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Defining floodplain boundaries considering hydraulic and ecologic aspects as basis for the development of an integrated approach to quantify ecosystem services of floodplains on the landscape scale

Subject Area Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
Term from 2018 to 2023
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 390612937
 
Final Report Year 2023

Final Report Abstract

Dieses Projekt hatte eine Methodenentwicklung zum Ziel, um ÖSL von Flussauen größerer Flüsse Deutschlands zu quantifizieren und zu monetarisieren. Dabei sollten die hydraulisch definierten Auengrenzen durch ökologische Daten kontrolliert und die Auen selbst durch ihren Zustand charakterisiert werden. Die ökologischen Daten waren aus Projekten anderer Forschungseinrichtungen zur Verfügung gestellt worden und reichten allerdings in ihrer Auflösung und Ab-deckung nicht, ökologische mit hydraulischen Auengrenzen der Hochwassergefahrenkartenmodellierung zu vergleichen. Hierbei wurden Szenarien häufiger Überflutungshäufigkeit (statistisch alle 5-25 Jahre, HQhäufig-Aue) und mittlerer Überflutungshäufigkeit (statistisch alle 100 Jahre, HQ100-Aue) verwendet. HQhäufig-Auen decken, abhängig vom Flussgebiet, zwischen 55 % und 90 % der HQ100-Auen ab. Diese häufigen Hochwasser sind in den letzten 20 Jahren nur an wenigen Flüssen mehr als 5 Tage aufgetreten und im Mittel betrug die überflutete Fläche im Jahr nicht mehr als 10 % der HQ100-Auen. Der Auenzustand, erhoben durch das BfN, konnte nicht wie geplant berücksichtigt werden. Doch indirekt konnten durch die Unterschiede der Landnutzungsanteile und die Anzahl und Qualität der Schutzgebiete innerhalb der beiden Auengrenzen Qualitätsunterschiede festgestellt werden. Eine Zunahme der Ackerfläche korreliert negativ mit der Überflutungswahrscheinlichkeit und dem Grünland. Der Anteil von Wald beträgt mit <10% einen deutlich geringen Anteil an der Land-nutzung als im deutschen Mittel, und das, obwohl Auwald der potentiell natürlichen Vegetation entspricht. ÖSL wurden in HQhäufig- und HQ100-Auen an 60 Flüssen Deutschlands quantifiziert, für die für nur ein Teil bei-des, Güte- und Abflussdaten verfügbar waren. Empirische Gleichungen leiten Anteile der überfluteten Flächen abhängig vom Abfluss für den Nährstoffretentionsansatz ab, dessen Entwicklung eine umfangreiche Datenbank über tägliche Abflüsse und mittels Random Forest geschätzte Nitrat- und Gesamtphosphorkonzentrationen der Jahre 2000-2019 beinhaltet. Diese Daten sind durch eine Datenpublikation frei verfügbar. Mittels verschiedener Ansätze wurden die ÖSL monetarisiert. Während für die Holz- und Lebensmittelproduktion sowie die CO2-Speicherung Marktpreise recherchiert wurden, erfolgte für die Nährstoff- sowie die Wasser-retention die Ersatzkostenmethode. Hierfür wurden bspw. Kosten verwendet, die durch den Bau technischer Lösungen (Polder) für den Hochwasserrückhalt notwendig wären. Für die Biodiversität und kulturelle ÖSL als Erholung sowie Naturerfahrung wurden Zahlungsbereitschaftsstudien ausgewertet und deren Werte in einem abgestuften Verfahren verwendet. Für kulturelle ÖSL wurden Qualität und Anzahl der Natura 2000- Schutzgebiete u.a. mit der Einwohnerdichte als Integration der Bedeutung für den Menschen verrechnet und bewertet. In Summe sind die untersuchten ÖSL von Flussauen innerhalb HQhäufig-Auen 1,37 Milliarden € und außerhalb 0.96 Milliarden € wert. Bezogen auf die Fläche liegt der errechnete Wert mit 7662 €/ha/Jahr über dem, was in deutschen Studien aus Einzelbetrachtungen summiert werden kann, aber weiterhin deutlich unter dem, was internationale Studien dokumentieren. Wichtig ist hierbei, dass die Summe der ÖSL nicht einfach durch die Gesamtfläche der Aue geteilt werden kann, da nicht alle Flächen der Aue zu jeder ÖSL beitragen. Stattdessen muss für jede einzelne ÖSL der flächenbezogene Wert berechnet und diese dann aufsummiert werden. Zudem ist dies ein theoretischer Wert, da nicht alle acht ÖSL auf derselben Fläche erbracht werden können. Die Auf-summierung der acht ÖSL nach Gruppen stellt die untergeordnete Bedeutung der produzierenden ÖSL (land- und forstwirtschaftliche Produktion) dar. Obwohl allein der Ackerflächenanteil 22 % innerhalb und 38 % außerhalb der HQhäufig-Aue beträgt, erwirtschaften diese <10 % des monetären Wertes von ÖSL in Auen, während kulturelle ÖSL > 30 % des ökonomischen Wertes ausmachen. Die Biodiversität als unterstützende ÖSL trägt etwa 20% des ökonomischen Auenwertes bei. Bei den regulierenden ÖSL ist der Hochwasserrückhalt monetär von 26-facher größerer Bedeutung als der Nährstoffrückhalt, welcher abhängig von der Wasserführung deutlichen Schwankungen jedes Jahr unterliegt. Mittels zwölf Fallstudien konnten Kosten und Nutzen von Renaturierungsprojekten mittels Szenarien über-schlagen werden. In sieben von zwölf Fallstudien überwiegt der Nutzen von Auen bei einer Annahme von 50% Zugewinn der ÖSL durch das Projekt. Die Szenarien waren notwendig, da fehlende Daten keine Vorher-Nachher-Betrachtung ermöglichten und nur die Gesamtsummen von Maßnahmen betrachtet werden konnten. Eine ausführliche Analyse der Methodenunsicherheiten steht noch aus und weitere Publikationen mit Ergebnissen dieses Projektes folgen, die die multifunktionale Bedeutung der Auen anhand der ausgewählten ÖSL darstellen: Auf fast allen Landnutzungsformen in der Aue sind fünf der acht untersuchten ÖSL, auf Waldstandorten sogar sieben und damit eine Summation der monetären ÖSL möglich und unterstreichen die Multifunktionalität von extensiv genutzten Auen und ihre Bedeutung für die Gesellschaft.

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