Zwischenbericht 2008 - Impetus

Transcription

IMPETUS
Westafrika
Integratives Management-Projekt
für einen Effizienten und Tragfähigen Umgang mit Süßwasser in
Westafrika:
Fallstudien für ausgewählte Flusseinzugsgebiete
in unterschiedlichen Klimazonen
Neunter Zwischenbericht
Zeitraum: 1.1.2008 - 31.12.2008
Ein interdisziplinäres Projekt der Universität zu Köln und der Universität Bonn
01. April 2009
IMPETUS
Koordinierende Institutionen
Universität zu Köln
Institut für Geophysik und Meteorologie
HD. Dr. habil A. Fink (Sprecher)
Kerpener Str. 13
D-50923 Köln
Universität Bonn
Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie
und Paläontologie
Prof. Dr. B. Reichert (Stellv. Sprecher)
Nussallee 8
D-53115 Bonn
Tel.: 0221-470 3819 / Fax: 0221-470 5161
E-Mail: andreas.fink@uni-koeln.de
Tel.: 0228-73 2490 / Fax: 0228-73 9037
E-Mail: b.reichert@uni-bonn.de
Kontaktadresse:
Universität zu Köln
Institut für Geophysik und Meteorologie
Dr. M. Christoph (Geschäftsführer)
Kerpener Straße 13
D – 50923 Köln
Telephon: (0221) 470 3690
Fax: (0221) 470 5161
E-mail: christoph@meteo.uni-koeln.de
IMPETUS
Inhaltsverzeichnis
Seite
I
Zusammenfassung
1
II
Spatial Decision Support Systems (SDSS)
9
II.1
Entwicklungsstand der SDSS/IS/MT
10
II.2
Entwicklungsstand des SDSS-Frameworks
12
II.3
Datenbanken
15
II.4
Implementierung des Geodatensystems in Projektländern
17
II.5
Internet
23
II.6
Capacity development im Teilprojetk C2
24
II.7
Literatur
26
III Stand der Problemkomplexe
27
III.1 Benin und seine Themenbereiche
III.1.1 Ernährungssicherung
27
27
PK Be-E.1 Landnutzung und Versorgungssicherung bei Ressourcenknappheit und Niederschlagsvariabilität
in Benin
29
PK Be-E.2 Auswirkungen von Landnutzungsänderungen, Klimaveränderungen und Pflanzenmanagement
auf Bodendegradation und Ernteertrag im oberen Ouémé-Einzugsgebiet
39
PK Be-E.3 Saisonale und langfristige Niederschlagsvorhersage in Benin und Einsatzmöglichkeiten in der
Landwirtschaft
48
PK Be-E.4 Ausweisung von geeigneten Standorten und nachhaltiges Management von Kleinstauseen für
die Landwirtschaft
57
PK Be-E.5 Land- und Wasserbedarf der Nutztierhaltung in Benin
63
PK Be-E.6 Erhaltung der natürlichen Produktionsgrundlagen unter Berücksichtigung des globalen Wandels
68
PK Be-E.7 Nutzungspotenzial von Inland-Valleys im Oberen Ouémé Einzugsgebiet
III.1.2
Hydrologie
PK Be-H.1 Wasserverfügbarkeit und Wasserverbrauch im Ouémé-Einzugsgebiet
78
88
89
PK Be-H.2 Wassernachfrage der Sektoren (Haushalt, Industrie und Landwirtschaft) unter Berücksichtigung
möglicher Wasserkonflikte
102
PK Be-H.3 Satellitenbasiertes Niederschlags-Monitoring System für die Anwendung in der Landwirtschaft
und Abflussvorhersage
III.1.3
Landnutzung
114
125
PK Be-L.1 Landnutzung und Landbedeckungsänderungen im Ouémé-Einzugsgebiet: Erfassung, Ursachen,
Prognosen, Maßnahmen
126
IMPETUS
PK Be-L.3 Einfluss der Landnutzungsänderung in den drei Untersuchungsregionen auf das zukünftige
Niederschlagsverhalten
136
PK Be-L.4 Ökovolumendynamik und Anpassung des Anbausystems an die Klimaänderung im OuéméEinzugsgebiet
PK Be-L.5 Nachhaltiges Feuermanagement für Ressourcenschutz mit Fernerkundung und GIS
III.1.4
Gesellschaft und Gesundheit
145
153
160
PK Be-G.1 Demographische Projektionen für das Ouémé-Einzugsgebiet
163
PK Be-G.2 Wassermanagement und institutioneller Wandel
170
PK Be-G.3 Existenzsicherung und Ressourcennutzung
178
PK Be-G.4 Risikoabschätzung des Auftretens von Malaria in Afrika unter dem Einfluss des beobachteten
und zukünftigen Klimawandels
190
PK Be-G.5 Bakteriologische und virologische Belastung von Trinkwasserquellen im oberen Ouémé
Einzugsgebiet
III.2 Marokko und seine Themenbereiche
III.2.1 Existenzsicherung
PK Ma-E.1 Ökonomische Aspekte des Wassermanagements im Einzugsgebiet des Drâa
PK Ma-E.2 Landwirtschaftliche Anbaustrategien in den Drâa-Oasen bei Wasserknappheit
III.2.2
Hydrologie
201
214
214
216
226
236
PK Ma-H.1 Natürliche und anthropogene Einflüsse auf die Dynamik von Wasserressourcen im DrâaEinzugsgebiet
237
PK Ma-H.2 Wechselwirkungen zwischen Wassernutzungsstrategien und den Grundwasser- und
Bodenverhältnissen im mittleren Drâa-Tal
245
PK Ma-H.3 Saisonale Abflussprognosen aus der Schneeschmelze für das Management des Mansour
Eddahbi Stausees
253
PK Ma-H.5 Auswirkung von Klimawandel und veränderter Wassernutzung auf den Niederschlag und die
Verdunstung
III.2.3
Landnutzung
PK Ma-L.1 Strategien der Landnutzung unter limitierten Wasserressourcen im Zentralen Hohen Atlas
263
272
273
PK Ma-L.2 Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf die Resilienz und
Regenerationsfähigkeit der Vegetation in Südmarokko
288
PK Ma-L.3 Risiken und Gefahren durch extreme Niederschläge: Überflutungen und Bodenerosion im
Drâatal
III.2.4
Gesellschaft
PK Ma-G.1 Bevölkerungsdynamik im Einzugsgebiet des Drâa
302
312
312
PK Ma-G.2 Wasser- und Weidenutzung im Spannungsfeld zwischen traditionellen Entscheidungsprozessen
und staatlichen Institutionen
IV
Kommunikation von wissenschaftlichen Ergebnissen: Der IMPETUS Atlas
322
334
Zusammenfassung
IMPETUS
1
I Zusammenfassung
Seit Beginn der 3. Projektphase liegt das Hauptaugenmerk von IMPETUS auf der Entwicklung und
Implementierung von räumlichen Entscheidungsunterstützungssystemen (Spatial Decision Support
Systems = SDSS) vor Ort. Diese in der Regel Computer-basierten Systeme gewährleisten Entscheidungsträgern (Stakeholder) Entscheidungsunterstützungen und Handlungsoptionen für verschiedene
Aspekte des Süßwassermanagements. Die Erstellung der SDSS konnte im Berichtszeitraum
1.1.2008 – 31.12.2008 größtenteils mit einer lauffähigen β-Version abgeschlossen werden. Bei den
durch IMPETUS bereitgestellten Werkzeugen kann es sich im Einzelfall auch um ein Informationssystem (IS) oder um ein Monitoring Tool (MT) handeln. Ersteres System ist starr, d.h. es werden in
erster Linie Informationen generiert und visualisiert, aber es beinhaltet kein Modell, das eine Neuberechnung bei veränderten Rahmenbedingungen zuließe. Ein Monitoring Tool stellt dagegen ein
Satelliten-gestütztes Überwachungssystem des quasi-augenblicklichen Zustands der kontinentalen
Hydrosphäre bzw. Biosphäre dar. Entsprechend der im Fortsetzungsantrag zur 3. Phase in Kapitel
III definierten Rahmenbedingungen wurden die verschiedenen SDSS/IS/MT zentral konzipiert und
in das SDSS framework eingebettet. Mit Vertretern aus Politik, staatlichen Behörden und Nichtregierungsorganisationen wurden zahlreiche Gespräche geführt, um die Vorgehensweise bei der operationellen Umsetzung abzustimmen. Parallel dazu fanden zweimal im Jahr Sitzungen des jeweiligen Steuerungsgremiums (Comité de Pilotage) vor Ort statt, die ebenfalls der Information und Absprache mit Stakeholdern dienten. Eine detaillierte Planung über den Fortgang der Arbeiten zu den
SDSS sowie zu den dazugehörigen Schulungen im Rahmen des Capacity Developments wird seit
2006 in Form sog. Roadmaps laufend aktualisiert und auf den Internetseiten des Projekts veröffentlicht. Neben der weitgehenden Fertigstellung der raumbezogenen Entscheidungsunterstützungssysteme SDSS/IS/MT wurden im vergangenen Jahr deren Übergabe in die Partnerländer vorbereitet,
die Hardwareausstattung verschiedener Partner verbessert, die gesammelten Projektdaten und ergebnisse in eine nutzerfreundliche Softwareumgebung, das SDSS framework, implementiert und
deren Nutzung und Anwendung in Schulungen erstmals vermittelt. Darüber hinaus wurden die Arbeiten an der Projektdatenbank (inkl. Geodatenbank und Metadatenbank), am Internetauftritt weiter
vorangetrieben sowie eine vollständige Neubearbeitung des IMPETUS-Atlas bewerkstelligt. Die
IMPETUS-Atlanten für Marokko und Benin sind dafür konzipiert, eine Brücke zwischen den Wissenschaftlern und den aktuellen sowie potentiellen Nutzern der wichtigsten während der Projektlaufzeit gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse zu schlagen. Auch bei der Neuauflage lag
daher neben dem wissenschaftlichen Wert der Anspruch auf einer gut verständlichen und ansprechenden Form. Dies wurde sowohl für die Druckversionen (Englisch, Französisch) unter Beachtung
guter Layout-Standards als auch bei der Neuentwicklung des Digitalatlas (Englisch, Französisch,
Deutsch) mit open source software verwirklicht. In den Partnerländern wurden die Atlanten u.a.
