GIS-gestützte multitemporale Karten- und Luftbildinterpretation. Erfassung des Nutzungs- und Vegetationswandels auf der rechtsrheinischen Mittelterrasse Kölns

Inhaltsverzeichnis

Kartenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Anlagenverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit
1.2. Definitionen

2. Geographische Einführung in den Landschaftsraum des Untersuchungsgebietes
2.1. Geologische, tektonische und morphologische Entwicklung
2.2. DieBöden
2.3. Das Klima
2.4. Potentielle natürliche Vegetation

3. Forschungsstand

4. Methodik
4.1. Geographischeinformationssysteme
4.1.1. GIS-Methoden
4.2. Karteninterpretation
4.3. Luftbildauswertung
4.4. Untersuchung im Gelände

5. Nutzungs- und Vegetationswandel im Untersuchungsgebiet
5.1. Vorgeschichte
5.2. Die Römer- und Germanenzeit
5.3. Mittelalter und Neuzeit 5
5.4. 19.und 20. Jahrhundert

6. Positive und negative Aspekte des Nutzungs- und Vegetationswandels

7. Schlußbetrachtung mit Vorschlägen zur weiteren Entwicklung

Literaturverzeichnis

Sonstige Quellen

Kartenverzeichnis

Karte 1: Das Untersuchungsgebiet

Karte 2: Lage des Untersuchungsgebietes im Raum

Karte 3: Geologische Übersichtskarte des Untersuchungsgebietes

Karte 4: Verteilung der Bodentypen im Untersuchungsgebiet

Karte 5: Klimatope im Untersuchungsgebiet

Karte 6: Ausschnitt der Karte der ursprünglichen Vegetation

Karte 7: Eisenzeitliches Grabhügelfeld bei Köln-Dellbrück

Karte 8: Flächennutzung 1850

Karte 9: Flächennutzung 1900

Karte 10: Flächennutzung 1930

Karte 11 : Flächennutzung 1950

Karte 12: Flächennutzung 1975

Karte 13: Flächennutzung 2000

Karte 14: Flächennutzung 1998

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 : Die Verteilung von Land und Meer während des unteren Mitteldevons 9

Abbildung 2: Ausschnitt der Karte der Terrassengliederung am Niederrhein 14

Abbildung 3: Klimadiagramm von Köln 19

Abbildung 4: Jahresniederschlagsmengen in der südlichen Niederrheinischen Bucht 19

Abbildung 5: Heideflächen auf der „Heideterrasse“ Anfang 19. Jh. und 1989 81

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Erdgeschichtlicher Überblick

Tabelle 2: Übersicht zur Geologie des Untersuchungsgebietes

Tabelle 3: Gliederung des Pleistozäns

Tabelle 4: Flächenanteile der Bodentypen im Untersuchungsgebiet

Tabelle 5: Klimawerte der Station Wahn

Tabelle 6: Variablen der Legende zu den Karten des Landnutzungswandels von Köln sowie deren Kartierkriterien

Tabelle 7: Variablen der Legende zur Karte der Flächennutzung im Untersuchungsgebiet von 1998 sowie deren Kartierkriterien

Tabelle 8: Regionale Pollenstratigraphie der Jülicher Börde

Tabelle 9: Pollendiagramm Köln-Merheim

Tabelle 10: Größenwandel der Flächennutzungen im Untersuchungsgebiet von 1850 bis 2000

Tabelle 11: Größenangaben zu den Flächennutzungen im Untersuchungsgebiet von 1998

1. Einleitung

Die heutige Kulturlandschaft hat sich im Laufe der Zeit durch das Zusammenwirken vieler verschiedener Faktoren entwickelt. Geologische Prozesse, das Klima, die Pflanzen und der Mensch haben das Erscheinungsbild der Landschaft im Untersuchungsgebiet geprägt. Für das Verständnis des Nutzungs- und Vegetationswandels ist die Überlegung, daß sich die Landschaft im Laufe der Zeit auf natürliche und ab der Evolution des Menschen vor allem auf anthropogene Weise verändert hat, von Bedeutung. Zuerst waren die natürlichen Prozesse landschaftsbildend, später die anthropogenen. Die Bedeutung der einzelnen Faktoren hat sich im Laufe der Zeit verändert. Erst in den letzen Jahrtausenden hat der Mensch das Bild seiner Umwelt immer stärker bestimmt. Dabei wurde sein Verhalten vielfach durch seinen Lebensraum geprägt und damit auch die anthropogenen Einwirkungen auf die Landschaft.

1.1. Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit

Der Titel und damit die Problemstellung dieser Arbeit lautet „GIS-gestützte multitemporale Karten- und Luftbildinterpretation zur Erfassung des Nutzungs- und Vegetationswandels auf der rechtsrheinischen Mittelterrasse innerhalb der Kölner Stadtgrenze: Stadtteile Dünnwald, Dellbrück und Brück“.

