Upload
armin-neuburger
View
106
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Ansätze zur Optimierung der Land - und Wassernutzung in ökologisch stark geschädigten Landschaften am Beispiel der Aralsee - Region auf der Grundlagevon GIS
Referent: Claudius Laumen
Seminar zur Geoinformation WS 2000/2001
Datum: 06.11.2000
Politische Übersicht
Der Aralsee:
- liegt in Kasachstan und
Usbekistan;
- 700 km östlich vom
Kaspischen Meer;
Maßstab 1:72 000 000
Physische Übersicht
•Tiefland von Turan;
•Zuflüsse:
Amu-Darja und Syr-Darja;
•Wüsten:
Karakum, Kysylkum;
•Bewässerungskanal
„Kara-Kum“ (1.300 km);
•Amu-Darja-Delta;
Maßstab: 1:16 000 000
Problem: Aralseeschrumpfung
- Verlandung des Aralsees seit 1960
Ausmaß der Verlandung:
- 1960 war der Aralsee der viertgrößte See der Welt;
- durch eine überhöhte Wasserentnahme aus seinen Zuflüssen reduzierte sich
der See auf 40% seiner ehemaligen Fläche, bei weniger als 20% seines
ursprünglichen Volumens;
1995 1996 Orange:3.900km²
Ursachen der Aralseeschrumpfung
•Anstieg des Bewässerungsfeldbaus von 3 Mio.
ha auf über 8 Mio. ha in der Aralsee- Region
im Zeitraum von 1960 bis 1989;
•Bau des 1300 km langen „Kara-Kum“-
Bewässerungskanals durch Turkmenistan im
Jahr 1956 (zusätzliche Wasserableitung aus
dem Amu-Darja);
•Hohe Wasserverluste durch die veralteten Bewässerungskanäle (Infiltration,
Evaporation);•Hoher Wasserbedarf durch mehrmaliges jährliches „Auswaschen“ der
versalzten Böden;
Folgen der Verlandung des Aralsees (Amu-Darja-Delta)
•Verringerung der Fläche der natürlichen Seen und Feuchtigkeit im nördlichen
Teil des Amu-Darja-Deltas um mehr als 85%;
•Absinkender Grundwasserspiegel (3-8m) im nördlichen Teil des Deltas als
Folge der Seespiegelabsenkungen des Aralsees;
•Zunahme der Intensität der Staub -und Salzstürme bedingt durch Deflation
von den ehemaligen Seebodenflächen;•Neue Krankheitsbilder in der Bevölkerung (10% Säuglingssterblichkeit,
Typhus, Cholera);
•Reduktion des Fischfangs im Aralsee von 44000 t/a (1960) auf 0 t/a (1992);
•Rückgang der Produktivität in den Bewässerungsgebieten durch steigende
Bodenversalzung;
Lösungsansätze mit fernerkundungsgestützten GIS
•Wissenschafftliche Zielsetzung:
- Entwicklung eines Modells für das Amu-Darja-Delta, welches eine
optimale Verteilung der wichtigsten Kulturen Baumwolle und Reis
hinsichtlich wasserwirtschaftlicher und landwirtschaftlicher Rahmen-
bedingungen ermöglicht;
- Wassereinsparungsmöglichkeiten im Agrarsektor des Amu-Darja Deltas
durch eine partielle Substitution der Nutzpflanzen Baumwolle und Reis
mit alternativen Kulturen (z.B. Soja);
- Die Ergebnisse sollen eine Diskussionsgrundlage für die politischen
Entscheidungsträger und Planer vor Ort bieten.
