Projektergebnisse lassen sich zu einem dynamischen Bild der Landschaft verdichten. Danach ist die Landschaft keineswegs ein stabiles System, das allenfalls innerhalb geologischer Zeiträume einem Wandel unterworfen wäre. Vielmehr verändert sich der gesetzlich zum Schutz­gut erhobene Naturhaushalt: Der Stoffhaushalt weist bzgl. der Basen ein erhebliches Defizit auf, der Wasserhaushalt ist großflächig beeinträchtigt. Die Landschaft verändert sich also nicht nur, sondern weist auch eine eindeutige Entwicklungsrichtung auf: die Landschaft droht, als Lebens­raum für den Menschen immer weniger nutzbar zu werden.

Dies wird durch eine Reihe einzelner Prozesse bestätigt. Deren Analyse gibt zugleich aber auch Hinweise, welche Maßnahmen notwendig sind, um die Landschaft dauerhaft als Grundlage der Gesellschaft zu erhalten. Es konnte gezeigt werden, daß der Abfluß frachtbestimmend ist. Dies deutet auf Störungen im Wasserhaushalt hin: Die Vegetation ist nicht mehr in der Lage, den Transportprozeß durch einen höheren Anteil der Verdunstung und Kondensation zu beschränken. Eine Anreiche­rung der Landschaft mit Vegetation verbesserte die Wasserqualität und vergleichmäßigte den Abfluß.

Die überschlägige Stoffbilanz und die Abschätzung der Basenvorräte hat deutlich gemacht, daß das Stör-Gebiet bereits stark an seinen Reserven zehrt. Dies trifft, wie die Regionalanalyse zeigt, für alle Teileinzugsgebiete zu. Im Falle der Dreckau ist zu befürchten, daß hier die Vorräte bereits zur Neige gehen (Kap. 2.4). Da ein Ausgleich der Verluste durch Düngung aufgrund des hohen Energie- und Kostenaufwandes bestenfalls kurzfristig erfolgen könnte, sind die Stoffkreisläufe durch eine veränderte Bewirtschaftung zu schließen (Kap. G). Die Höhe der Verluste unter­streicht, da keineswegs "nur" von einer linearen Fortsetzung des Austragsprozesses ausgegan­gen werden kann, daß die Minimierung der Verluste Priorität besitzen muß. Andernfalls droht die Versteppung und der Zusammenbruch der Vegetation auf größeren Flächen.

Bei der Bewirtschaftung ist darauf zu achten, daß die heute großen Bodenwasserschwankungen reduziert werden, da sie durch die erhöhte Mineralisationstätigkeit der Mikroorganismen dem Stoffaustrag Vorschub leisten (Kap. E.2.1.1). Die Entwässerung der Landschaft macht sich aber nicht nur in häufigeren wechselfeuchten Phasen des Oberbodens bemerkbar, sondern hat offen­sichtlich bereits zu einer Verschiebung der Niederschlagsverteilung geführt (Kap. F.1.2.1).

Die Analyse ausgewählter Fließgewässer hinsichtlich ihrer Morphologie hat deutlich gemacht, wie sehr die Gewässer Resultat ihres Einzugsgebietes sind. So weisen die untersuchten Fließ­gewässer durch ihre Struktur, ihr Breiten-Tiefen-Verhältnis oder ihr Partikelspektrum auf eine hohe Dynamik des Hydrographen hin. Diese Dynamik wird durch die Bewirtschaftung aufrechterhalten, so daß eine erneute Selbststrukturierung kaum zugelassen wird. Maßnahmen, die zur Verbesserung der Gewässer und damit auch zu deren Stoffrückhalt beitragen sollen, müssen demnach im Einzugsgebiet begin­nen.

Die multitemporale Auswertung der Oberflächentemperatur (Kap. 2.3) und die Ergebnisse der Temperatursonden (Kap. E.1.1) unterstreichen noch einmal die Bedeu­tung der Vegetation für die Dämpfung des Energiepulses. Vegetationsarme Flächen erwärmen sich tagsüber wesentlich stärker als z.B. Wälder. Ein hoher Anteil dauerhafter Vegetation trägt daher entscheidend zum Ausgleich klimatischer Extreme bei.

Mit den vorgestellten Ergebnissen steht ein ausreichendes Systemwissen zur Verfügung, um eine Planung für das Gebiet auf eine solide Basis stellen zu können. Darüber hinaus wäre es durch eine eingeschränkte Fortführung der vorgestellten Untersuchungen möglich, die weitere Veränderung des Hydrographen, der Stoffverluste und der Oberflächentemperaturen als Indikato­ren für die Nachhaltigkeit der Landschaft zu messen. Damit ließe sich auch der Erfolg der von den Verfassern für notwendig erachteten, ver­änderten Flächenbewirtschaftung feststellen: Eine Vergleichmäßigung des Abflußhydrographen über das Jahr (Anzeichen für einen veränderten Wasserfluß), eine Abnahme der Leitfähigkeit (Abnahme der Salzfracht) und eine Verringerung der Oberflächentemperatur (Verbesserung der Temperaturdämpfung) zeigten einen Erfolg an.


   
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