Internationale WasserforschungsAllianz Sachsen

Landbedeckung und Landnutzung

Einleitung

Regionaler Klimawandel, hohes Bevölkerungswachstum und Veränderungen in der Landnutzung beeinflussen beträchtlich die Wasserressourcen des Bundesdistriktes Brasília. Speziell der Bevölkerungszuwachs im Umland von Brasília führte zu einem beträchtlichen Anstieg des Bedarfs an Flächen und Wasser in den letzten Jahrzehnten. Der prognostizierte Wasserbedarf wird in naher Zukunft die verfügbare Wassermenge überschreiten. Diese Situation kann durch Veränderung der klimatischen Bedingungen, beispielsweise Ausdehnung der Trockenperioden und Verschlechterung der Wasserqualität aufgrund intensiverer Landnutzung und einem höheren Anteil urbanen Abwassers, noch verstärkt werden.

In Anbetracht der Tatsache, dass die Wasserversorgung der Hauptstadt Brasília und des Bundesdistrikts hauptsächlich (~70%) aus Oberflächenwasser der Trinkwasserreservoirs erfolgt, wird in Zukunft die Wasserversorgung stärker durch Einträge von Sedimenten und Nährstoffen sowie Wasserknappheit in der Trockenzeit beeinträchtigt. Der Forschungsansatz innerhalb des Teilprojektes beinhaltet die Simulation der Auswirkungen von Landnutzungsänderungen, Urbanisierung und Klimawandel auf die Wasserqualität (Sedimente und Nährstoffe) und Wasserquantität (Ausprägung der Trockenzeiten).

Dabei wird ein zweiskaliger Ansatz verfolgt: Einflüsse von Landnutzungsänderungen und Klimawandel werden auf einer Skala mittlerer räumlicher Auflösung quantitativ abgeleitet und simuliert. Für die Flusseinzugsgebiete erfolgt die Analyse auf einem räumlich höher aufgelösten Skalenniveau. Die Ergebnisse werden kombiniert und für die Entwicklung von Vorschlägen für Vorsorgemaßnahmen in den Einzugsgebieten verwendet.

Ziele

• Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Landnutzung, Bodenversiegelung und Wasserkreislauf in Bezug auf qualitative und quantitative Konsequenzen in Landnutzungs- und Klimaszenarien
• Entwicklung von Anpassungsstrategien zum Schutz der nachhaltigen Wasserversorgung in der Region
• Analyse und Modellierung des raum-zeitlichen Stadtwachstums
• Entwicklung von Urbanisierungsszenarien und Abschätzung von deren Effekten auf den Wasserkreislauf
• Entwicklung einer GIS-basierten nachhaltigen Landnutzungsstrategie unter Berücksichtigung von Migration und Klimawandel

Methoden und Datengrundlage

• Analyse des urbanen Wachstums in Raum und Zeit mittels Modellansätze zur Simulation und Entwicklung von Szenarien zum Stadtwachstum mit seinen vielseitigen Konsequenzen auf den hydrologischen Kreislauf im Distrito Federal und den umliegenden Regionen. Untersuchung der Dynamik des urbanen Wachstums unter Berücksichtigung der räumlichen Ausprägung, Richtung und Geschwindigkeit.
• Analyse und Begutachtung der aktuellen land- und forstwirtschaftlichen Nutzung sowie die Charakterisierung des Stoff- und Wasserkreislaufs.
• Durchführung einer Vulnerabilitätsanalyse für urbane und land/forstwirtschaftliche Nutzung.
• Modellierung des Abflusses und Quantifizierung der Einflüsse auf Sedimentablagerung und Wasserqualität für urbane Räume, land- und forstwirtschaftliche Flächen und offenen Boden (mit SWAT, WEPP).
• Entwicklung von GIS-basierten nachhaltigen Landnutzungsstrategien zur Optimierung von Umwelteinflüssen und Erarbeitung von Planungsinstrumenten im Hinblick auf Migrations- und Klimawandelszenarien.
• Erarbeitung von Stadtstrukturtypen für Brasília-DF im Hinblick auf nachhaltige Wasserversorgung für die Zukunft.
• Analyse von Indikatoren für die urbane Sozialstrukturen und Empfehlungen für eine nachhaltige urbane Entwicklung unter Berücksichtigung von räumlich differenziertem Wasserverbrauch und -verschmutzung.

Testgebiete

Der Untersuchungsraum Pipiripau mit einer Fläche von 21300 ha wurde für die Kalibrierung und Anpassung des SWAT-Modells ausgewählt.

Planaltina als eine der ältesten sehr dynamischen Städte im DF wurde zur Entwicklung und Anpassung des Regelwerks für die Strukturtypenanalyse ausgewählt. Für diese Satellitenstadt sind die Zensusdaten von 2000 hinsichtlich sozio-demographischer und sozio-ökonomischer Parameter ausgewertet worden. Das Untersuchungsgebiet ist mit sehr hochaufgelösten Quickbird Satellitenbildern abgedeckt. Dies ermöglicht die Überlagerung von Landnutzungsparametern mit Informationen zur sozialen Ausprägung, auf deren Grundlage Empfehlungen für eine nachhaltige Stadtentwicklung abgeleitet werden können.

Daten (Auswahl)

Die Analyse auf zwei verschiedenen Skalenniveaus erfordert unterschiedliche Datengrundlagen. Deshalb wurden Fernerkundungsdaten mit sehr hoher und mittlerer geometrischer Auflösung für die Auswertung verwendet. Der Einsatz zusätzlicher GIS Informationen, Zensusdaten und hydro-meteorologisch Daten verbessert die Analyse der Landnutzungsänderung und unterstützen die Validierung der Ergebnisse.

Fernerkundungsdaten – hohe/sehr hohe räumliche Auflösung:

Fernerkundungsdaten – mittlere räumliche Auflösung:

Zusätzliche Daten:

• Digitales Höhenmodell
• Hydro-meteorologische Daten (Temperatur, Niederschlag, Abfluss)
• Zensusdaten
• Ökonomische Parameter

Beteiligte Arbeitsgruppen

• F. Bakker, Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal – Brasília (CAESB)
• Prof. Makeschin, PD. Dr. C. Lorz, Technische Universität Dresden (TUD), Institut für Bodenkunde und Standortslehre
• Prof. H. Roig, Universidade de Brasília (UnB), Department of Geosciences
• R. Höfer, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ - Leipzig, Department Grundwassersanierung