auch durch die GTZ sehr interessiert aufgenommen.
In den einzelnen Problemkomplexen wurden folgende herausragende Fortschritte für Benin erzielt:
Die im Themenbereich „Ernährungssicherung“ in Benin zusammengefassten PKs (Be-E.1 bis BeE.7) befassen sich vordringlich mit den ökonomischen und ökologischen Voraussetzungen der Nahrungsmittelproduktion. Im PK Be-E.1 wurden die BenIMPACT-Projektionen zur künftigen Nahrungsproduktion und –versorgung in Benin für den Zeitraum bis 2025 fortgesetzt. Im Vordergrund
stand die Endogenisierung von Pflanzenerträgen in Abhängigkeit von der Mineraldüngerverwen-
Zusammenfassung
IMPETUS
2
dung. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass eine Ausweitung der steuervergünstigten Abgabe von NPK-Dünger wesentlich dazu beitragen kann, das absehbare Nahrungsmitteldefizit in Benin
zu verringern und gleichzeitig die Entwaldung sowie die damit einhergehende Bodendegradation zu
bremsen. Die Ergebnisse der Szenarien können in einem für BenIMPACT erstellten SzenarioViewer eingesehen und aufbereitet werden. Im PK Be-E.2 wurden einerseits die Optionen für die
Parametrisierung der Anbaumaßnahmen im SDSS PEDRO aufgrund der Nutzeransprüche und der
inhaltlichen Konsistenz ausgedehnt und andererseits die Kalibrierung des Systems für die Ertragsabschätzung von Yams und Mais auf der Feld- bzw. auf der Gemeindeebene weiter vorangetrieben.
Die Nutzerführung innerhalb des SDSS und eine Bedienungsanleitung wurden in drei Sprachen
fertig gestellt. Erste Szenarienrechnungen wurden durchgeführt und die Ergebnisse sowohl während
wissenschaftlicher Tagungen und Stakeholdertreffen vorgestellt als auch als Eingabegrößen an das
Modell BenImpact (siehe PK Be-E.1) eingebaut. Das vom PK Be-E.3 geplante SDSS PREMA für
die saisonale Vorhersage des Monsunverlaufs über Westafrika befindet sich noch in der Bearbeitung der statistischen Einzelelemente. Allerdings taucht das Problem auf, dass der zur Berechnung
der Klimamodelle nötige eingeplante Großrechner für mehrere Monate nicht verfügbar sein wird.
Dem gegenüber wurde innerhalb des Jahres 2008 ein Informationssystem namens ClimModInfo für
das SDSS framework entworfen und erstellt. Es erklärt interessierten Anwendern in Benin (und
Marokko) den Aufbau von Klimamodellen und enthält diverse graphische Darstellungen zur Visualisierung der vom Problemkomplex erstellten Klimamodellergebnisse. Die Entwicklung des DSS
SYMBA im Rahmen des PK Be-E.4 wurde 2008 auf unterschiedlichen Ebenen fortgesetzt. Auf der
technischen Seite wurde in der im Rahmen von IMPETUS entstandenen raumbezogenen Modellierplattform XULU (eXtended Unified Land Use and Land Cover Change) Analysefunktionen
entwickelt, die dem Benutzer ermöglichen am Rechner an den gewünschten Orten geplante Stauseen anzulegen und unterschiedliche Höhen vorzugeben. Das SYMBA Modul in XULU berechnet
dann für die jeweils vorgegebene Stauhöhe das Volumen des Stausees und die Oberfläche. Dies ist
ein wesentlicher Schritt für die Abschätzung der durch den Kleinstausee zusätzlich zur Verfügung
stehenden Wassermenge für Pflanzenabbau. Das Modul weist entsprechende Schnittstellen für die
Integration von meteorologischen, bodenkundlichen und hydrologischen Daten auf, so dass für die
Endversion die Evaporation und Infiltration berechnet werden können. Das SYMBA-Modul wurde
in das IMPETUS framework integriert. Die Szenarienberechnungen für das Tierhaltungsmodul in
BenIMPACT wurden im PK Be-E.5 im Berichtszeitraum vervollständigt. In den Szenarienberechnungen wurden die Auswirkungen sowohl einer intensiveren Produktionstechnik als auch verschiedene Waldschutzmaßnahmen auf die Tierhaltung simuliert. Somit wurden die IMPETUS-Szenarien
B1 (Innovation), B2 (Stagnation) und B3 (Business-as-usual) simuliert. Es zeigte sich, dass die vorherrschende extensive Tierhaltung nur solange zunehmen kann, wie noch Landreserven zur Verfügung stehen. Das entsprechende SDSS ist aufgrund der inhaltlichen Nähe, der gleichen Modellbasis
und zur Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit identisch mit dem des PK Be-E.1. Im PK Be-E.6 wurden gegenwärtige sowie zukünftige naturräumliche Beschränkungsfaktoren für eine landwirtschaftliche Nutzung und die Gefahr von Landdegradation aufgrund agrarischer Übernutzung analysiert.
Die Ergebnisse wurden für Gesamtbenin in einer räumlichen Auflösung von 1km x 1km ermittelt.
Szenarienanalysen, basierend auf den Klimaszenarien A1B und B1, deuten darauf hin, dass sich bis
zum Jahr 2025 die naturräumlichen Produktionsgrundlagen deutlich verschlechtern werden. Insbesondere Temperaturanstieg und Verkürzungen der Anbauperiode bei gleichzeitig höherer Variabili-
Zusammenfassung
IMPETUS
3
tät von Beginn und Ende der Regenzeit werden landwirtschaftliche Aktivitäten erschweren. Im
Rahmen des PK-Be-E.7 wurde das Informationssystem BenIVIS um ein benutzerfreundliches Modul für eine einfache Auswertung wichtiger Eigenschaften von Inland-Valleys erweitert. Dieses
Modul ist besonders relevant für Nutzer, die über keine ausreichenden Kenntnisse im Bereich Datenbanken und GIS verfügen, um solche Auswertungen auf Basis der Inland-Valley-Datenbank selber durchzuführen. In die Inland-Valley-Datenbank werden zurzeit die Inland-Valleys zweier weiterer Einzugsgebiete eingepflegt. Mit dem Modell UHP-HRU werden die lateralen Zuflüsse berechnet, die für die Ertragsmodellierung mit EPIC und ORYZA benötigt werden
Im Themenbereich „Wasserdargebot, Wasserverbrauch, Wasserqualität“ sind alle Problemkomplexe in Benin zusammengefasst, bei denen das Wasser direkt im Fokus der Untersuchungen steht
(PK Be-H.1 bis PK Be-H.3). Im Berichtzeitraum wurde im PK Be-H.1 schwerpunktmäßig das
Wasserverbrauchsmodul BenEau entwickelt, das den häuslichen, gewerblichen und landwirtschaftlichen Wasserverbrauch in Benin ermittelt. Des Weiteren wurde die Simulation der Grundwasserkomponente mit MODFLOW und die Kopplung zwischen dem hydrologischen Modell UHP-HRU
und MODFLOW weiterentwickelt und die Simulation benutzerdefinierter Landnutzungsszenarien
in das SDSS integriert. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten des PKs im Berichtzeitraum stellte
die Ausarbeitung einer ausführlichen Dokumentation des SDSS in Deutsch, Französisch und Englisch dar, die über das framework abrufbar ist. Im Rahmen des PK Be-H.2 wird die aktuelle sowie
zukünftige sektorale Wassernachfrage (Haushalt, Industrie, Landwirtschaft) abgeschätzt. Die Ergebnisse der umfassenden Wasserverbrauchsstudien in Zusammenhang mit den IMPETUS Szenarien werden dem Entscheidungsträger über das SDSS BenEau nutzerfreundlich zur Verfügung gestellt. Hierbei hat der Nutzer die Möglichkeit, den Wasserverbrauch im Zeitraum 2002-2025 zu
analysieren. Dabei besteht neben der Wahl der IMPETUS Szenarien auch die Möglichkeit, eigene
Szenarien zu erstellen. Weiterhin ist eine Verknüpfung mit dem PK Be-H.1 SDSS BenHydro vorgesehen, die eine Bilanzierung von Wasserangebot und Nachfrage zum Ziel hat und somit wertvolle
Informationen für ein nachhaltiges Wasserressourcenmanagement liefern kann. Im PK Be-H.3
wurde eine erste Version des Monitoring-Tools zur Echtzeitschätzung von Niederschlag in Benin
(PrecipMon) im März 2008 an den MSG-Empfänger am Flughafen in Cotonou gekoppelt. Der Ausfall des Systems nach 2 Monaten erfolgreicher Laufzeit durch einen nicht berücksichtigten Formatwechsel von Seiten des Satelliten zeigte, dass mehr manuelle Eingriffsmöglichkeiten für die Administratoren in zukünftigen Versionen notwendig sind. Das Informationssystem PrecipInfo wurde um
eine HTML-Basierte, internetfähige Visualisierung der Monitoringdaten erweitert. Eine Methode
zum statistischen Downscaling der REMO-Klimaszenarien anhand der stündlichen MonitoringDaten von 1983 bis 2005 wurde erarbeitet.