Das Ziel dieser Diplomarbeit ist es, den Nutzungs- und Vegetationswandel im beschriebenen Untersuchungsgebiet zusammenfassend darzustellen und zu erklären. Um das heutige Erscheinungsbild der Landschaft des Untersuchungsgebietes zu verstehen, ist es bedeutend, die landschaftsgeschichtlichen Entwicklungen zu berücksichtigen, da diese den Landschaftswandel mit beeinflußt haben. Dargestellt wird die Entwicklung des Untersuchungsgebietes von der Naturlandschaft mit eigenen Wandlungsprozessen zu der heute vorgefundenen Kulturlandschaft unter dem Einfluß des Menschen. Dabei wird den Fragen nachgegangen, mit welchen Prozessen und Formen sich anthropogene Nutzungen in der Landschaft des Untersuchungsgebietes ausgebreitet und gewandelt haben und inwieweit die naturräumliche Ausstattung Einfluß auf die Umgestaltung durch den Menschen hatte und hat.

Im Verlauf dieser Arbeit wird zuerst ein Überblick über die naturräumliche Ausstattung des Untersuchungsgebietes vermittelt, da die Faktoren Relief, Böden, Klima und Vegetation und deren Zusammenspiel zu den landschaftsbildenden Vorraussetzungen gehören (Kapitel 2).

Der darauffolgende Abschnitt (Kapitel 3) gibt einen kurzen Überblick zum Forschungsstand, um die verwendeten Methoden auf dem Gebiet der Landschaftsinterpretation darzustellen.

Im Anschluß daran folgt die Darstellung und Diskussion der im Zuge dieser Arbeit verwendeten Methodik (Kapitel 4). Dies dient dem Zweck, die erzielten Ergebnisse nachvollziehbar zu machen.

Kapitel 5 beschreibt den Nutzungs- und Vegetationswandel im Untersuchungsgebiet anhand der Datengrundlage dieser Arbeit. Die Darstellung der Zeitspanne vom Paläolithikum bis zum Ende des 20. Jh. begründet sich darin, daß zum einen ein Verständnis für die Entwicklung und den Wandel der Landschaft (Naturlandschaft) ohne die Beeinflussung des Menschen vermittelt wird und zum anderen wurden durch die Besiedlung von Jägern und Sammlern, und später durch Bauern entscheidende Grundstrukturen der Kulturlandschaft gebildet.

Die Ergebnisse aus Kapitel 5 werden im nachfolgenden Kapitel 6 in bezug auf die Fragestellung interpretiert.

Im letzten Abschnitt (Kapitel 7) erfolgt eine Schlußbetrachtung mit Vorschlägen zur weiteren Entwicklung des Untersuchungsgebietes.

1.2. Definitionen

Im folgenden werden die Begriffe Landschaft, Natur- und Kulturlandschaft sowie Kulturlandschaftswandel definiert, da sie in dieser Arbeit häufige Verwendung finden.

Landschaft ist ein „...sowohl in der Umgangssprache als auch in den geo- und biowissenschaftlichen Fachsprachen häufig verwandter Begriff für den „Erdraum“ schlechthin mit zahlreichen Bedeutungen“ (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 a: 346).

So kann eine Landschaft u.a.

- ein erlebtes Landschaftsbild sein,
- das äußerliche Erscheinungsbild eines Erdraumes sein, also seine Physiognomie, die mehr oder weniger aufgrund von äußerlichen Merkmalen einheitlich erscheint,
- in den Biowissenschaften die Umschreibung für die Umwelt tierischer und pflanzlicher Organismen oder deren Lebensgemeinschaften oder
- eine Region sein, die als kultur- und / oder naturräumliche Einheit oder als Gesamtraum begriffen wird (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 a: 346).

Die begrifflichen Schwerpunkte der geographischen Landschaft und im Zuge dieser Arbeit beruhen auf der Landschaft als Geoökosystem und als ein räumlich begrenztes Interaktionssystem im Sinne der Systemtheorie. Als Geoökosystem oder landschaftliches Ökosystem wird eine funktionale Einheit eines Erdraumes repräsentiert. Daraus ergeben sich auch die auf der Realität der landschaftlichen Erscheinungen beruhenden Grundkategorien der Naturlandschaft und der Kulturlandschaft (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 a: 346). Unter Naturlandschaft versteht man eine Landschaft, „deren Haushalt von Naturfaktoren bestimmt wird, diejedoch vom Menschen nicht beeinflußt wird“ (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 b: 15).

