|
Einleitung:
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines bilateralen Ausbildungsprogramms einer fachbezogenen Partnerschaft mit Entwicklungsländern des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD). Es wird seit 01.01.2003 zwischen dem Geographischen Institut der Universität Leipzig und der hydrologischen Abteilung der Fakultät für Geographie der Universität Habana durchgeführt. Das Ausbildungsprogramm leiten Prof. Dr. Hans Neumeister (Leipzig) und Prof. Dr. Iván Gonzáles Piedra (Habana) unter dem Fachbezug Geoökologie. Das Thema lautet "Nachhaltige Entwicklung, Bewirtschaftung und Schutz agrarisch, forstwirtschaftlich, wasserwirtschaftlich und touristisch genutzter Landschaften."
Im Vorfeld wurde am 05.02.2002 von Seiten der Universität Habanas zwei deutschen Studenten das Angebot unterbreitet, ihre Abschlussarbeiten über ein hydrologisches Einzugsgebiet in Cuba anzufertigen. Als Untersuchungsgebiet wurde das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar im suburbanen Raum Habanas vorgeschlagen. In Zusammenarbeit mit der Universität Habana wurden Probleme benannt, die für eine Bearbeitung in Frage kommen. Darauf aufbauend ist ein Arbeitskonzept erstellt worden. Die notwendige Datengrundlage für die Bearbeitung wurde in einem dreimonatigen Aufenthalt in Habana während des Zeitraumes vom 29.11.2002 bis 28.02.2003 gelegt.
Ein wesentliches Problem stellten behördliche Beschränkungen bei der Bereitstellung von Daten und Messwerten für Ausländer in Cuba dar. Da die offiziell verfügbaren Datensätze für die Untersuchungsziele ungenügend waren, sind in eigener Feldarbeit Messwerte ermittelt und über mathematische Modelle abgeleitet worden. Hierfür wurde von der Universität Habana ein mathematisch hydrologisches Modellsystem vorgeschlagen, deren Brauchbarkeit durch eine Anwendung geprüft werden sollte.
Die Arbeit soll den Partnern des Lehrprojektes der Universität Habana Techniken und Methoden für Lehre und Ausbildung nach dem geoökologischen Ausbildungskonzept der Universität Leipzig vorführen. Die Aussagefähigkeiten und -grenzen des bereitgestellten hydrologischen Modellsystems für die Analyse hydrologischer Einzugsgebiete soll gezeigt werden. Die Ergebnisse sollen den zuständigen Behörden vertiefende Informationen über den Untersuchungsraum bereitstellen und nützliche Hinweise bei der aktuellen und zukünftigen Bewältigung von Nutzungskonflikten geben.
Problemstellung:
Durch die fast vollständige Abholzung in den letzten Jahrhunderten in der stadtnahen Umgebung von Habana und der hydrogeographischen Situation, dass der Untergrund überwiegend aus wasserdurchlässigen Kalksteinen aufgebaut ist, ergibt sich für die landwirtschaftliche Nutzung der Wasserressourcen eine prekäre Situation. Dies wird durch seltene extreme hydrometeorologische Ereignisse, die in den Sommermonaten und im Herbst auf Cuba ein Charakteristikum darstellen, in verheerender Weise verstärkt. Zu diesen Ereignissen zählen Hurrikane sowie Stark- und Dauerniederschläge.
Wie in vielen Metropolen der Entwicklungsländer, ist das stetige Wachstum der Bevölkerung Habanas mit einer Zunahme des Flächendrucks korreliert, was zukünftig eine Verknappung der für die landwirtschaftliche Produktion zur Verfügung stehenden Fläche erwarten lässt. Die intensive landwirtschaftliche Nutzung zum Zwecke der Ernährungssicherung ist darum dringendes Problem.