Im Themenbereich „Landnutzung“ behandeln vier repräsentative Problemkomplexe die regionalspezifischen Veränderungsprozesse zwischen Landnutzung und Landbedeckung und er sie steuernden Ursachen. Im PK Be-L.1 wurde zur interaktiven Berechnung von Landnutzungsänderungen
wurde das räumliche Entscheidungsunterstützungssystem LUMIS (Land Use Modelling and Information System) entwickelt. Das SDSS LUMIS ist dabei so konzipiert, dass der Endanwender nur
sehr wenig mit dem komplexen Modellablauf zu tun hat und sich somit auf das Zusammenstellen
und interpretieren der Szenarien(ergebnisse) konzentrieren kann. Im Berichtszeitraum wurde
LUMIS in einer ersten voll funktionstüchtigen Version fertiggestellt. Es können unterschiedliche
Szenarien der Landnutzungsveränderung für das obere Ouémé-Einzugsgebiet berechnet werden.
Zusammenfassung
IMPETUS
4
Zur Bereitstellung von hochaufgelösten meteorologischen Zeitreihen (PK Be-L.3) stehen 40 Episodensimulationen für das Jahr 2002 zur Verfügung, die die Grundlage für eine statistische Aufbereitung des Modellniederschlags sind. Mit dieser können systematische Fehler minimiert werden. Sie
dient somit der Optimierung der bisher durchgeführten 40 Episodensimulationen für das Zieljahr
2025. Auf Basis der auf der Modellkette beruhenden Episodensimulationen wird bisher unter Berücksichtigung eines subjektiven Zuordnungsverfahrens für 2025 eine Niederschlagsverteilung erstellt. Diese zeigt das schon früher erkannte Risiko von hoher lokaler Variabilität des Niederschlags
(insbesondere die Tendenz zu lokaler Trockenheit) im betrachteten Bereich auf. Es deutet sich an,
dass diese Tendenz sich in einem stetigen Rückgang des Ökovolumens widerspiegelt. In Zusammenhang mit der Erfassung des Ökovolumendynamiks der agroforstlichen Systeme innerhalb des
Ouémé Einzugsgebiets (PK Be-E.4) wurde das Informationssystem FARMADAM in drei Abschnitten aufgebaut: (i) Landnutzungssysteme und landwirtschaftliche Anbausysteme; (ii) Räumliche und gewichtsbezogene Vegetationsparameter, und (iii) Beziehung zwischen Vegetation und
Wasser. FARMADAM versucht die Beziehungen zwischen Boden, Vegetation und Niederschlag
bei Agro-climax Equilibrium zu verdeutlichen. Der Brache zu Kultur Rate verringert sich sehr deutlich von Nord nach Süd. Die Savanne Landnutzung wird zweimal abgespeckt mit den Anteilen Bracheland und Weideland. Die Nördliche Vegetation bildet ein größeres Ökovolumen per Einheit
Biovolumen, was teilweiser durch eine sinkende Landschaftshomogeneität erklärt wird. Eine positive Beziehung zwischen Ökovolumen und Ökoniederschläge konnte sowohl auf Gemeinde- als auch
auf Departementsebene nachgewiesen werden. In dem PK Be-E.5 wurde im Jahr 2008 die Entwicklung des Monitoring Tools, mit dem für beliebige Zeiträume die aus MODIS Daten abgeleitete
räumliche Verteilung der von Buschfeuer beeinflussten Gebiete in Benin abgefragt werden können,
bis zu einer stabilen Beta Version vorangetrieben und mit einer benutzerfreundlichen Eingabemaske
versehen. Weiterhin wurde iMAPFIRE, das Model für mit dem die Ausbreitung von Buschfeuer für
unterschiedliche Randbedingungen modelliert werden kann, weiterentwickelt und in das ISDSS
eingebunden. Für die Simulierung größerer Gebiete mit vielen Buschfeuerherden entstand eine Parallelrechenversion, mit der heterogene Rechner sehr einfach zu einem Cluster zusammengefasst
werden können.
Im Rahmen der bilateralen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Benin wurden die Bereiche
Dezentralisierung, Wasserversorgung, Umwelt und Schutz ländlicher Ressourcen als Interventionsschwerpunkte definiert. Die Verbesserung des Zugangs zu sauberem Trinkwasser steht auch im
Vordergrund der Entschuldungs- und Armutsbekämpfungsinitiative der Weltbank für Benin. Vor
diesem Hintergrund liefern die Forschungsergebnisse zum gesellschaftlichen Umgang mit Wasser
wichtige Informationen für die Umsetzung dieser Politiken. Die zentralen Zwischenergebnisse des
Themenbereichs „Gesellschaft und Gesundheit“ im Jahr 2007 sind in den PKs Be-G.1 bis Be-G.5
zusammengefasst. Der PK Be-G.1 hat in Zusammenarbeit mit den PK Be-G.2 und Be-G.3 das gemeinsame Informationssystem „Livelihood Security in Upper Ouémé Catchment“ (LISUOC) entwickelt, das aus drei Modulen besteht. Der PK Be-G1 bedient das Modul „LISUOC-Demographie“
(Demographische Projektionen für das HVO). In Abstimmung mit den anderen Modulen und auf
die Nutzergruppe fokussiert das IS-Modul das Einzugsgebiet des Oberen Ouémé mit sechs Gemeinden zuzüglich der Gemeinde Ouaké. Die Berechnungen sind abgeschlossen und das Modul ist
in Zusammenarbeit mit den Entwicklern in einer ersten Version fertig gestellt, die auch in Ouagadougou auf der Statuskonferenz vorgestellt wurde. Folgen wird eine abschließende Optimierung auf
Zusammenfassung
IMPETUS
5
der Grundlage von Anregungen bezüglich der ersten Version. Im Rahmen des PK Be-G.2 wurde im
Laufe des Jahres 2008 die Implementierung der Datenbank zu den Trinkwasserstellen (traditionelle
Brunnen, geschlossene Brunnen, Pumpen, Wassertürme.) realisiert. Die im Jahr 2007 abgelaufene
Entwicklung eines eigenen Informationssystems in enger Kooperation mit den Problemkomplexen
PK Be-G.1 (Demographische Projektionen) und Be-G.2 (Wassermanagement und Institutioneller
Wandel) wurde im Jahr 2008 optimiert und abgeschlossen. Zahlreiche Verbesserungen und Datenoptimierungen zum – dem Problemkomplex zugrunde liegenden – Modul „Existenzsicherung und
Ressourcen“ konnten mit Fertigstellung der Version 1 erwirkt werden. Optimierungsleistungen fanden nicht nur auf visueller Ebene statt, sondern auch bezüglich einer verbesserten Strukturierung
der Abrufbarkeit des statistisch repräsentativen Datensatzes zur Existenzsicherung in sieben Kommunen des HVO. Als zentrales Tool erweist sich im Feedback der Nutzer zudem die umfangreiche
Dokumentation. In französischer, englischer und deutscher Sprache werden darin Basisinformationen bereitgestellt, beispielsweise zur Ausgangsthese und Systemstruktur und zu methodischen
Grundlagen. Zudem stehen insgesamt zwölf Texte bereit, in denen komplexe Themen der lokalen
Existenzsicherung kompakt und leicht verständlich vermittelt werden. Basierend auf entomologischen und parasitologischen Malariastudien aus Westafrika und Kamerun konnte die bisher im PK
Be-G.4 verwendete LMM-Version erstmals direkt mit Malariabeobachtungen verglichen werden.