Demgegenüber steht der Begriff der Kulturlandschaft, die durch die dauerhafte Beeinflussung der ursprünglichen Naturlandschaft durch menschliche Gruppen und Gesellschaften im Rahmen der Ausübung ihrer Grunddaseinsfunktionen entsteht. Ihre regional differenzierte Ausprägung ist nicht durch die Natur determiniert, wohl aber von ihr beeinflußt, und zwar um so stärker, je geringer die technologische Entwicklung der die Kulturlandschaft gestaltenden Gruppen ist. Dabei erhält die Kulturlandschaft ihre regionale Ausprägung insbesondere durch die Wohnfunktion, die Art der wirtschaftlichen Tätigkeit und die Ausbildung des Verkehrsnetzes. Insofern ist sie einem ständigen Wandel unterworfen, am stärksten im Bereich der hochtechnisierten Industriegesellschaften (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 b: 332-333). Jäger (1987) betont, daß „die Strukturen der gegenwärtigen Kulturlandschaften nur momentane Gebilde eines räumlichen und zeitlichen Kontinuums“ sind und somit „in einem lückenlosen Zusammenhang mit frühen und künftigen Strukturen“ stehen(JÄGER 1987: 15).

Unter Kulturlandschaftswandel versteht man die Veränderungen durch das menschliche Verhalten, die sich direkt oder indirekt auf die Landschaft ausgewirkt haben oder noch auswirken werden (Burggraaff 1992). Somit ist der Bezug zur Gegenwart bzw. Zukunft hergestellt, da ein Wandel nicht aufgehört hat, sondern sich weiter vollzieht.

Man kann dabei zwei Formen des Wandels unterscheiden:

- die Umgestaltung von Flächen, verbunden mit einer Nutzungsänderung (z.B. wird aus einer landwirtschaftlich genutzten Fläche eine Industrie- oder Wohngebietsfläche),
- die Veränderung der Nutzungsintensität bei gleichbleibender Nutzung (Extensivierung oderlntensivierung) (Gunzelmann 1987).

2. Geographische Einführung in den Landschaftsraum des Untersuchungsgebietes

Das Untersuchungsgebiet liegt nordöstlich von Köln am Ostrand der südlichen Niederrheinischen Bucht auf der rechtsrheinischen unteren Mittelterrasse. Östlich schließt sich die Stadt Bergisch Gladbach an. Die südliche Niederrheinische Bucht umfaßt als naturräumliche Einheiten die Zülpicher Börde, die Ville, die Köln-Bonner Rheinebene und die Bergischen Heideterrassen.

Die Köln-Bonner Rheinebene erstreckt sich im Süden von Bonn-Bad Godesberg bis zur Erftmündung im Norden. Sie wird im Westen von der Ville begrenzt und gliedert sich in die Untereinheiten der Rheinaue, der links- und rechtsrheinischen Niederterrassenflächen sowie den linksrheinisch mit Löß und rechtsrheinisch mit Flugsand und Dünen bedeckten Mittelterrassen (Brunotte, Immendorf & Schlimm 1994, Kremer 2000).

Die rechtsrheinische Mittelterrasse, als Teil der Köln-Bonner Flußterrassenlandschaft, weicht in vielen natürlichen Merkmalen von dem entsprechenden westlich des Rheins gelegenen Terrassenniveau ab. Sie wird daher als eigene naturräumliche Einheit abgegrenzt und als Bergische Heideterrasse bezeichnet. Der Landschaftsraum des Untersuchungsgebietes gehört naturräumlich zur Bergischen Heideterrasse, die sich mit einer durchschnittlichen Breite von 3-5 km und einer Länge von ca. 80 km von der unteren Sieg (Siegburg) im Süden bis zur Ruhrmündung (Duisburg) im Norden erstreckt (Glässer 1978, Kremer & Caspers 1982). Östlich wird diese naturräumliche Einheit von den zertalten Bergischen Hochflächen als den westlichen Ausläufern des Bergischen Landes begrenzt.

Das Untersuchungsgebiet wird im Norden und Osten von der Stadtgrenze Köln, im Süden von der A4 bei Brück und im Westen durch die Geländekante vom Übergang der unteren Mittelterrasse zur Niederterrasse begrenzt. Die Kölner Stadtteile im Untersuchungsgebiet sind Dünnwald, Dellbrück und Brück. Das Untersuchungsgebiet ist ca. 8 km lang und durchschnittlich 0,8 - 2,8 km breit mit einer Gesamtfläche von ca. 16 km2.

Die folgende Karte 1 vermittelt einen Überblick über das Untersuchungsgebiet und die Karte 2 dessen Lage im Raum.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Wagner 1986)

2.1. Geologische, tektonische und morphologische Entwicklung

Der Naturraum des Untersuchungsgebietes ist großräumig in die geologische Entwicklung der südlichen Niederrheinischen Bucht einzubeziehen. Er liegt am Übergangsbereich zwischen zwei geologisch-tektonischen Großeinheiten, im Osten das Rheinische Schiefergebirge und im Westen die Niederrheinische Bucht (Brunotte, Immendorf & Schlimm 1994). Die Beschreibung der Entwicklung dieser beiden geologisch-tektonischen Großeinheiten soll die Vorgänge verständlich machen, die zur Bildung des heutigen Landschaftsraumes im Untersuchungsgebiet geführt haben.

