Landschaftsarchäologische Analysen im Bergischen Land

Wie im vorherigen Abschnitt erläutert, sollten alte Handelsrouten in der Regel einem möglichst effektivem, also einem optimalen Weg im Sinne des Kostenmodells entsprechen. Die ersten archäologischen Studien zur Berechnung optimaler Wege sind bereits vor ungefähr 20 Jahren erschienen. In den letzten zehn Jahren gibt es solche Studien mit zunehmender Häufigkeit, da die dafür benötigte GIS-Software inzwischen in vielen archäologischen Institutionen genutzt wird (z.B. Barbe 2007; Eichfeld 2005; Polla 2009). Ziel der Berechnungen ist meist, das Netzwerk der Wegeverbindungen zwischen Orten gleicher Zeitstellung zu rekonstruieren. Häufig sind alte Trassen in Abschnitten durch Luftbildbefunde oder andere archäologische Maßnahmen dokumentiert, dies erlaubt eine Überprüfung der Rechenergebnisse (s. Abb. 3). Fehlen solche Möglichkeiten zur Validierung, ist die Wahrscheinlichkeit eher gering, dass die errechneten Routen mit den tatsächlichen übereinstimmen.

Hinzu kommt, dass die meisten GIS-Programme zur Berechnung von optimalen Wegen Nachteile aufweisen. Der errechnete Weg setzt sich aus Einzelschritten zusammen, wobei in fast allen Programmen nur acht Bewegungsrichtungen vorgesehen sind. Dadurch kann der errechnete Weg bis zu 8,2 % länger werden als der tatsächlich optimale Weg, außerdem beträgt schlimmstenfalls der Abstand zwischen optimaler und errechneter Route 20% der Weglänge. Durch Erhöhung der Zahl der Bewegungsrichtungen können sowohl der Längen- als auch der Abstandsfehler erheblich reduziert werden, allerdings nimmt auch die Rechenzeit zu.

Fast alle archäologischen Studien mit Wegeberechnungen berücksichtigen die Hangneigung. Es gehört zur Erfahrung jedes Wanderers, dass steile Anstiege anstrengender sind und häufig mehr Zeit kosten als eine flache Strecke auf vergleichbarem Untergrund. Doch eine solche qualitative Aussage reicht für Berechnungen nicht aus. Es ist eine Funktion erforderlich, die abhängig von der Hangneigung realistische Schätzungen für die Kosten, also den Energieverbrauch oder die benötigte Zeit liefert. Bei den hier vorgestellten Beispielen kommen zwei neuere Funktionen zum Einsatz, es wird unterschieden zwischen den Wegekosten von Fußgängern und Wagen.

Die Kostenfunktion für den Energieverbrauch von Fußgängern beruht auf von Minetti et al. (2002) ermittelten physiologischen Messdaten, liefert jedoch bessere Schätzwerte als die von dieser Forschergruppe vorgeschlagene Kurve (s. Abb. 4):

f(s) = 1337,8 s^[6] + 278,19 s^[5] – 517,39 s^[4] – 78,199 s^[3] + 93,419 s^[2] + 19,825 s + 1,64

wobei s die Hangneigung bezeichnet, und zwar gemessen in Höhendifferenz geteilt durch Länge der Strecke auf der Karte.

Die Ungenauigkeiten der von Minetti et al. (2002) vorgestellten Kurve sind evtl. noch tolerierbar, nicht jedoch die Tatsache, dass die Funktion für sehr steile Gefälle negative Werte annimmt; dies widerspricht der Erfahrung, benötigt doch jeder Schritt Energie und Zeit.

Die oben angesprochenen Messwerte und die daraus abgeleitete Funktion beziehen sich nur auf Fußgänger. Für Reittiere, Packtiere oder Wagen gelten andere Bedingungen. Es ist davon auszugehen, dass der Transport von schweren Lasten (Eisenstraße!) in Mittelalter und früher Neuzeit vielfach auf Wagen erfolgte. Meines Wissens sind Kostenfunktionen für solche Wagen bisher nicht entwickelt worden, entsprechende Messdaten fehlen. Ein Anhaltspunkt ist die so genannte kritische Steigung, das ist der Wert, ab dem eine Wegführung in Serpentinen effektiver ist als eine geradlinige. Während die kritische Steigung für Fußgänger bei etwa 25% liegt, ist der Wert für Fahrzeuge sehr viel niedriger anzusetzen, zwischen 8 und 16%. Llobera und Sluckin (2007) stellen in ihrer Publikation eine Methode vor, um die kritische Steigung eines einfachen Polynoms 2. Grades zu ermitteln. Umgekehrt kann man diesen Ansatz verwenden, um für eine gegebene kritische Steigung eine entsprechende sehr einfache Kostenfunktion zu konstruieren:

f(s) = 1 + (s / c)²

wobei s die Hangneigung in Prozent und c die vorgegebene kritische Steigung ist.