Da die simulierte Stichrate als auch die Anzahl der infizierten Mücken deutlich über den beobachteten Werten liegen, wurde die Modellstruktur des LMM verändert. Aus diesem Grund und zur Absicherung der Einstellung der Modellparameter wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt. Die Kenntnisse aus über 160 Artikeln führten u. a. zum Ausbau des Malaria-Archivs im IS
MalaRis. Darüber hinaus wurde das ausgebaute IS MalaRis im Oktober 2008 auf den IMPETUSInternetseiten freigestellt. Seit dem Erstellen der ursprünglichen Brunnendatenbank in den Jahren
2000/2001 hat sich die Situation der Trinkwasserversorgung in vielen Dörfern des Oberen Ouémé
Einzugsgebietes geändert, so dass im PK Be-G.5 von August 2007 bis Juli 2008 die Datenbank
vollständig überarbeitet und aktualisiert wurde. Der neue Datensatz wurde daraufhin in das Informationssystems SIQeau integriert, um Entscheidungsträgern in Form einer interaktiven GIS-Karte
einen möglichst vollständigen Überblick über den aktuellen Zustand der Wasserversorgung und qualität ihrem jeweiligen Einzugsgebiet zu bieten. SIQeau wird seit September 2008 in Benin erprobt und evaluiert, damit es auf Grundlage des Feed-backs der Nutzer weiterentwickelt werden
kann. In dem Dorf Kaki Koka wurde zwischen April und Juni 2008 eine zweimonatige Studie von
zwei Medizin-Doktorandinnen durchgeführt, um Aufschluss über die Gesundheitsrisiken der Konsumenten Salmonellen-belasteten Trinkwassers zu erhalten. Viele der bereits bestehenden Kooperationen des Impetus-Labors wurden 2008 weitergeführt und neue Kontakte sind entstanden, aus denen sich zukünftige Projekte ergeben. Im Laufe des Jahres sind die Kontakte zu den NGOs
PROTOS/PAGIREL, BETHESDA BENIN, MCDI, HELVETAS, CREPA und der KfW durch Planung und Durchführung gemeinsamer Projekte vertieft worden.
In den einzelnen Problemkomplexen wurden folgende herausragende Fortschritte für Marokko erzielt:
Die Ressource Wasser wird in der Drâa-Region in Marokko hauptsächlich für die landwirtschaftliche Produktion in den Oasen genutzt. Die im Themenbereich „Existenzsicherung“ zusammengefassten Problemkomplexe Ma-E.1 bis Ma-E.3 widmen sich verbesserten Wasser-Managementsystemen unter Beibehaltung landwirtschaftlicher Produktivität und touristischer Entwicklung. Im
Zusammenfassung
IMPETUS
6
Jahre 2008 wurde im PK Ma-E.1 neben weiteren Verfeinerungen im Model MIVAD ein Schwerpunkt auf die Konzeption des MIVAD-SDSS gelegt. Die Berechnung von Szenarien, die in das
SDSS eingehen wurde verbessert, und das SDSS Tool mit verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten
ausgebaut, die es dem Entscheidungsträger nun ermöglicht individuelle Tabellen und Diagrammformate zu erstellen, und den Output in verschiedenen Formaten zu exportieren. Das SDSS wurde
in Ouarzazate mehrfach vorgestellt. Zusätzlich wurde auf der Konferenz in Ouagadougou ein großes Interesse an dem SDSS MIVAD bekundet. Im Rahmen des PK Ma-E.2 wurde für die Modellierung der Produktivität im Ackerbau in den mittleren Drâa-Oasen vor allem an den Inhalten im IS
AGROSIM und der Kalibrierung des Pflanzenwachstumsmodells EPIC weitergearbeitet. Die Datenbasis wurde überprüft, mit den Erhebungen aus anderen PKs harmonisiert und wo nötig erweitert. Die Kalibrierung des Modell SAVANNA zur Abschätzung der Weideproduktivität wurde abgeschlossen. Mit dem räumlich verteilten Modell wurden Klima- und Weidemanagementszenarien
für das gesamte Drâa-Einzugsgebiet gerechnet. In allen Szenarien ist eine Abnahme der Gesamtproduktivität zu erwarten, wobei Wechselwirkungen zwischen Klima und Management möglich
sind.
Der Themenbereich „Wasserdargebot, Wasserverbrauch, Wasserqualität“ umfasst vier Problemkomplexe. Die Wasserwirtschaft semi-arider Wüstenrandgebiete ist in hohem Maße von variablen
Niederschlägen abhängig. Im PK Ma-H.1 wurden 2008 die Kernmodelle des SDSS HYDRAA ergänzt. Das Modellkonzept von SWAT2005 wurde um eine detaillierte Höhengliederung erweitert.
Die Bewässerungsmodellierung mit CropWat wurde erfolgreich auf der Grundlage vorhandener
Informationen parametrisiert. Weitere über den Abflussvergleich hinaus gehende Validierungsmethoden wurden entwickelt. Szenarienrechnungen auf Basis unterschiedlicher Ausprägungen der
IMPETUS-Klimaszenarien wurden durchgeführt. Im Capacity-Development wurden die grundlegenden Kenntnisse zum Umgang mit den Systemen vermittelt, darauf aufbauend werden in 2009
einzelne SDSS-Verantwortliche in Marokko gezielt intensiv geschult. Im Rahmen des PK Ma-H.2
wurde im engen Dialog mit den Partnerinstitutionen bei der Vorstellung des lauffähigen Prototyps
des SDSS IWEGS während eines Workshops in Ouarzazate/Marokko eine Anpassung des SDSS an
deren Bedürfnisse initiiert. Anregungen und Kritikpunkte der marokkanischen Partner führten zu
einer Optimierung des SDSS IWEGS. Beispielsweise wurde in das Modell BIL eine Funktion zur
Berücksichtigung von Gerinnebettverlusten für die Abschätzung der Verfügbarkeit von Oberflächenwasser für die Bewässerung der Oasen implementiert. Die technische Umsetzung und die Implementierung von Bedienungselementen für das SDSS IWEGS erfolgten in enger Zusammenarbeit
mit Teilprojekt C2. Im PK Ma-H.3 wurde das Monitoringtool PRO-RES weiterentwickelt und umfasst jetzt eine bei jedem Programmstart aktualisierte Tabelle der Datengrundlage. MODISSatellitenbilder können vom Anwender in die Datenbank eingelesen und automatisch auf der Basis
der räumlichen Diskretisierung der Teileinzugsgebiete ausgewertet werden. Das Kernmodell
Snowmelt Runoff Model (SRM) sowie die PRO-RES-Module zur Berechnung des Stauseefüllstands wurden mit weiteren Daten kalibriert und validiert. Der Vergleich mit Messdaten ist zufrieden stellend, so dass auf der Basis von Klimaszenarien des Wettergenerators SMGHydraa zukünftige Stauseezuflüsse berechnet werden können. Im Rahmen des PK Ma-H.5 wurde die meteorologische Datenbasis für die Anwendung des regionalen Downscalings verbessert, indem erstmals eine
Rekombination von Niederschlag und Verdunstung für das vergrößerte Simulationsgebiet (Hoher
Atlas und Becken von Ouarzazate) erstellt wurde. Dazu sind die Bodenarten aus der IMPETUS-
Zusammenfassung
IMPETUS
7
Bodenkarte in das FOOT3DK-Kataster integriert und die verwendbare Anzahl von Bodenarten im
Modell erhöht worden. Ähnlich wie in den Arbeiten für das kleinere Gebiet im nordöstlichen Einzugsgebiet werden Kriterien zur Auswahl von Repräsentanten der CWT ausgewählt. Eine Simulation dieser Repräsentanten erfolgt mit dem Modell FOOT3DK.