Die nennenswerte geologische Entwicklung beginnt im Untersuchungsgebiet mit der Ära Paläozoikum (Erdaltertum) im Zeitalter des Devons vor 400 - 360 Mio. Jahren, da ältere paläozoische Gesteine (Kambrium, Ordovicium und Silur) nicht anstehen (siehe Tabelle 1 und 2 und Karte 3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994)

Man nimmt an, daß wahrend des Unterdevons nur der südliche Teil des Niederrheingebietes vom Meer bedeckt war. Im Norden lag der Old-Red-Kontinent, der sich von Belgien über Nordeuropa und England bis nach Nordamerika erstreckte (siehe Abbildung 1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Die Verteilung von Land und Meer während des unteren Mitteldevons

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In seinem ehemaligen Küstenbereich lagerten sich marine, brackische, limnische und terrestrische Sedimente ab. Unter marinen Ablagerungsbedingungen entwickelten sich die mehrere Kilometer mächtigen Schichtserien des devonischen Schelfmeeres (Obere Siegener Schichten, Wahnbach Schichten, Odenspieler Schichten, Bensberger Schichten, Remscheider Schichten), die heute als Tonschiefer und Grauwacken die Flanken des Bergischen Landes aufbauen (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Geologisches Landesamt Nordrhein­Westfalen 1988). Weite Teile dieses devonischen Meeres waren aber auch sehr flach. So konnten sich an der Wende vom Unter- zum Mitteldevon unter tropischen Bedingungen die ersten Korallenriffe ausbilden. Aus diesen Riffkörpern entstanden bis zu 300 m mächtige Kalk- und Dolomitgesteine, deren Schichtfolgen im Untersuchungsgebiet als Untere Honsel­Schichten und Givet- bis Adorf-Massenkalke erhalten sind (siehe Karte 3 und Tabelle 2) (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Geologisches Landesamt Nordrhein-Westfalen 1988, Schmiedecken 1977, Schwarzbach & Jux 1955).

Holozän

Dünen über Oberpleistozän bis Holozän Flugsand über Oberpleistozän bis Holozän Flugsand über Oberpleistozän bis Holozän über Mittelpleistozän Mittelpleistozän Mittleres Oligozän Mittel- bis Oberdevon Mitteldevon

(Quelle: Eigener Entwurf auf Grundlage der digitalen Basisdaten des Geologischen Landesamtes NRW

2000)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Eigener Entwurf auf Grundlage der digitalen Basisdaten des Geologischen Landesamtes NRW

2000)

Durch die Kollision der ehemaligen Kontinente Old Red im Norden und Gondwana im Süden wurden an der Wende Unterkarbon / Oberkarbon (vor ca. 325 Mio. Jahren) die paläozoischen Sedimente im Gebiet des heutigen Rheinischen Schiefergebirges als Teil des variszischen Gebirges gegeneinander verstellt, verfaltet und metamorph überprägt. Die Wirkungen der variszischen Orogenese hinterließen großräumige Faltenstrukturen (Sättel und Mulden), die in südwest-nordöstlicher Hauptstreichrichtung verlaufen (Walter 1995). Eine bedeutende Faltenstruktur ist die Bergisch Gladbach-Paffrather Mulde (Kalksteine und Dolomite). Diese Faltenstruktur taucht am östlichen Rand des Untersuchungsgebietes an der Katharinenkammer (nördlicher Teil des Thielenbruchs, der seit 1968 als Naturschutzgebiet ausgewiesen ist) unter die Mittelterrasse des Rheins (Fey 1974, Geologisches Landesamt NRW 1986).

Die in der Folgezeit (Karbon) einsetzende blockartige Hebung des Gebirges bewirkte, daß das Gebiet während des jüngeren Paläozoikums und wahrscheinlich während des gesamten Mesozoikums (Mesozoische Sedimente fehlen) weitestgehend Festland war. Abtragungsvorgänge haben die Gesteinsschichten des Grundgebirges erfaßt, und das variszische Gebirge wurde bis zur Perm-Zeit zu einem Gebirgsrumpf abgetragen (Geologisches Landesamt NRW 1988).

Ein erstes Absinken der Niederrheinischen Bucht begann im Mitteloligozän. Die Erdkruste zerbrach entlang nordwest-südöstlich streichender Verwerfungen. Diese nordwest-südost streichende Hauptverwerfungsrichtung ist auf die Lage der Niederrheinischen Bucht im räumlichen Spannungsfeld zwischen der alpidischen Orogenese im Süden und einer Öffnung der mittelatlantischen Spalte im Nordatlantik zurückzuführen (seafloor spreading). Bergisches Land und Eifel wurden auseinandergezerrt, die Erdkruste in einzelne Schollen zerlegt und diese gegeneinander bewegt und versetzt (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Walter 1995). Durch eine im Mitteloligozän (Tertiär) verstärkt einsetzende Bruchschollentektonik bekam die Niederrheinische Bucht ihre heutige Ausdehnung (Grabert 1998). Das gesamte Gebiet der Niederrheinischen Bucht sank ein und die tektonischen Bewegungen halten bis heute an. Das Senkungsgebiet greift von Norden her keilförmig in das Rheinische Schiefergebirge ein. Im Verlauf des mittleren und oberen Tertiärs kam es immer wieder zu Meerestransgressionen. Die weitesten Meeresvorstöße fanden im Oligozän bis in den Raum von Bonn statt (Geologisches Landesamt NRW 1986, Kremer & Caspers 1982). Die Niederrheinische Bucht wurde so stetig vom Meer und zufließenden Flüssen mit Kiesen, Sanden und Tonen verfällt (Geologisches Landesamt NRW 1986). Im Untersuchungsgebiet finden sich mitteloligozäne Tone, Sande und Kiese mit untergeordneten Braunkohlelagen als Bergisch Gladbacher Schichten (siehe Tabelle 2 und Karte 3) (Geologisches Landesamt NRW 2000). Beim Übergang Pliozän / Pleistozän erweiterte der Rhein sein Einzugsgebiet bis zum Kaiserstuhl und entwickelte sich in der uns heute bekannten Form (Geologisches LandesamtNRW 1986).