Wahrscheinlich bestimmten nicht die eher seltenen schnellen Reisewagen sondern die viel häufigeren und schwerfälligeren Fahrzeuge für den Warentransport den Verlauf der Handelsrouten. Bei den bisherigen Studien zur Rekonstruktion von mittelalterlichen Handelswegen im Bergischen Land haben sich einfache Kostenfunktionen mit einer kritischen Steigung von 10 bis 12% bewährt. Abbildung 4 zeigt eine solche Kostenfunktion mit einer kritischen Steigung von 12%. Die Kostenfunktion, die auf den Daten von Minetti et al. (2002) beruht, ist nicht symmetrisch, d.h. dass für Hin- und Rückweg unterschiedliche Kosten anfallen und somit für jede Richtung andere Wege optimal sein könnten. Meist rechnet man jedoch mit einem Mittelwert der Kosten aus beiden Richtungen, so dass die Kostenfunktion symmetrisch wird. Dies ist insbesondere in Zusammenhang mit den Umfeldberechnungen sinnvoll. Die Polynome 2. Grades, die als Kostenfunktionen für Wagen vorgeschlagen wurden, sind schon aufgrund ihrer Konstruktion symmetrisch.

Mit der Wahl der Kostenfunktion ist das schwierige Kapitel Hangneigung noch nicht beendet. Wichtig ist auch, wie die Hangneigung berechnet wird. Grundlage sind hierbei digitale Geländemodelle (DGM), die Höhenwerte für Punkte in einem regelmäßigen Gitter angeben. In der vorliegenden Publikation wird das ASTER-DGM verwendet, das von der NASA und METI kostenfrei zur Verfügung gestellt wird. Der Abstand zwischen benachbarten Gitterpunkten beträgt ca. 30 m. Ein zu großer Gitterabstand führt zu unrichtigen Hangneigungswerten, insbesondere wenn dadurch wesentliche Geländeformationen nicht ausreichend Berücksichtigung finden. Je größer der Abstand zwischen den Gitterpunkten, desto mehr wird das Relief geglättet. Bei einer Halbierung des Gitterabstandes vervierfacht sich die Zahl der Gitterpunkte und damit in der Regel auch die Rechenzeit für die Ermittlung optimaler Wege.

Der so genannte Polizeiweg verbindet Siegburg mit Wipperfürth (Nicke 2001, 115-118), wobei sich im vorliegenden Aufsatz die Wegeberechnungen auf das nördlichste Teilstück ab Lindlar beschränken (für die Strecke im Süden siehe Herzog 2009). Die Ersterwähnungen von Lindlar (1109 n.Chr) und Wipperfürth (1135 n.Chr.) sind für das Bergische Land recht früh. Die Luftlinienentfernung zwischen beiden Orten beträgt 11,0 km, während die bei Nicke beschriebene Route 14,2 km lang ist. Die Höhenwerte auf der Strecke variieren zwischen 180 und 360 m. Abbildung 7 zeigt diese Teilstrecke des Polizeiweges sowie ein kleines Stück der Bergischen Eisenstraße (Nicke 2001, 106-109). Diese beiden Handelsrouten sind in der Karte in schwarz dargestellt.