Im Themenbereich „Landnutzung“ werden Fragen nach der Regenerationsfähigkeit der natürlichen
Vegetation, nach Anpassungsstrategien der lokalen Bevölkerung sowie den Gefahrenpotenzialen
durch extreme Wetterereignisse bearbeitet. Die Untersuchungen des PK Ma-L.1 gehen davon aus,
dass die Wasser- und Weidenutzung nicht nur von naturräumlichen Faktoren bestimmt werden,
sondern zu einem wichtigen Teil vom sozialen und politischen Handeln, also den Nutzungsstrategien der Akteure vor Ort, abhängig sind. Die tatsächlich in einem Anbaugebiet verfügbaren Ressourcen hängen dabei aber nicht nur von der naturräumlich bedingten lokalen Ressourcenverfügbarkeit ab, sondern auch von historisch gewachsenen und sozial kontrollierten Verfahren der Ressourcenverteilung und –Nutzung. Neben der Oasenlandwirtschaft die sich im Arbeitsgebiet nur wenig verändert hat gab es bei der transhumanten Weidewirtschaft in den letzten Jahrzehnten spürbare
Veränderungen der Nutzungsmuster. Im Zentrum von PK Ma-L.2 steht das raum-zeitliche Verhalten der Pflanzendecke vor allem in den Weidegebieten des Drâa Einzugsgebietes. Bekanntlich ist
die Verteilung des Niederschlagwassers wesentlich von der Dichte und der Struktur der Pflanzendecke abhängig. In Feldexperimenten wird deshalb vergleichend die Vegetationsdynamik auf Flächen
mit bzw. ohne Beweidung untersucht. Parallel und auf der Basis der Geländemessungen wurden die
verschiedenen IS und SDSS fertig gestellt (IS PLANT) bzw. weiterentwickelt (SDSS VegSat und
SDSS PADRÂA). Die Ergebnisse der in PK Ma-L.3 entwickelten Werkzeuge, das SDSS
SEDRAA (Bodenerosion) und das IS SMGHydraa (Klimadaten), wurden evaluiert. Dabei sind
Probleme in der Anwendbarkeit der Modelle ebenso wie in der Interpretation von Szenarien erkannt
worden. In Diskussion mit Anwendern wurden die Eingriffsmöglichkeiten für Interventionsszenarien angepasst. In SMGHydraa wurden statistische Eigenschaften beobachteter Klimadaten für die
Szenarien aus Klimamodellen übernommen, um hydrologische und Erosions-Modellierung realitätsnaher zu gestalten. Die Extremwert- und Dürrenanalyse wurde implementiert. Für SEDRAA
wurden neue Szenarien des Beweidungsdrucks auf die Vegetation aufgebaut.
Im Drâa-Einzugsgebiet, einer marginalen Region mit schwacher Wirtschaftskraft, niedriger Bevölkerungsdichte, unzureichender Infrastruktur und einer oft prekären Wassersituation, sind die wichtigsten „Driving forces“ für menschliche Entwicklung Migration und daraus resultierende Urbanisierung. Dieses behandelt der Themenbereich „Gesellschaft“. Im Zuge einer Neuausrichtung des
PK Ma-G.1 wurden bisherige Arbeiten abgeschlossen und der Fokus nunmehr auf die sozialen und
ökonomischen Auswirkungen der Migration auf das gesellschaftliche Gefüge Ouled Yaoubs gelegt.
Arbeitsmigration stellt seit den 1960er Jahren eine zunehmend wichtige Strategie zur Existenzsicherung der Haushalte dar, die heutzutage alle gesellschaftlichen Gruppen umfasst. Die Bedeutung der
Landwirtschaft geht in gleichem Maße zurück. 20% der Haushalte einer Untersuchung zur Einkommensdiversifizierung sind gänzlich von den Transferleistungen aus der Migration abhängig.
Die Abwanderung ganzer Familien hat seit der Jahrtausendwende stark zugenommen. Im Fokus des
Problemkomplexes PK Ma-G.2 steht die Nutzung der kollektiven natürlichen Ressourcen die variabel genutzt werden und deren Zugang prinzipiell von den Entscheidungen der entsprechenden lokalen Kontrollinstitutionen abhängig ist. Eine zentrale Rolle spielen dabei ökologische und sozioökonomische Mechanismen eines nachhaltigen Weidemanagements. Dabei wird von der Hypothese
Zusammenfassung
IMPETUS
8
ausgegangen, dass ein nachhaltiges Weidemanagement ökologische und ökonomische Puffer
schafft bzw. erhält, wodurch die raum-zeitliche Variabilität der Naturressourcen aufgefangen wird.
IMPETUS
9
II Spatial Decision Support Systems (SDSS)
Abb. II-1: Struktur und Schnittstellen eines modernen computer-basierten SDSS
(Bareth 2009, verändert nach Leung 1997).
Moderne räumliche Entscheidungsunterstützungssysteme (engl. Spatial Decision Support Systems
= SDSS) vereinen DSS, GIS, Fernerkundung, numerische Modellierung und Expertenwissen (vgl.
Abb.II-1) (Laudien 2008b). Innerhalb von IMPETUS wird die plattformunabhängige Entwicklung
solcher SDSS unter Verwendung von Geotools (OpenGIS), ArcGIS Engine (ESRI®) und Java
durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass Geodaten und Modelle dem potentiellen Anwender fachgerecht
aufbereitet und für dessen Entscheidungsfindung als zusätzliches Werkzeug, spezifisch der eindeutigen Fragestellung, eingesetzt werden können. Um diese Anforderungen zu gewährleisten, sind die
einzelnen Systeme an Datenbanken, Modelle und Expertenwissen gekoppelt. Individuell programmierte Graphical User Interfaces (GUI) führen den Nutzer durch die Systeme hin zum Ergebnis, das
zur Entscheidungsunterstützung herangezogen werden kann.
II.1
IMPETUS
10
Entwicklungsstand der SDSS/IS/MT
Abb. II.1-1: Der ImpetusClient mit allen Systemen.
Problemstellung
Während der ersten zwei IMPETUS Projektphasen (2000 - 2006) sind Daten erhoben, Modelle
entwickelt und evaluiert worden. Um die Fülle an Informationen den verschiedenen Nutzern in Benin, Marokko und Deutschland bereitzustellen, werden in der dritten IMPETUS Projektphase raumbezogene Entscheidungsunterstützungssysteme (SDSS) benutzerspezifisch entwickelt.
Mitarbeiter
A. Enders, R. Laudien, S. Brocks, S. Krüger, C. Kunze, M. Schmitz, S. Weyler
Zielsetzung
In Anlehnung an die Problemstellung befindet sich die nutzerspezifische Entwicklung von Softwaretools in der Implementierung, die vor Ort in Benin und Marokko zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt werden sollen. Im Einzelnen handelt es sich dabei um räumliche Entscheidungsunterstützungssysteme (eng. Spatial Decision Support Systems = SDSS), Informationssysteme (IS)
und Monitoring Tools (MT).
IMPETUS
11
Nutzergruppen
Alle Kooperationspartner des IMPETUS-Projektes, Wissenschaftler im In- und Ausland.
Tab. II.1-1: Übersicht über die entwickelten Systeme (Spatial Decision Support Systeme, Information Systeme und
Monitoring Tools).
Nr.
PK
Kurztitel
1
Be E1
BenIMPACT-Crop
2
Be E2
PEDRO
3
Be E3
(ClimModInfo) PREMA
4
Be E4
SYMBA
5
Be E5
BenIMPACT-ANIMAL
6
Be E6
AGROLAND
8
Be E7
BenIVIS
9
Be G1
LISUOC DP
10
Be G2
LISUOC WiW
11
Be G3
LISUOC WaE
12
Be G4
MalaRIS
13
Be G5
SIQeau
14
Be H1
Benhydro
15
Be H2
BenEau
16
Be H3
PrecipMon
17
Be H3
PrecipInfo
18
Be L1
LUMIS
19
Be L3
ILUPO
20
Be L4
FARM-ADA-M
21
Be L5
iMABFIRE
22
Ma E1
MIVAD
23
Ma E2
AGROSIM
24
Ma H1
HYDRAA
25
Ma H2
IWEGS
26
Ma H3
PRO-RES
27
Ma H5
IDEP-DRAA
28
Ma L1
LUD-HA
29
Ma L2
PADRAA
30
Ma L2
PLANT
31
Ma L2
Veg-Sat
32
Ma L3
SEDRAA
33
Ma L3
SGMHydraa
II.2
IMPETUS
12
Entwicklungsstand des SDSS Framework – ein System zur einfachen
Implementierung einer komplexen Entscheidungsunterstützung
Abb II.2-1: Das SDSS Framework.
Problemstellung
Anfang 2007 haben sich die Mitarbeiter des Teilprojektes C2 entschieden, die zu entwickelnden
Entscheidungsunterstützungssysteme, Informationssysteme und Monitoringtools in einer Softwareumgebung (SDSS Framework) integriert zu entwickeln. Dieses soll die Mehrfachnutzung komplexer Komponenten, die Integration der Systeme sowie den Informationsaustausch zwischen den Systemen ermöglichen.