Im Pleistozän (Quartär) führte die Wechselfolge von Kalt- und Warmzeiten zu Zeiten verstärkter Aufschotterung und zu Zeiten, in denen sich die Flüsse in ihre Talböden wieder einschnitten. Klimaschwankungen verändern das Abflußverhalten von Flüssen. Besonders der Übergang zu einer Warmzeit bedingt ein Einschneiden der Flüsse in ihre kaltzeitlichen Ablagerungen. Es bilden sich Flußterrassenoberflächen aus den Resten der ehemaligen Akkumulationen und am erodierten Rand dieser eine Terrassenkante (siehe Tabelle 3 und Abbildung 2) (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Liedtke & Marcinek 1994). Tektonische Bewegungen in der Niederrheinischen Bucht und im Rheinischen Schiefergebirge hatten ebenfalls Einfluß auf Mächtigkeit und heutige Höhenlage der Rheinterrassen. Quartäre vertikale Schollenbewegungen in der Niederrheinschen Bucht und Heraushebung des Rheinischen Schiefergebirges gegenüber seinem Umland regten die Tiefenerosion des Rheinstromes an und verstärkten so die Terrassenbildung im Rheintal (Grabert 1998, Liedtke & Marcinek 1994). Folge der tektonischen Bewegungen war, daß die Terrassenflächen im Süden der Niederrheinischen Bucht am höchsten liegen und nach Norden hin tiefer abtauchen (Geologisches Landesamt NRW 1988).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994)

Flußterrassen werden gegliedert in Haupt-, Mittel-, und Niederterrasse, wobei diese Gliederung wiederum unterteilt werden kann. Das Untersuchungsgebiet dieser Arbeit liegt auf der rechtsrheinischen unteren Mittelterrasse 2, die auch als jüngere Mittelterrasse bezeichnet wird (Klostermann 1992). Im folgenden wird daher die rechtsrheinische Terrassentreppe am Bergischen Höhenrand und im besonderen die untere Mittelterrasse beschrieben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Hauptterrassen werden gegliedert in eine obere Hauptterrasse, die als Erosions- oder Felsterrasse ausgebildet in ca. 160 m ü. NN liegt. Sie trägt nur an wenigen Stellen Schotterkörper. Die nur in kleineren Vorkommen erhaltene mittlere Hauptterrasse liegt in ca. 140 m ü. NN und die untere Hauptterrasse als lößbedeckter Schotterkörper in ca. 120 - 130 m ü. NN (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994).

Am Ende der Hauptterrassenzeit vor etwa 700 000 Jahren wurde die südliche Kölner Bucht in eine verstärkte Hebung des Rheinischen Schiefergebirges einbezogen. Der Rhein begann sich in seine eigenen älteren Terrassenkörper einzuschneiden und es entwickelten sich die Mittelterrassen (Kies- und Sandablagerungen) (Kremer & Caspers 1982, Liedtke & Marcinek 1994). Die obere Mittelterrasse liegt als schmale SSO-NNW verlaufende Leiste in ca. 100 m ü. NN, die mittlere Mittelterrasse in ca. 80-90 m ü. NN und die untere Mittelterrasse in ca. 60-70 m ü. NN (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994). Die Entstehung der unteren Mittelterrasse 2 läßt sich dem Drenthe-Stadium innerhalb der Saale-Kaltzeit vor rund 180 000 Jahren zuweisen (siehe Tabelle 3) (Klostermann 1992, Liedtke & Marcinek 1994). Die untere Mittelterrasse neigt sich im Querprofil von Osten nach Westen im Bereich des Untersuchungsgebietes von etwa 60 auf 50 m. Ihr liegen schräg- und kreuzgeschichtete Flugsande, Sande und Kiese auf, die nach Osten hin in Sandlöß und dann in die Lösse der Bergischen Randhöhen übergehen (Kremer & Caspers 1982). Die Flugsande finden sich u.a. bei Köln-Dellbrück und -Dünnwald (K.- Dünnwald = Dunewald) und sind vereinzelt zu Dünen aufgeweht, die in der Regel nicht höher als 5 m sind und eine Längsstreckung von 100 - 200 m aufweisen (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994). In Abständen von ca. 1 - 2 km wird die Mittelterrasse von Ost-West verlaufenden Bächen durchzogen. Deren Gerinne (im Untersuchungsgebiet u.a. von Nord nach Süd: Katterbach, Mutzbach, Kemperbach, Strunderbach und Frankenforstbach) versickern z. T. schon in den Sanden und Kiesen der Mittelterrasse, zumeist aber auf den Schottern der Niederterrasse (Kremer & Caspers 1982). Das Mittelterrassengefüge ist deshalb zerschnitten und die Kuppen werden als Hardt bezeichnet (Aden 1977). Der Übergang zur Niederterrasse ist fast überall durch eine markante Geländestufe von 5 - 10 m gut sichtbar. Diese Geländestufe, auch Mauspfadstufe genannt, hat ihren Namen von einem alten Nord-Süd verlaufenden Verbindungsweg, dem Mauspfad (Name von: Mus = Matsch, Sumpf). Dieser Mauspfad verläuft entlang der Mittelterrassenkante von Troisdorf über Spich, K.-Wahn, K.-Heumar und westlich des Untersuchungsgebietes bei K.-Brück bis K.-Dellbrück, wo er dann den Geländeknick verläßt und nach Osten ausweicht (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Schmiedecken 1977).