Rechenergebnisse für den nördlichen Polizeiweg

Die weiß gestrichelten Strecken in Abbildung 7 sind errechnete Routen, die nur auf dem Kostenfaktor Hangneigung basieren, wobei die oben beschriebene Kostenfunktion für Fußgänger zur Anwendung kommt. Es ist leicht zu erkennen, dass diese Rekonstruktionsversuche nur sehr wenig Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Streckenverlauf aufweisen. Dies liegt daran, dass die Wasserläufe bei der Berechnung keine Berücksichtigung fanden. Im Mittelalter vermieden die Wege im Bergischen Land Bachquerungen: die breiten Bach- und Flusstäler sind sehr feucht, und die meisten anderen Bachtäler sind tief in das Gelände eingeschnitten, erfordern also einen steilen Ab- und Wiederanstieg. Nur durch entsprechende Baumaßnahmen ist zu verhindern, dass Wege in solchen Bachtälern durch zu viel Schlamm unpassierbar werden. Auch die Kippgefahr bei Streckenführung am steilen Hang ist nur durch Konstruktionsarbeiten zu verringern. Solche Eingriffe in die Landschaft waren jedoch in dieser Region im Mittelalter recht selten, lediglich befestigte Furten und Brücken sind an einigen Stellen nachgewiesen (Nicke 2001, 7-13).

Deshalb wurde das Kostenmodell so angepasst, dass Bach- und Flusstäler mit höheren Kostenfaktoren versehen sind. Die gelb gestrichelten Strecken in Abbildung 7 sind das Ergebnis eines solchen Kostenmodells, das den Faktor 10 für breite (mehr als 3 m) und 5 für schmalere Wasserläufe vorsieht. Doch erst die Erhöhung des Kostenfaktors für kleine Wasserläufe auf 10 (orange gestrichelte Linien) ergibt eine bessere Annäherung an den von Nicke beschriebenen Polizeiweg, während sich das Ergebnis für das hier betrachtete Teilstück der Bergischen Eisenstraße kaum verändert. Auch bei der Nutscheid-Straße (Herzog 2010) konnte gezeigt werden, dass zur erfolgreichen Rekonstruktion der Altstraße ein hoher Kostenfaktor für die kleineren Wasserläufe notwendig ist.

Doch selbst die mit Kostenfaktor 10 für alle Wasserläufe errechneten Routen stimmen streckenweise nicht mit den bekannten Altwegen überein. Bei der Überprüfung zeigte sich, dass das für die Berechnung verwendete Gewässernetz kurze Bäche von etwa 1 km Länge nicht einschließt. Aber die meisten Altwege vermeiden auch solche Wasserläufe. Bei den Wasserläufen in breiten Tälern gibt es zusätzlich das Problem, dass sich Flussmäander schon seit dem Kartenstand von 1848 verändert haben, sowohl durch natürliche Prozesse als auch durch menschliche Eingriffe. Zunächst wurde versucht, die modernen Daten für das Gewässernetz so zu modifizieren, dass sie mit dem Kartenstand von 1848 übereinstimmen. Doch ist dies recht aufwändig, unter anderem weil die kleinen Bäche oft schwer auf dieser Altkarte zu erkennen sind.

Es erwies sich als effektiver, auf die Bodenkarte zurückzugreifen. Im Bergischen Land befinden sich die Wasserläufe auf Gleyböden (türkisfarbene Flächen in Abb. 5 und 8), wobei Auenbereiche mäandrierender Flüsse als breite Gleystreifen auf der Bodenkarte zu erkennen sind. Abbildung 8 zeigt oberhalb der roten Trennlinie die Wasserläufe in mittelblau, die auf der Altkarte von 1848 verzeichnet sind, und darüber das moderne Gewässernetz in dunkelblau. Deutlich erkennbar ist das breite Gleyband der Wupper, das sowohl die Mäander des Flusses aus dem Jahr 1848 als auch den begradigten heutigen Flussverlauf einschließt. Alle in der Altkarte verzeichneten Wasserläufe befinden sich in Gleyzonen. In anderen feuchten Tälern ist kein Bach kartiert – aber auch diese Gleyzonen wurden von Altwegen gemieden.

Für die Wegeberechnungen ist es notwendig, die Gleyflächen auf der Bodenkarte mit einer kleinen Pufferzone von 20 m zu umgeben, sonst könnten sehr schmale Gleybänder durch einen Einzelschritt des errechneten Weges einfach übersprungen werden. Die rot gestrichelten Routen in Abbildung 7 sind mit der Kostenfunktion für Fußgänger und mit einem Kostenfaktor von 10 für Gleyzonen errechnet. Auch die lila gestrichelten Strecken berücksichtigen die Gleyzonen, doch wurde in diesem Fall die Kostenfunktion mit einer kritischen Steigung von 12% verwendet.