Dies verlangt einen optimalen Umgang mit den zur Verfügung stehenden Wasserressourcen ohne die Systemstabilität des Landschaftsraumes zu stören. Deshalb ist die Suche nach ressourcenschonenden und umweltverträglichen Nutzungsformen des Wassers in der Umgebung von Habana, die der Stabilität des Landschaftssystems nicht abträglich sind, notwendig. Die Forderung nach einer intensiven aber auch systemstabilen landwirtschaftlichen Bewirtschaftung des Wassers ist Grundlage für die Erarbeitung eines Leitbildes.
Als Leitbild meiner Untersuchung habe ich die Schaffung bzw. Sicherung eines beständig stabilen Landschaftssystems durch angepasste Nutzungsformen der zur Verfügung stehenden Wasserressourcen gewählt, um die Leistungsfähigkeit des Landschaftshaushaltes als Lebensgrundlage für die Menschen dieses Raumes jetzt und in Zukunft zu erhalten. Das Funktionieren von Landschaftsökosystemen ist auf dem "...organisierten Zusammenwirken der ihnen jeweils angehörenden Lebewesen..." angewiesen (HABER 1992). Der Mensch hat sich jedoch "...von diesem organisierten Zusammenwirken weitgehend entfernt und deshalb die Fähigkeit einer nachhaltigen Lebensweise verloren...". (GRABAUM 1996). Deshalb halte ich die Forderung nach systemstabilen Nutzungsformen landschaftlicher Ressourcen für besser geeignet, da die nachhaltige Nutzung dieser Ressourcen praktisch nicht umsetzbar ist.
Die Hauptaufgabe landschaftsökologischer Untersuchungen besteht demnach in der "...Erhaltung oder Wiederherstellung der Stabilität der Ökosysteme in der Landschaft, denn je höher die auf biotische Regulation und Regeneration beruhende Stabilität ist, desto geringer ist der zur Erhaltung des Zustandes und der Nutzungseignung erforderliche gesellschaftliche Aufwand an Arbeit, Energie und Material zur Kompensation von Störungen." (BASTIAN & SCHREIBER 1994).
Hinzu kommen Konflikte durch unterschiedliche Wertvorstellungen und Nutzungsansprüche der verschiedenen Nutzergruppen an die jeweiligen Landschaftssysteme, die es zu berücksichtigen gilt. So erfordern die Verhältnisse und Dringlichkeiten Cubas andere Prioritäten als die für die Industrieländer definierten. Steht dort die Schaffung landschaftlicher Ästhetik, das Erholungspotential und der Freizeitwert von Landschaftsräumen im Vordergrund, hat für Cuba die Ernährungssicherung der Bevölkerung absoluten Vorrang.
Inhaltsverzeichnis:
|
| 1. |
Rahmen der Untersuchung |
1
|
| 2. |
Problemstellung und Nutzungsleitbild |
2
|
| 3. |
Ziele, Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit |
4
|
| 4. |
Bearbeitungsebenen und Datenanforderungen |
5
|
| 5. |
Steuerbereich: Das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar |
8
|
| 5.1 |
Gewässer und Relief |
9
|
| 5.2 |
Klima und Witterung |
11
|
| 5.3 |
Gestein und Boden |
13
|
| 5.4 |
Vegetation und Landnutzung |
14
|
| 6. |
Fokusbereich: Das hydrologische Subeinzugsgebiet des Cacaosees |