Die Niederterrassen (Kiese und Sande) des Rheins werden unterteilt in eine ältere (Weichsel­Hochglazial) und eine jüngere (Weichsel-Spätglazial) Niederterrasse (siehe Tabelle 3). Beide Terrassenflächen liegen in einem Höhenniveau von 45 - 55 m, sind lößfrei und werden von Hochflutlehm bedeckt. Die Gliederung in eine ältere und jüngere Niederterrasse ergibt sich dadurch, daß die ältere Niederterrasse bimsfrei ist (Bimstuff des Laacher-See- Vulkanausbruches) und dieser in der jüngeren Niederterrasse als Umlagerungsprodukt zu finden ist (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Klostermann 1992, Liedtke & Marcinek 1994).

2.2. Die Böden

Die Böden im Niederrheingebiet tragen als gemeinsames Kennzeichen ihre Entstehung aus pleistozänen bis holozänen Lockersedimenten. Daher finden sich im Untersuchungsgebiet überwiegend reine bis schwach lehmige Sandböden über Terrassensand (Flugsand) und -kies. Die Böden sind tief- bis mittelgründig mit einer geringfügigen Wasserhaltekraft (Kremer & Caspers 1982). Unter dem Einfluß der Faktoren Klima, Vegetation, Ausgangsgestein, Relief, Mensch und Zeit haben sich zum einen schwach basenhaltige Braunerden und Podsol- Braunerden entwickelt. Diese Böden eignen sich aufgrund ihres geringen Nährstoffgehaltes kaum für eine ackerbauliche Nutzung und waren im Untersuchungsgebiet immer mit Wald oder Heidevegetation bestockt (Aden 1977, Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994). Zum anderen kommen Bodentypen wie Auengley, Anmoorgley, Naßgley und der Standardtyp Gley vor. Sie sind typisch an grund- und stauwasserbeeinflußten Standorten (Bachläufe, Niederungen) und werden zumeist als Wiesen oder Weiden genutzt. Tabelle 4 stellt die Flächenanteile (in Prozent) der verschiedenen Bodentypen im Untersuchungsgebiet dar.

Tabelle 4: Flächenanteile der Bodentypen im Untersuchungsgebiet

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Eigener Entwurf auf Grundlage der digitalen Basisdaten des Umwelt- und Verbraucherschutzamtes Köln 1998)

Die Flächenangaben der Bodentypen in Tabelle 4 wurden den digitalen Basisdaten zur Karte 4 entnommen. Die Verteilung der Bodentypen im Untersuchungsgebiet zeigt Karte 4.

Bodentyp

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Eigener Entwurf auf Grundlage der digitalen Basisdaten des Umwelt- und
Verbraucherschutzamtes Köln 1998)

Auch der Mensch wirkt durch seine Tätigkeiten auf die Bodenentwicklung im Untersuchungsgebiet ein. Durch Siedlungen (Kulturschutt) und Industrieanlagen (Grabungen, z.B. Kiesgruben) entstanden anthropogen veränderte Böden. Weitere anthropogen beeinflußte Böden entwickelten sich u.a. durch landwirtschaftliche und forstwirtschaftliche Maßnahmen (Scheffer & Schachtschabel 1984).

2.3. Klima

Das Klima der Niederrheinischen Bucht hat einen humid-maritimen Charakter. Es zeichnet sich durch kühle Sommer und milde Winter aus. Die Luftmassen werden zumeist aus westlichen Richtungen herangeführt. Östliche Windrichtungen treten bei kontinentalem Hochdruckwetter auf, und Südostwinde kommen aus dem engen Mittelrheintal. Die über das ganze Jahr verteilten Niederschläge entstehen vorwiegend aus den Tiefdruckgebieten der Westwinddrift (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Paffen 1962 c).