Das oben vorgestellte Kostenmodell bildet die Grundlage für die Umfeldberechnungen in Abbildung 2, die hier als Abbildung 9 noch einmal gezeigt wird. In dieser Abbildung entspricht die innere, rote Linie einem Umfeld von 1 km auf ebenem, trockenen Gelände, der Grenzwert für die äußere, hellgelbe Linie liegt bei 5 km. Bei beiden Siedlungspunkten beeinflussen die Wasserläufe die Form der Umfelder erheblich. So ist das 1-km-Umfeld von Wipperfürth eher oval als rund. Der zentrale Punkt, der im östlichen Bereich des Marktplatzes gewählt wurde, liegt nicht in der Mitte des inneren Umfeldes sondern im Norden. Die Wupper bildet hier eine natürliche Grenze, aber auch der Weinbach im Westen sowie der Gaulbach im Osten formen das 1-km-Umfeld.

Dieses innere Umfeld hat eine Fläche von 48 Hektar, das 5-km-Umfeld umschließt 2216 Hektar. Das 1-km-Umfeld von Lindlar wird von dem Wasserlauf der Lennefe quasi eingeschnürt. Eine solche Einschnürung ist auch beim 2-km-Umfeld noch deutlich erkennbar. Das kleinste Umfeld ist mit 99 Hektar ziemlich genau doppelt so groß wie das innerste Umfeld von Wipperfürth, das äußerste ist mit 2666 Hektar jedoch nur um etwa 20% größer als das entsprechende Umfeld von Wipperfürth. Es sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, dass diese Berechnungen auf der Grundlage von modernen Geländedaten erfolgten, so dass insbesondere die Ergebnisse für Lindlar nur mit Vorsicht ausgewertet werden können, da sich einige Abbaugebiete in der Nähe der Siedlung befinden.

Abbildung 9 zeigt verschiedene Umfeldradien für die beiden betrachteten Siedlungen. Doch welcher Radius ist der Richtige? Für Bauernkulturen werden häufig Umfelder mit einem Radius von 5 km betrachtet bzw. einer Gehzeit von 60 Minuten, doch in Mitteleuropa kommen auch sehr kleine Radien von 750 m zur Anwendung (Zimmermann et al. 2009; Posluschny 2010). Orientiert man sich an den Regelabständen, die für die räumliche Verteilung von frühmittelalterlichen Siedlungen am Niederrhein bzw. für die Kirchen des Liber Valoris im 13. Jahrhundert ermittelt wurden (Siegmund 2009), ergeben sich andere Werte: Demnach weisen frühmittelalterliche Fundstellen typischerweise Entfernungen zwischen 2,25 und 3,25 km auf, während der Abstand der Kirchen um 1300 meist zwischen 3,25 und 4,75 km liegt.

Da die Landschaft am Niederrhein vergleichsweise flach ist, also die Wegekosten wenig variieren, sind diese Abstände gute Schätzwerte für Umfelddurchmesser. Es kann somit keine allgemeine Empfehlung für die Wahl der Umfeldgröße gegeben werden. Diese hängt von der archäologischen Fragestellung und der Zeitstufe der betrachteten Fundplätze ab.

Im vorherigen Abschnitt wurde die Wahl der Umfeldgröße diskutiert. Tatsächlich ist eher eine fließende Grenze zu erwarten, denn in vielen Fällen verringert sich die Intensität der Nutzung einer Fläche mit zunehmendem Abstand von der zugehörigen Siedlungsstelle. Das heißt, dass die inneren Umfelder wichtiger sind als die äußeren. Diese Idee ist die Basis eines Modells, mit dem Erreichbarkeit errechnet werden kann. Im einfachsten Fall gilt es punktförmige Ziele wie Rohstoffquellen zu erreichen. Dann kann man Umfelder berechnen, die für jeden Punkt im Umfeld angeben, mit welchem Aufwand der zentrale Punkt zu erreichen ist. Durch eine Gewichtung ist es zusätzlich möglich, der Qualität oder der Ergiebigkeit der Rohstoffquelle Rechnung zu tragen.

Wenn sich die Umfelder mehrerer Rohstoffquellen überlappen, ist das einfachste Modell, jeden Punkt eindeutig der jeweils am besten zu erreichenden Quelle zuzuordnen. Somit entsteht eine Karte, bei der sich die Einzugsbereiche der Rohstoffquellen nicht überschneiden. Bei archäologischen Fundstellen ist jedoch häufig Material aus mehreren Quellen nachweisbar. Dann ist ein Modell sinnvoller, das in der Überlappungszone die Erreichbarkeitswerte kombiniert (Herzog 2011).