Mitarbeiter
A. Enders, C. Kunze, M. Schmitz, S. Krüger
Zielsetzung
In der Entwicklung der Decision Support Systeme / Informationssysteme / Monitoringtools
(SDSS/IS/MT) für die Partnerländer müssen verschiedene teilweise widersprüchliche Anforderungen erfüllt werden. Einerseits soll ein System alleine nutzbar sein, andererseits ist eine Integration
verschiedener Systeme gefordert. Der einfachen Bedienbarkeit steht die Forderung nach komplexen
IMPETUS
13
Funktionalitäten gegenüber. Das Framework soll flexibel konfigurierbar, aber die Systeme einfach
zu entwickeln sein. Einzelne Softwarekomponenten müssen wieder verwendbar sein, obwohl individuelle Lösungen benötigt werden. Die Benutzerfreundlichkeit muss gewährleistet sein, aber es
soll viele Eingriffsmöglichkeiten geben. Eine schnelle Entwicklung der Systeme muss möglich sein,
auch wenn ausgereifte Funktionen gefordert sind.
Das SDSS Framework tritt an, diese Widersprüche möglichst zu entschärfen und eine Applikation
zur Verfügung zu stellen, in der die einzelnen Systeme schnell und effizient entwickelt werden
können.
Nutzergruppen
Alle Partner des IMPETUS-Projektes, Wissenschaftler im In- und Ausland
Stand der SDSS Framework-Entwicklung
Das SDSS Framework (Abb. II.2-1) liegt derzeit in der Version 2 vor. Diese enthält die in Tab. 1
genannten Komponenten.
Tab. II.2-1: Übersicht des Entwicklungsstandes und der Zeitplanung.
Funktion
Funktionell
1.
Version
2.
Grundfunktion
02.2007
11.2007
Erste SDSS Einbindung
03.2007
11.2007
SMILEngine
05.2007
01.2008
11.2008
FormEngine
05.2007
11.2007
11.2008
Komponente: Progressview
05.2007
03.2008
11.2008
Komponente: Excelanbindung
07.2007
09.2007
Komponente: Webstart / CD-Version
07.2007
11.2007
Komponente: DB-Anbindung
09.2007
11.2007
Komponente: Ergebnisauswertung
09.2007
11.2007
Komponente: Benutzereinstellung
11.2007
11.2007
Komponente: Atlasintegration
11.2007
02.2008
Komponente: Geotools
05.2007
02.2008
Dokumentation: Quickstart
07.2007
09.2007
Dokumentation: SDSS Framework
09.2007
02.2008
Komponente: Fehlerbehandlung
06.2008
Komponente: Szenarienspeicherung
11.2007
12.2008
11.2008
10.2008
10.2008
11.2008
05.2008
09.2008
Version
IMPETUS
14
Die Weiterentwicklung des SDSS Frameworks geschieht laufend. Die Version 1 wurde im Juni
2008 ausgeliefert. Weiterentwicklungen vor allem in der Ergebnispräsentation führten zur Version 2
im November 2008. Diese wird bis Januar 2009 einem grundlegenden Test unterzogen und dann
freigegeben.
IMPETUS
15
II.3 Datenbanken
Metadatenbank und zentrale Sicherung des IMPETUS Datenbestandes
Mitarbeiter
R. Hoffmann
Implementierung
Die zentrale Sicherung des IMPETUS Datenbestandes in der AFS-Zelle „impetus.uni-koeln.de“ und
der Zugriff auf öffentliche Daten wurde 2008 weiter ausgebaut. Die Ablage erfolgt im SANSpeicherbereich des RRZK (Regionales Rechenzentrum Köln), wodurch eine hohe Datensicherheit
und die Haltung der Datenbestände über die Laufzeit von IMPETUS hinaus gewährleistet werden.
Von insgesamt 428 in der Metadatenbank katalogisierten Datensätzen sollen bis Projektende 280
Datensätze öffentlich verfügbar gemacht werden. Davon sind 253 bereits im zentralen Datenbestand. Für 105 Datensätze kann aus Gründen des Urheberrechts oder der Vertraulichkeit kein Zugang gewährt werden. Dies beinhaltet kommerziell erworbene Daten sowie Daten von Dritten, z.B.
von Behörden der Partnerländer, die für den internen Gebrauch zur Verfügung gestellt wurden. Somit handelt sich um Datensätze, die nicht in IMPETUS generiert wurden.
Weitere Datensätze sind noch nicht zentral gehalten, weil sie noch fortgeführt werden, in Bearbeitung sind, Publikationen noch nicht abgeschlossen wurden oder Klärungsbedarf hinsichtlich Copyright oder Vertraulichkeit besteht. Weiterhin wird eine zentrale Haltung dann nicht vorgesehen,
wenn die Datensätze über originale Quellen verfügbar sind, bereits entsprechende Datensätze höherer Qualität im Bestand vorliegen oder die Datensätze nicht digital vorliegen.
Tab. II.3-1: Zentrale Haltung von Datensätzen nach Zugangsbeschränkungen, Stand 12/2008.
Zentral
gehalten
Nicht zentral
gehalten
(in Bearbeitung
oder Klärung)
Gesamt
für zentrale Haltung vorgesehen
Nicht für
zentrale Haltung
vorgesehen
Gesamt
in Metadatenbank katalogisiert
öffentlich
253
27
280
26
306
kein Zugang
73
32
105
17
122
Gesamt
326
59
385
43
428
Zugangsbeschränkung
nach
Projektende
Die Ablage und Katalogisierung der Datensätze beinhaltete folgende Aktivitäten:
-
Koordinierung der Erfassung, Aktualisierung und Bereinigung des Metadatenkatalogs sowie
der Übergabe von Datensätzen
IMPETUS
16
-
Qualitätsprüfung der Metadaten und Optimierung der Verschlagwortung sowie Verortung
durch das Datenmanagement
-
Prüfung der Daten auf Vollständigkeit und Funktionsfähigkeit der Dateien
-
Prüfung korrekter Projektion bzw. Projektionsangaben bei Geodaten und gegebenenfalls zusätzliche Bereitstellung der Datensätze in Standardformaten (Shape, GeoTiff) und Projektionen (für Benin: WGS 84, UTM 31 N; für Marokko: WGS 84, Lambert IMPETUS Marokko)
-
Ablage bzw. Überführung der Datensätze und zugehöriger Dokumente (Vorschau, ReadmeDateien) in den AFS-Speicherbereich
Die Tätigkeiten zur Erfassung, Sammlung und Ablage der Daten werden kontinuierlich fortgesetzt.
Die Daten werden sukzessive in Abstimmung mit den Mitarbeitern der Fachdisziplinen frei gegeben. Die Bereitstellung für die Öffentlichkeit wurde als Such- und Downloadfunktionalitäten in der
IMPETUS-Webseite implementiert (http://www.impetus.uni-koeln.de/daten/suche.html). Für die
Mitarbeiter (Authentisierung durch Login) wurde außerdem die Möglichkeit geschaffen, die Verzeichnishierarchie direkt zu durchsuchen und Downloads vorzunehmen.
Über die Webseite ist der gesamte Metadatenkatalog einsichtig, also sowohl öffentliche als auch
intern beschränkte Datensätze. Ausgehend von den Metadatenblättern stehen für den öffentlichen
Download (Download-Button) derzeit 209 Datensätze zur Verfügung. Noch nicht abgelegte und
interne Datensätze können angefordert werden (Request-Button) und nach Prüfung der Vorrausetzungen gegebenenfalls übergeben werden. Der Abruf der Metadaten wurde um eine Funktionalität
für die standardisierte Ausgabe in XML nach ISO 19115/19139 ergänzt. Damit wird der Import in
andere Datenkataloge, z.B. in das für die Projektländer entwickelte Geodatensystem auf Basis von
GeoNetwork, ermöglicht.
II.4
IMPETUS
17
Implementierung des Geodatensystems in den Projektländern
Abb. II.4-1: Schulung auf den Techniken des IMPETUS Geodatensystems.
Mitarbeiter
R. Hoffmann, A. Enders, R. Mrzyglocki, M. Schmitz, C. Kunze
Problemstellung
Nach Ende der Projektlaufzeit soll den Projektpartnern und Wissenschaftlern in den Ländern Marokko und Benin die Datenbasis von IMPETUS in einer möglichst benutzerfreundlichen Form zur
Verfügung gestellt werden. So soll sichergestellt werden, dass die Daten auch nach der Projektlaufzeit noch einwandfrei auch für die infrastrukturell nicht optimal ausgestatteten Partner nutzbar sind.
Diesbezüglich musste festgestellt werden, dass die Möglichkeit der Bereitstellung von Daten über
das Internet nicht ausreicht bzw. nicht praktikabel ist. In der Regel sind nur langsame oder instabile
Internetverbindungen vorhanden, die für die Übertragung umfangreicher Datensätze nicht geeignet
sind. Die zentrale Datenhaltung in Deutschland alleine stellt aufgrund der schlechten Internetanbindung keine Erfolg versprechende Lösung dar.
Zielsetzung
Ziel ist deshalb die Übergabe der Daten in einem Geodatensystem für die lokale Installation. Nach
Mrzygłocki (2008) soll unter einem Geodatensystem eine informative, interaktive, netzwerkfähige,
IMPETUS
18
jedoch auch netzwerkunabhängige Computeranwendung verstanden werden, die einem Anwender
benutzerfreundlichen Zugriff auf den Geodatenbestand ermöglicht. Zu den Merkmalen zählen somit, dass die Anwendung lokal eingesetzt werden kann, gleichzeitig aber auch über die Schnittstellen verfügt, die bei potentieller Nutzung in einer Geodateninfrastruktur den interoperablen Datenzugriff ermöglichen.