Bevor auf die Klimaelemente von Niederschlag und Temperatur eingegangen wird, sei einerseits auf Tabelle 5 verwiesen, die die von Stadtklimaeffekten weitestgehend unbeeinflußten Niederschlags- und Temperaturdaten der Wetterstation Wahn (am Flughafen Köln-Porz, 68 m ü. NN, 1951-1980) darstellt und andererseits auf das Klimadiagramm der Stadt Köln in Abbildung 3.

Tabelle 5: Klimawerte der Station Wahn Mittlerer Niederschlag [mm|:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994)

Die Niederschlagsmengen der Niederrheinischen Bucht ändern sich reliefbedingt durch Luv- und Lee-Effekte. Angezeigt wird dies durch einen Anstieg der Jahresniederschläge von Südwesten nach Nordosten (siehe Abbildung 4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Jahresniederschlagsmengen in der südlichen Niederrheinischen Bucht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Kremer & Caspers 1982)

Im Südwesten (Zülpicher Börde) treten Lee-Effekte durch absteigende (trocken-adiabatisch) Westwinde aus Hohem Venn und Eifel auf. Das Jahresmittel des Niederschlages bleibt hier unter 600 mm. Im Nordosten vor dem rechtsrheinischen Geländeanstieg zu den Bergischen

Randhöhen werden die Luftmassen gestaut und angehoben (feucht-adiabatisch). Dies fuhrt zu erhöhten Niederschlagsmengen, so daß die Jahresniederschläge im Bereich der Niederterrassen bei 600 - 700 mm liegen, auf den rechtsrheinischen Mittelterrassen bei bis zu 850 mm und am Bergischen Höhenrand auf über 1 100 mm ansteigen. Der Luftmassenstau im Luv des Bergischen Landes kann sich soweit verstärken, daß er auch weit westlich des Rheins wetterwirksam wird. Das Niederschlagsmaximum in der südlichen Niederrheinischen Bucht wird durch konvektive Niederschläge in den Sommermonaten von Juni bis August hervorgerufen (siehe Station Wahn, Tabelle 5 und Abbildung 3) und das Niederschlagsminimum in den Wintermonaten Februar und März durch blockierende trocken­kalte Hochdruckwetterlagen. Am Bergischen Höhenrand fallen die meisten Niederschläge in den Winter- und Sommermonaten und die geringsten im September, Oktober und Mai (Aden 1977, Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Paffen 1962 a).

Auch die Lufttemperatur wird vom Relief beeinflußt. Das Tagesmittel der Lufttemperatur in der Kölner Bucht beträgt im Jahresdurchschnitt 10,3°C. Zum Bergischen Höhenrand hin sinkt es aufgrund des Höhenanstiegs auf unter 9°C. Die mittlere Januar-Temperatur liegt im Bereich der rechtsrheinischen Niederterrasse bei 1,5- 2,0°C, im Bereich der rechtsrheinischen Mittelterrasse bei 1,0 - 1,5°C und sinkt auf den Bergischen Randhöhen unter 1°C. Die mittleren Juli-Temperaturen liegen bei 17,5 - 18°C im Bereich der Niederterrasse, bei 17 -17,5°C im Bereich der Mittelterrasse und nehmen nach Osten hin auf 16°C ab (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Aden 1977, Paffen 1962 b).

In der Kölner Bucht beträgt die Anzahl der Frosttage (Tagestemperatur-Min. < 0°C) im Mittel 55, wobei an nur 9 Tagen des Jahres die Tagestemperatur von 0°C nicht überschritten wird (Eistage). Auf den Bergischen Randhöhen treten dagegen schon 60 Frost- und 15 Eistage auf (Brunotte, Immendorf, Schlimm 1994, Kremer & Caspers 1982).

Die folgende Karte 5 stellt die Klimatope im Untersuchungsgebiet dar. Der Begriff Klimatop wird definiert als „...ein Areal mit einheitlichen Bedingungen des Geländeklimas im Sinne einer bestimmten funktionellen Wirkungskombination der durch Oberflächenformen und -bedeckung mehr oder weniger abgewandelten Normalklimawerte des regionalen Großklimas“ (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 a: 310). Die flächenhafte Einteilung klimatischer Verhältnisse in Klimatope beruht auf einer Typisierung und Klassifizierung von Geländeklimavarianten in einem Gebiet. Im Zuge einer Untersuchung des Kölner Umweltamtes wurden verschiedene Klimatope mit charakteristischen klimatischen Verhältnissen für die Stadt Köln erarbeitet (Lappschies 2001).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Stadtklima II (mittlerere Belastung), wesentliche Veränderung aller Klimaelemente des Freilandes, wesentliche Störung lokaler Windsysteme, Wärmeinsel, Schadstoffbelastung

2.4. Potentielle natürliche Vegetation

Unter der potentiell natürlichen Vegetation versteht man „...die an einem Standort unter regulären Klimabedingungen nach Durchlaufen der entsprechenden Sukzession sich einstellende Vegetation, die sich im Gleichgewicht mit den aktuellen Geoökofaktoren ihrer Lebensumwelt befindet. Unberücksichtigt bleibt dabei der Einfluß des Menschen“ (Haas, Leser, Mosimann & Paesler 1993 b: 98).