Abbildung 10 ist ein Beispiel für eine solche Erreichbarkeitskarte. Blaue Dreiecke markieren Quellen, d.h. Endpunkte von Wasserläufen, die auf der Altkarte von 1848 verzeichnet sind. Die Wasserläufe sind als graue Linien dargestellt. Für jede einzelne Quelle wurde ein Umfeld mit einem Radius errechnet, der dem Aufwand für die Bewältigung einer flachen Strecke von 1 km entspricht. Die Erreichbarkeit der Quelle ist am Ort der Quelle am höchsten und sinkt mit zunehmendem Abstand von der Quelle. Nach dem hier gewählten Modell werden die Erreichbarkeitswerte in den Überschneidungszonen mehrerer Quellenumfelder addiert. Deshalb ist die Karte dort intensiv blau gefärbt, wo mehrere Quellen dicht beieinander liegen. An weißen Flecken übersteigt der Aufwand zur nächsten Quelle denjenigen, der für eine flache Strecke von 1 km benötigt wird. Rote Punkte markieren Siedlungen, deren Ersterwähnung vor 1350 erfolgte (Pampus 1998).

Die beiden frühesten Siedlungen im Kartenausschnitt sind Hückeswagen (Ersterwähnung: 1085) am linken Kartenrand und Wipperfürth in der Südhälfte der Karte. Beide Siedlungen liegen an der Wupper, wobei sich Wipperfürth nicht im Umfeld von Quellen befindet. Sicherlich ist die Kartierung der Quellen aufgrund der Altkarte von 1848 nicht optimal und die Zahl der betrachteten Siedlungen zu klein, um aus dieser Karte generelle Aussagen über das mittelalterliche Siedlungsmuster im Bergischen Land ableiten zu können. Es geht bei diesem Beispiel vielmehr darum, eine Methode zur Gewinnung solcher Aussagen vorzustellen bzw. bisher bekannte Verfahren zu verbessern.

Abbildung 11 zeigt eine generelle Erreichbarkeitskarte, im Kartenausschnitt verläuft der Polizeiweg in der westlichen Hälfte und trifft in Wipperfürth auf die Bergische Eisenstraße, die die Wupper in Wipperfürth quert. Orange-farbige Bereiche sind auf dem Landweg gut, dunkelblaue Flächen vergleichsweise mühsam zu erreichen. Grundlage für die Berechnung einer solchen Karte ist ein gleichmäßiges Raster von Punkten, die im Rechenverfahren als Rohstoffquellen betrachtet werden. In einer topographisch unstrukturierten Landschaft sollten all diese Rohstoffquellen gleich gut zu erreichen sein, so dass eine einheitlich gefärbte generelle Erreichbarkeitskarte entsteht.

Doch in Abbildung 11 sind deutliche Unterschiede in Bezug auf die generelle Erreichbarkeit zu sehen. Zu erwarten ist, dass die alten Handelsrouten in den Zonen hoher Erreichbarkeit verlaufen. Dies trifft sowohl für den Polizeiweg als auch für die Bergische Eisenstraße zu – jedenfalls im Bereich südöstlich von Wipperfürth. Nordwestlich von Wipperfürth durchquert die Eisenstraße eine große Zone mit niedrigen Erreichbarkeitswerten. Insgesamt orientiert sich die Bergische Eisenstraße im Kartenausschnitt sehr stark an der Wupper. Es könnte sein, dass der Flusstransport auf der Wupper eine parallele Straße erforderte oder entstehen ließ, wobei Zonen niedriger Erreichbarkeit in Kauf genommen wurden.

Die frühen Siedlungen bis 1350 liegen vor allem im südwestlichen Bereich in Zonen hoher Erreichbarkeit. Doch in Abbildung 11 sind auch viele auf dem Landweg schwer zu erreichende Siedlungen verzeichnet, meist in unmittelbarer Nähe zu einem Wasserlauf. Dies legt die Vermutung nahe, dass insbesondere die breiteren Wasserläufe wie Wupper und Sülz eine wichtige Rolle in der mittelalterlichen Besiedlungsgeschichte des Bergischen Landes spielen.