Insgesamt richten sich grundlegende Anforderungen an:
-
Benutzerfreundlichkeit: Bedienung über grafische Nutzeroberflächen, einfache Installation
der Software und Daten „Out-of-the-Box“
-
Funktionalitäten: Bereitstellungsfunktionalitäten für Metadaten, Geodaten und Dokumente,
Wiederfindung von Daten durch Suchabfragen und interaktive geografische Suche, Darstellung von Geodaten in einer Karte zur Einschätzung der Zweckmäßigkeit, Download von
Datensätzen, Bearbeitungsfunktionalitäten für Metadaten inklusive Datenupload
-
Netzwerkfähigkeit: Softwarearchitektur nach dem Server-Client-Prinzip
-
Verwendung von Standards: Gewährleistung der Interoperabilität durch Verwendung von
Normen und Standards; Metadaten nach ISO 19115, OGC Dienste für Bereitstellung von
Geodaten, Vermeidung proprietärer Datenformate
-
Entwickelbarkeit: Einsatz von Open-Source-Produkten erlaubt eigene Entwicklungen
-
Geringe Kosten: Freeware und Open-Source-Software zur Vermeidung von Lizenzkosten
für die Partner
-
Sprache: französische Lokalisierung für frankophone Zielgruppe
Damit haben die Projektpartner die Möglichkeit, das Geodatensystem zur Strukturierung und Verarbeitung auch eigener Daten zu nutzen. Die Datenbasis soll dauerhaft vor Ort gepflegt werden
können. Je nach Bedarf ist der lokale Betrieb als auch die Integration in institutionsweite Netze oder
das Internet möglich.
Client
Thick Clients
Thin Clients
Schnittstelle
OGC Schnittstellen
WMS – WFS – WCS
OGC Schnittstellen
CSW / z.B. ISO 19139
Server
OGC Web Map Server
Metadatenbankserver
Filesystem,
Datenbank
Rasterdaten, Vektordaten
Metadatenbank
Abb. II.4-2: Strukturübersicht des IMPETUS Geodatensystems.
IMPETUS
19
Dabei muss neben dem Aufbau einer geeigneten Software für die Verarbeitung der Geodaten auch
die Rechnerinfrastruktur in ausgewählten Bereichen verbessert werden, um die Haltung und den
Betrieb des Systems zu ermöglichen.
Nutzergruppen
Allgemein sind alle Partner des IMPETUS-Projektes und Wissenschaftler in den Projektländern
mögliche Nutzer. Speziell wurden folgende Institutionen identifiziert, die bei der Installation des
Geodatensystems unterstützt werden. Die Auswahl erfolgte aus Gesichtspunkten vorhandener
und erfolgreicher Kooperationen:
-
Benin: DGEau, INRAB, UAC, LASDEL, CePED, DMN, DAT
-
Marokko: ORMVAO, Service Eau, DRPE, MATHUE, Univ. Cadi Ayyad Marrakech
Stand der Systementwicklung
Auf Basis des von der FAO (Food and Agricultural Organization) entwickelten und frei verfügbaren „GeoNetwork opensource 2.2“ wurde 2008 das Geodatensystem entwickelt und angepasst
(Mrzyglocki 2008). Das System installiert einen Datenkatalog für Metadaten und für die Referenzierung der zugehörigen Datensätze sowie eine Web-Portal-Komponente zur Eingabe der Daten,
Suchfunktionen zur Wiederfindung insbesondere über räumliche Suche, Ansicht von Geodaten sowie Datenupload und Download über Webformulare. Zusätzlich wurden folgende Anforderungen
implementiert:
-
Upload-Funktionalität für Geodaten erleichtert die Bereitstellung durch OGC konforme
Geodatenservices im integrierten Geodatenserver (GeoServer 1.5)
-
Download von Rasterdatenausschnitten verringert die Netzlast durch geringere Datenmengen und ermöglicht einen komfortablen Download
-
Skripten zur Überführung der relational gehaltenen Metadaten in ISO 19115/19139 konformes XML-Format. Dieses kann von GeoNetwork einfach importiert werden.
-
Einspeisung von Metadaten und Daten in GeoNetwork. Derzeit wird der jeweils betreffende
Datenbestand getrennt für Benin (aktuell 130) und Marokko (aktuell 78) eingespeist.
-
Konfiguration der Geodatenservices in Geoserver ermöglicht Visualisierung und Download
in GeoNetwork
-
Einfacher Installer für integrierte Installation des Geodatensystems und der Daten
IMPETUS
Abb. II.4-3: Benutzeroberfläche von GeoNetwork im Browser: oben das einfache Formular für Suche nach
Begriffen und räumliche Suche zusammen mit der Auflistung von Suchtreffern; unten das Ansichtsfenster für Geodaten.
20
IMPETUS
21
Verbesserung der Hardwareinfrastruktur
In den verschiedenen Institutionen sind sehr unterschiedliche Vorraussetzungen anzutreffen. Deshalb werden in technischer Hinsicht drei Kategorien unterschieden, die gemäß der Ausstattung einer
Institution mit lokaler Netzinfrastruktur (LAN) und IT-Personal, sowie der jeweiligen Bedürfnisse
z.B. des Zugriffs für mehrere Nutzer, eingesetzt werden:
-
Bereitstellung und Einrichtung von Servern für den Betrieb im LAN: Damit kann von den
an das LAN angebundenen Arbeitsplatzrechner der Datenbestand durchsucht und die Daten
aus dem lokalen Netz bezogen werden. Die Clients der Arbeitsplatzrechner für die Ausgabe
sind browserbasiert und erfordern keine Installation spezieller Software.
-
Bereitstellung und Einrichtung von Desktoprechnern: Hier werden die gleichen Applikationen wie bei den Servern eingesetzt, da Server- und Client-Applikation auf demselben Rechner betrieben werden können.
-
Bereitstellung der Daten auf einem externen Speicherlaufwerk
Damit wird ein dezentrales Konzept verfolgt, bei dem einzelne Partnerinstitutionen Server bzw.
Festplattenlaufwerke erhalten, auf denen die Daten gespeichert sind und die genügend Platz für Erweiterung bieten:
Für das Partnerland Marokko wurden folgende Hardwarekomponenten angeschafft:
-
2 Serverrechner mit überaus guten Ausstattung mit 4 Prozessoren, 4 GB RAM und 1,6 TB
HDD
-
7 NAS Speicherplatten zur netzwerkintegrierten zur Nutzung der IMPETUS-Daten, jeweils
1 TB
Für Benin wurden folgende Komponenten angeschafft:
-
5 Desktoprechner mit einer guten Ausstattung mit 2 Prozessoren, 4 GB RAM und 0.5 TB
HDD
-
7 NAS Speicherplatten zur netzwerkintegrierten zur Nutzung der IMPETUS-Daten, jeweils
1 TB
Auf den Rechner konnten aufgrund einer Kooperation mit der Firma ESRI ArcGIS-Lizenzen installiert werden. Die Rechner wurden mit geeigneter Software zum nachhaltigen Betrieb in den Ländern ausgestattet. Hierzu gehört eine Virtualisierungsplattform (VMWare), eine Wiederherstellungsroutine (ACRONIS), Remotezugriffsroutinen und eine Backuplösung (PersonalBackup).
Daneben werden die in IMPETUS entwickelte Software, das IMPETUS SDSS Framework, GeoNetwork incl. der Systeme sowie die Daten installiert.
Übergabe der beschafften Rechner für an Partnerinstitute in Marokko
Die ORMVAO und der Service Eau haben gemeinsam eine Infrastruktur zur Verfügung gestellt
bekommen, mit der
IMPETUS
22
1.
die verschiedenen Außenstellen vernetzt werden können. Die benötigte Hardware hierfür wurde in Deutschland beschafft, konfiguriert. Es sind hierdurch folgende Verhältnisse verbessert
worden:
i. Service Eau hat wieder ein funktionierendes Intranet (die Netzwerkverbindungen zwischen den Rechnern war nicht mehr vorhanden gewesen).
ii. Service Eau hat eine Internetanbindung über die ORMVAO geschaltet.
iii. Service Eau und ORMVAO haben einen Server und auch 2 Lizenzen von ArcGIS 9.2
erhalten.
iv. Die beiden Gebäude der ORMVAO wurden Netzwerktechnisch über eine Langstreckenverbindung (WLAN) verbunden.
v. Das Netzwerk der ORMVAO wurde diesbezüglich umgestaltet.