16
|
| 6.1 |
Geologischer Untergrund, Boden und Relief |
16
|
| 6.2 |
Gewässer, aktuelle Vegetation und Landnutzung |
17
|
| 6.3 |
Eintrag, Umsatz und Austrag von Wasser und wassergebundenen Stoffen |
20
|
| 7. |
Prozessbereich: Wasserdynamik im hydrologischen Subeinzugsgebiet des Cacaosees |
22
|
| 7.1 |
Grundlegendes zu Modellen |
22
|
| 7.1.1 |
Mathematische hydrologische Modelle |
23
|
| 7.2 |
Methodenbeschreibung und Methodendiskussion |
25
|
| 7.2.1 |
SCS Curve Number Model (USDA 1986) |
25
|
| 7.2.1.1 |
Modellaufbau und Parameterbestimmung |
27
|
| 7.2.1.2 |
Allgemeine Wertung der Eignung |
27
|
| 7.2.2 |
Kinematic Wave Model (USACE 1979) |
29
|
| 7.2.2.1 |
Berechnung des Oberirdischen Abflusses |
29
|
| 7.2.2.2 |
Berechnung des Kanalabflusses |
30
|
| 7.2.2.3 |
Modellaufbau und Parameterbestimmung |
31
|
| 7.2.2.4 |
Allgemeine Wertung der Eignung |
32
|
| 7.2.3 |
Level Pool Model (USACE 2000) |
33
|
| 7.2.3.1 |
Modellaufbau und Parameterbestimmung |
34
|
| 7.2.3.2 |
Allgemeine Wertung der Eignung |
34
|
| 7.2.4 |
Steady Flow Analysis (USACE 2002) |
34
|
| 7.2.4.1 |
Modellaufbau und Parameterbestimmung |
35
|
| 7.2.4.2 |
Allgemeine Wertung der Eignung |
36
|
| 7.3 |
Spezielle Datenanforderungen für die eigene Modellbildung |
36
|
| 7.3.1 |
Ableitung des digitalen Geländemodells |
38
|
| 7.3.2 |
Ableitung der Niederschlagsdaten |
38
|
| 7.3.3 |
Ableitung der Abfluss-Kurvennummern |
39
|
| 7.3.4 |
Ableitung der Oberflächenrauhigkeitswerte und deren Verteilung |
40
|
| 7.3.5 |
Ableitung des Versiegelungsgrades |
40
|
| 7.3.6 |
Ableitung des potentiellen Speichervolumens |
40
|
| 7.4 |
Datenaufbereitung und eigene Modellanwendung |
41
|
| 7.4.1 |
Erstellung des Schemas und der topographischen Parameter |
43
|
| 7.4.2 |
Abfluss- und Speichersimulation |
44
|
| 7.4.3 |
Erstellung der geometrischen Parameter |
45
|
| 7.4.4 |
Hochwassersimulation und Ausweisung hochwassergefährdeter Bereiche |
47
|
| 7.5 |
Ergebnisse und Ergebnisdiskussion |
47
|
| 7.5.1 |
Abflusssimulation |
48
|
| 7.5.2 |
Speichersimulation |
52
|
| 7.5.3 |
Flutsimulation |
55
|
| 7.5.4 |
Ergebnisdiskussion |
59
|
| 7.5.4.1 |
Aussagefähigkeit und -optimierung |
60
|
| 8. |
Prozessbereich: Wassergebundene Stoffdynamik im hydrologischen Subeinzugsgebiet des Cacaosees |
65
|
| 8.1 |
Eutrophierung in den Tropen |
66
|
| 8.2 |
Feld- und Laboranalytik |
67
|
| 8.2.1 |
Kartierungen |
67
|
| 8.2.2 |
Messungen |
68
|
| 8.3 |
Ergebnisse und Ergebnisdiskussion |
70
|
| 8.3.1 |
pH-Wert |
71
|
| 8.3.2 |
Elektrische Leitfähigkeit |
72
|
| 8.3.3 |
Sauerstoff |
73
|
| 8.3.4 |
Stickstoff |
75
|
| 8.3.5 |
Phosphat |
76
|
| 8.3.6 |
Calcium |
78
|
| 8.3.7 |
Sulfat |
79
|
| 8.3.8 |
Magnesium |
80
|
| 8.3.9 |
Eintragsquellen für wassergebundene Stoffe |
81
|
| 8.3.10 |
Schlussfolgerungen |
85
|
| 9. |
Literaturverzeichnis |
87
|
| 10. |
Tabellenanhang |
93 |