Die reale Vegetation spiegelt dagegen den Vegetationszustand einer Landschaft wider, die vom Grad des menschlichen Einflusses abhängig ist. Die Darstellung der potentiell natürlichen Vegetation hat gegenüber der Darstellung der realen Vegetation den Vorteil, daß sie das biotische Leistungsvermögen der Landschaft im Untersuchungsgebiet widerspiegelt. Aus diesem Grund soll in diesem Kapitel die potentiell natürliche Vegetation dargestellt werden.

Aufgrund der klimatischen Verhältnisse im westlichen Mitteleuropa ist die Formation des sommergrünen Laub- und Mischwaldes als potentiell natürliche Vegetation charakteristisch. Die dominierende Laubholzart ist die Rotbuche (Fagus sylvatica), der je nach Standort Eichenarten beigemischt sind. Buchen- und Buchenmischwälder wachsen in Mitteleuropa auf unterschiedlichsten Böden. An stärker vernäßten oder trockenen Standorten verliert die Buche ihre Vorherrschaft gegenüber den Eichenarten. Eine Differenzierung läßt sich über die Arten der Krautschicht und teilweise auch der Strauchschicht vornehmen. Entscheidende Standortfaktoren sind das Klima, das Relief, der Boden und biotische Faktoren (Klink 1996, Liedtke & Marcinek 1994).

Nach Sauer (1955) und ergänzt durch die Darstellung der potentiell natürlichen Vegetation auf der rechtsrheinischen Mittelterrasse nach Aden (1977), lassen sich folgende einzelne Waldgesellschaften und die wichtigsten Gebüsch-Assoziationen im Untersuchungsgebiet beschreiben (siehe Karte 6):

- der Gamander-Eichen-Hainbuchen-Wald auf tiefgründigen Mittelterrassen- und Decksandböden,
- der Gundelreben-Eichen-Hainbuchen-Wald auf Mittelterrassen- und Decksandböden, die entweder in nicht zu großer Tiefe von kalkhaltigem Grundwasser beeinflußt oder von bindigeren tertiären Schichten unterlagert sind,
- der Hahnenfuß-Eichen-Hainbuchen-Wald auf weniger nährstoffreichen Böden in kleinen Senken und am Rand von Bächen an Stellen, die bei durchschnittlich nicht zu hohem Grundwasserstand doch dann und wann einer leichten Überschwemmung ausgesetzt sind,
- der Holunder-Eichen-Hainbuchen-Mischwald auf nicht zu nassen lehmigen Bachanschwemmungsböden,
- der Aronstab-Eichen-Hainbuchen-Mischwald auf nährstoffreichen relativ trockenen Standorten,
- der Giersch-Eichen-Hainbuchen-Mischwald auf nährstoffreichen feuchten Standorten unmittelbar über dem Überschwemmungsbereich der Bäche, die aus dem Bergischen Kalkgebiet kommen,
- die trockene Ausbildung des Eichen-Birken-Waldes auf Decksand- und Flugsandgebieten,
- der Pfeifengras-Eichen-Hainbuchen-Wald auf Decksand- und Flugsandgebieten mit mehr oder minder stark stauender Nässe,
- der Birkenbruch in nassen Flugsandgebieten und abflußlosen Senken der Dünenbildungen mit mäßig sauren bis sauren Böden. In seiner Baumschicht ist die Moorbirke {Betula pubescens) vorherrschend. In der Strauchschicht gesellt sich der Faulbaum {Frangula alnus) dazu, in der Krautschicht der Siebenstern {Trientalis europaeus), die Preiselbeere {Vaccinium vitis idaea), die Heidelbeere {Vaccinium myrtillus), der Rippenfarn {Blechnum spicant) und das Fingerkraut {Potentilla erecta) und in der Moosschicht insbesondere Sphagum-Arten {Weißmoos),
- der Torfmoos-Erlenbruch auf grundwassernahen, stark vernäßten, etwas nährstoffreicheren Mittelterrassen- und Decksandböden als die des Birkenbruchwaldes. Die Baumschicht bildet hier die Roterle {Alnus glutinosa) und die Bodenvegetation setzt sich aus nässeliebenden Arten zusammen und
- der Scharbockskraut-Eschen-Mischwald auf sehr nassen, kalkreichen, nährstoffhaltigen Anschwemmungsböden am Rande von Bächen {Aden 1977, Sauer 1955).

Die natürliche Verbreitung der einzelnen Gesellschaften im Untersuchungsgebiet stellt die folgende Karte 6 dar.

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