Optimierung der Landnutzung im Amu-Darja-Delta
Landnutzungs- klassifikation
Klimadaten
Landnutzungs- karte
Berechnung des aktuellen Wasserbedarfs
Modellierung der optimalen Nutzpflanzenverteilung
Kanalsystem /Bodenqualität
Vegetationszyklen
Modelierung des landwirtschaftlichen Wasserbedarfs
FE-Daten GEO-Daten
Standortverträg- lichkeit
Landnutzungsklassifikation
•Datengrundlage:
Resurs-01 MSU-SK-Daten:
(Auflösung: 170m x 170m ; flächendeckend);
•Ableitung der verschiedenen Landnutzungen (Fläche und Verteilung)
aus spektralen Informationen;
•„Mischpixel“-Problems:
Spektrales Mischsignal verschiedener Landnutzungsobjekte;
•Vorteil von Satellitendaten: Abdeckung, hohe Aktualität;
Landnutzungskarte
Problem: Klassifikation von Reis
Ableitung phänologischer Parameter
•Aus NOAA-AVHRR-Daten erhält man eine mehrfach zeitliche Abdeckung
des Untersuchungsgebietes für jeden Monat;
•Auswertung durch die Berechnung von NDVI-Produkten;
(Normalized Difference Vegetation Index)
•NDVI als Maß für die photosynthetische Aktivität der Pflanzen;
•Ergebnis:
- Begrenzung des Deltas;
- Definition von Ausschluß-
flächen;
Ableitung phänologischer Parameter
•Darstellung von NDVI-Diagrammen ermöglicht pflanzenspezifische
Wachstumsprofile;
•Ergebnis:
•Verbesserung der Reis-Klassifikationsgenauigkeit von Resurs-01
MSK-SK-Daten um 10%;
•Differenzierung der einzelnen Landnutzungsklassen;
Bewertung des Deltas nach GEO-Faktoren
- Kosten als Funktion der Distanz vom Wasserlieferanten und der Länge
des Transportweges zu den Feldern;
- Wasserverluste, infolge veralterter Bewässerungssysteme als Kosten-
faktor;
- Höhere Gewichtung der Nebenbewässerungskanäle;
•Bewertung des Bodens:
Bodentextur und Salzgehalt der Böden;
- Ermittlung der relativen Bewässerungskosten aus den Transportwegen
(Kanäle) vom Amu-Darja zu den umliegenden Bewässerungsfeldern;
•Bewertung des Bewässerungssystems:
Wasserwirtschaftliche Bewertung
•Ergebnis der Kostenanalyse:
Modellierung der Nutzpflanzenverteilung
•Zuordnung von Eignungsklassen:
- Funktionelle Abhängigkeiten von Geofaktoren auf Wachstum und Ertrag
der Nutzpflanzen (Bodentextur, Salzgehalt, Grundwasserstand);
•Gewichtung der Geofaktoren gemäß ihres Anteils am Gesamteinfluß:
- Bewertung der Faktoren hinsichtlich ihres Einflusses auf die Standort-
bedingungen für eine bestimmte Nutzungsart;
- geeignete Anbaufläche liegt im Optimumbereich aller Geofaktoren;
•Multi-Criteria-Evaluation (MCE);
•Intergration der Ausschlußflächen
Modellierung der Nutzpflanzenverteilung
Eignungspotential Baumwolle Eignungspotential Reis
Modellierung der Nutzpflanzenverteilung
•Anteil der Baumwoll -und Reisanbauflächen an den Eignungsklassen
Wassereinsparungsmöglichkeiten
•Modernisierung der Bewässerungsstruktur;
- Berücksichtigung der Infiltrationsverluste: 10 km3/a;
•Einführung von „Water-Pricing“-Modellen;
•Reduktion der Wasserverluste aus dem Drainagesystem;
- 15 km3 Wüste;
•Substitution von Baumwolle und Reis durch Soja;
- 15% Reduzierung der unproduktiven Flächen 15-20 km3;
Schlußbemerkung
•Wassereinsparung von 20 km3
Seefläche: 23.000 km² ; Seespiegelhöhe: 33 m ü.M.
•Experimenteller Anbau von Soja auf selektiven Anbauflächen;
•GIS ermöglicht eine schnelle Visualisierung raumbezogener
Informationen, was bisher nur in zeitaufwendigen analogen Verfahren
möglich war;
•Erweiterung von GIS;
Ein usbekisches Sprichwort lautet:
„ “
...und bedeutet:
„Wo das Wasser endet, endet auch die Welt“
Datengrundlage und Materialsammlung als zentrales Problem
- z.B. thematische Karten, Statistiken
Diese werden über eine Digitalisierung in das System eingegeben;
•Probleme:
- Verfügbarkeit;
- unterschiedliche Maßstäbe;
- Abdeckungsgrad;
- schlechte Qualität des vorhandenen Kartenmaterials;
- hohe Datenunsicherheit;
•Art der Information: - Hydrologie (Bewässerungsnetz);
- Infrastruktur;
- Boden (Salzgehalt);
•Konventionelle Daten:
Datengrundlage und Materialsammlung als zentrales Problem
•Fernerkundungsdaten:
- republik-übergreifende Abdeckung;
- hohe Aktualität;
- multitemporaler Aspekt (Desertifikationsdynamik);
Für eine umfassende Beschreibung des Problems ist eine Kombination von konventionellen Daten mit aktuellen Fernerkundungsdaten erforderlich.
- flächendeckende Erfassung (z.B. Landnutzung)
Satellit Sensor Auflösung Zeit FlächenabdeckungNOAA AVHRR 1,1km x 1,1km 1985-1996
(ab 1994 monatlich)Ja
Landsat MSS 79m x 79m 1987 / 1989 NeinTM 30m x 30m 08/1994 Nein
Resurs MSU-SK 170m x 170m 07/1995,09/1996 JaMSU-E 45m x 33m 07/1995,09/1996 Nein