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