Methodenentwicklung abweichend von LABO-Vorgehen

Projekttitel

Wissenschaftliche Grundlagen für den Vollzug der Bodenschutzgesetze (GRABEN)

Kurzbeschreibung und Zielsetzung

Im Gegensatz zum Vorgehen nach LABO (2003), das ein Gesamtgebiet einwohnerdichteabhängig unterteilt, wurde im Projekt GRABEN ein immissionsspezifischer Ansatz gewählt, d.h. die Unterteilung des bayerischen Gesamtgebiets in unterschiedliche Belastungsräume erfolgte auf Grundlage der vorgefundenen Stoffverteilung in den beprobten Bodentiefeneinheiten.

Ausreißerbereinigte organische Schadstoffwerte der Tiefeneinheiten Auflage, Oberboden, Unterboden und Untergrund sowie anorganische Schadstoffwerte der Auflage wurden landnutzungsdifferenziert zusammengefasst. Zwischen den Messwertpunkten wurde unter Verwendung des Interpolationsverfahrens Indikatorkriging eine flächenhafte Werteverteilung generiert. Im Gegensatz zu alternativen Krigingverfahren, wie z.B. Ordinary Kriging, ermöglicht das Indikatorkriging eine Werteinterpolation auch für nicht-normalverteilte Datenkollektive. Somit können die für die Belange des Bodenschutzes wichtigen Extremwerte im ausgewerteten Datensatz verbleiben. Da beim Indikatorkriging für jeden Gitterpunkt anhand vorgegebener Schwellenwerte Wahrscheinlichkeitsverteilungen generiert werden, ermöglicht dieses Verfahren auch die Ableitung lokaler Schätzwerte, z.B. des 90. Perzentilwertes, der im Bodenschutz für die Ableitung von Hintergrundwerten von besonderer Bedeutung ist.

Die durch das Indikatorkriging erzeugte Wertefläche wurde zur Unterteilung des bayerischen Gesamtgebietes in 6 Teilräume herangezogen, wobei zur Abdeckung des Wertespektrums das 10., 25., 50., 75. und 90. Perzentil verwendet wurde. Die Messwerte in den so gebildeten Teilräumen wurden durch Angabe statistischer Parameter charakterisiert.

Anhand von Box-Whisker Plots wurde visuell überprüft (Abb. 1), ob die Verteilung der Messwerte in den 6 Teilräumen sich deutlich voneinander unterscheiden und die 6-klassige Untergliederung aufrecht erhalten werden kann, oder ob benachbarte Klassen zusammengelegt werden müssen.

Die Teilräume des Summenparameters EPA-PAH in Waldauflagen zeigen für die zufällig ausgewähltenTeildatensätze AB, AC, AD, BC, BD und CD keine wesentlichen Unterschiede in den Ausgrenzungen der 6 immissionsspezifischen Teilräume Bayerns: Teilräume mit erhöhten Stoffgehalten zeigen sich z.B. im nordöstlichen (Frankenwald, Fichtelgebirge) und nordwestlichen (Spessart) Landesteil, Gebiete mit geringen Belastungen im westlichen Teil Mittelfrankens und im Voralpenraum. Bild vergrößern Teilräume des Summenparameters EPA-PAH in Waldauflagen und Stützpunkte. Die Teilräume entsprechen den Schwellen des 10., 25., 50., 75., 90. und 100. Perzentilwertes der gekrigten Wertefläche; oben links: Stützpunktkombination AB; oben Mitte: Stützpunktkombination AC; oben rechts: Stützpunktkombination AD; unten links: Stützpunktkombination BC; unten Mitte: Stützpunktkombination BD; unten rechts: Stützpunktkombination CD.

Eine grundlegende Überprüfung des Krigingverfahrens durch Kreuzvalidierung anhand des Summenparameters EPA-PAH bestätigte die gewählte Vorgehensweise der flächenhaften Interpolation, d.h. die geostatistische Unterteilung des Gesamtgebiets in 6 Teilräume führte auch bei variierenden Datengrundlagen zu vergleichbaren Ergebnissen (Abb. 2).

Vergleich der mittels Teildatensatz AB punktgenau gekrigten EPA-PAH Werte der Auflage mit den entsprechenden Messwerten des Teildatensatzes CD: Die Spannen der Messwerte übertreffen die Spannen der durch Indikator Kriging erzeugten Werte deutlich. Bild vergrößern Vergleich der mittels Teildatensatz AB punktgenau gekrigten EPA-PAH Werte der Auflage (grün) mit den entsprechenden Messwerten des Teildatensatzes CD (rot)

Bei der Kreuzvalidierung werden die Interpolationsergebnisse, die auf Grundlage von zwei zufällig ausgewählten Teildatensätzen erzielt wurden, miteinander verglichen. Im vorliegenden Fall wurden sogar 6 zufällig ausgewählte Teildatensatzkombinationen einander gegenübergestellt.
Durch den Vergleich zwischen interpolierter Wertefläche und den Messwerten wurde der nivellierende Effekt von Interpolationsverfahren deutlich (Abb. 3). Umso mehr Bedeutung ist daher der statistischen Charakterisierung der teilraumbezogenen Messwerte beizumessen.

Literatur

LABO, Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Bodenschutz, 2003: Hintergrundwerte für anorganische und organische Stoffe in Böden. Beschlussfassung der 33 . StäA4-Sitzung, 29./30.01.2003, 58 S.

Projektbeteiligte

Bayerisches Landesamt für Umwelt

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referat 108 "Vorsorgender Bodenschutz und Bodenmonitoring"

Laufzeit

2000 – 2007