2. Ein Server für die beiden Stellen wurde einrichtet und übergeben.
3. Eine Einführung in die Verwendung der entsprechenden Servertechnologie wurde gegeben.
4. Eine Einführung in die Verwendung des von IMPETUS verwendeten Geodatenbanksystems
wurde geben und die erste Version ausgeliefert.
Die Übergabe des 2. Serverrechners für das Umweltministerium in Rabat ist für Januar 2009 geplant.
Übergabe der beschafften Rechner an Partnerinstitute in Benin
Die beschafften 5 Rechner wurden an die Empfänger ausgeliefert und in Betrieb genommen. Die
Rechner wurden in Deutschland vorher aufgesetzt und entsprechend mit der Geodatenbank und dem
SDSS-Framework ausgestattet.
Im November 2008 fand eine Einführungsschulung statt, an der die verantwortlichen Personen und
Techniker teilgenommen haben. Eine entsprechende Ausstattung haben die Partnerinstitutionen
DG-Eau Cotonou, FSA – Uni, LSSEE – INRAB, CEPED, CIPMA erhalten. Die Festplatten werden
nach begründetem Antrag an weitere Kooperationspartner im März 2009 ausgeliefert.
II.5
IMPETUS
23
Internet
Mitarbeiter
R. Hoffmann
Die Internetpräsenz wurde 2009 kontinuierlich gepflegt und aktuell gehalten, wobei grundlegende
Veränderungen nach der kompletten Neugestaltung im Vorjahr nicht notwendig wurden.
Als wesentliche Ergänzungen wurden die Erweiterung des Datendownloads, insbesondere für die
Öffentlichkeit, implementiert (http://www.impetus.uni-koeln.de/daten/suche.html; näheres siehe
oben Abschnitt Datenbanken) und die aktuellen Versionen des Interaktiven Digitalen IMPETUS
Atlasses und der Druckversionen neu präsentiert (http://www.impetus.uni-koeln.de/iida).
Abb. II.5-1: Webseite der digitalen Atlanten und der Druckatlanten.
II.6
IMPETUS
24
Capacity Development im Teilprojekt C2
Mitarbeiter
A. Enders, M. Schmitz, C. Kunze
Zielsetzung
Für die Übergabe der Systeme an die Projektpartner ist eine fundierte Schulung in der Bedienung
und der Weiterentwicklung notwendig, um die nachhaltige Nutzung in den Ländern zu ermöglichen.
Stand der Arbeiten
Im Jahre 2008 wurde vom Teilprojekt C2 in beiden Projektländern eine Maßnahme zur detaillierten
Präsentation der IMPETUS SDSS/IS/MT durchgeführt. Eine intensive Schulung in softwaretechnische Aspekte des Frameworks ist für ausgewählte Personen für das Jahr 2009 geplant.
SDSS-Workshop Marokko:
Die Vorstellung der derzeit in Entwicklung befindlichen Systeme hat den Anwesenden die Möglichkeit geben, die Systeme zu testen, zu beurteilen sowie Verbesserungsvorschläge zu machen. Das
Ziel war zu vermitteln, dass die Systeme einfach zu bedienen und technisch hochwertig sind und
gut nutzbare Ergebnisse erzeugen. Die Systeme wurden insgesamt von den Anwesenden positiv
beurteilt. Viele der Verbesserungsvorschläge konnten kurzfristig umgesetzt werden und wurden auf
der IMPETUS-Konferenz im Oktober 2008 in Ouarzazate vorgestellt.
Abb. II.6-1: SDSS-Workshop Marokko.
IMPETUS
25
SDSS-Workshop in Benin:
Wie schon in Marokko im Frühjahr so wurde auch im Benin ein SDSS-Workshop durchgeführt.
Dazu wurden die unterschiedlichen Stakeholder in den Bereichen Uni und Ministerien / Agenturen
eingeladen. Mit 46 Teilnehmern war der Workshop gut besucht.
Im Workshop wurden alle bisher entwickelten SDSS, welche in einer lokalisierten und dokumentierten Form vorlagen, vorgestellt. An den beiden Tagen konnten die Teilnehmer die Systeme auch
testen. Die vorgeschlagenen Verbesserungen werden kurzfristig implementiert.
Abb. II.6-2: SDSS-Workshop Benin.
II.7
IMPETUS
26
Aktuelle Veröffentlichungen im Teilprojekt C2
BARETH, G., (2009, in print): GIS- and RS-based spatial decision support: Structure of a Spatial Environmental Information System (SEIS). – International Journal of Digital Earth.
LAUDIEN, R., BROCKS, S., & BARETH, G., 2008a. Designing and developing Spatial Decision Support Systems by using
ArcGIS Engine and Java. - Proc. 4th GIS Conference & ISPRS Workshop on Geoinformation and Decision
Support Systems, 6-7 January 2008, CDRom Proceedings, Tehran, Iran.
LAUDIEN, R. 2008. Verwendung von ArcGIS Engine zur räumlichen Entscheidungsunterstützung. ArcAktuell 1/2008,
p. 43.
LAUDIEN R., BROCKS, S., WEYLER, S, & BARETH, G. 2008b. Development and implementation of a multi-temporal
SDSS scenario viewer by using ArcGIS Engine: The ArcGISDoubleMap- Panel, ArcUser, Vol. 11, No. 3
(Summer 2008), p. 16-19.
LAUDIEN, R. , KLOSE, S., KLOSE, A., RADEMACHER, C. & BROCKS, S. 2008c. Implementation of non-Java based interfaces to embed existing models in Spatial Decision Support Systems - Case study: Integration of MSR Excelmodels in IWEGS. - Proc. XXXVII, Part B2, Commission II (Edited by: Chen, J., Jiang J., Kainz, W.), ISPRS
Congress, 3-11 July 2008, Beijing, China, ISSN 1682-1750, p. 527-532.
LAUDIEN, R., POFAGI, M., & RÖHRIG, J. (in review). Development and implementation of an interactive Spatial Decision Support System for decision makers in Benin to evaluate agricultural land resources - Case study:
AGROLAND - , International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation (JAG).
RÖHRIG, J. & LAUDIEN, R. (in review): Evaluation of agricultural land resources by implementing a GIS- and RS-based
SDSS for national decision makers in Benin (West Africa), Journal of Applied Remote Sensing (JARS).
MRZYGŁOCKI, R. 2008: Konzeptionelle und praktische Entwicklung eines Geodatensystems für die IMPETUSProjektländer Benin und Marokko, Diplomarbeit, Geographisches Institut der Universität Bonn, pp. 127.
Ernährungssicherung
IMPETUS
III
Stand der Problemkomplexe
III.1
Benin und seine Themenbereiche
__27
III.1.1 Ernährungssicherung
Der Projektbereich Ernährungssicherung befasst sich mit verschiedenen Faktoren, die sowohl eine
verbesserte Ressourcennutzung für die Primärproduktion als auch die Tierhaltung betreffen. Ziel ist
es dabei, die noch verfügbaren Reserven so zu erschließen, dass zum einen die Nutzung nachhaltig
ist, zum anderen Konfliktpotenziale minimiert werden. Eine Verbesserung der Produktionsbedingungen und ein Schutz der natürlichen Ressourcen beinhaltet aber gleichzeitig die Nahrungsmittelproduktion für eine wachsende Bevölkerung sicher zu stellen. Da bei jeder Entscheidung über Ressourcennutzung verschiedene Belastungen, Nutzen, Vor- und Nachteile abzuwägen sind, ist es
wichtig, angesichts der Dimensionen und Komplexität des Themas die vorhanden Daten in räumlich explizite Entscheidungshilfesysteme (SDSS) zu integrieren. Zur Unterstützung der Entscheidungsträger auf kommunaler und nationaler Ebene werden daher in den im Themenbereich „Ernährungssicherung“ zusammengefassten Problemkomplexen Decision Support Systeme bzw. Informationssysteme entwickelt und in das IMPETUS Framework (ISDSS) eingebaut.
Nachdem in der ersten Hälfte der dritten Projektphase der Schwerpunkt auf der konzeptionellen
Entwicklung der SDSS und IS lag, wurden im Berichtszeitraum die Konzepte in Zusammenarbeit
mit dem Projektbereich C2 softwaretechnisch umgesetzt und nutzerfreundliche Schnittstellen geschaffen. Alle Systeme besitzen nun Nutzerführungen in drei Sprachen (deutsch, englisch und französisch) sowie eine Bedienungsanleitung sowohl im HTML- als auch im PDF-Format. Die grafische Nutzeroberfläche des SDSS BenImpact (PK Be-E.1 und PK E.5) wurde komplett neu überarbeitet und erlaubt eine einfache Auswahl aus einer Vielzahl von Simulationsergebnissen und deren
Darstellung als Kuchendiagramme, Liniengrafiken oder Landkarten. Im SDSS PEDRO (PK BeE.2) wurden sowohl die Eingabeformulare um wichtige Parameter (Aussaatterminierung, Bestandesdichte) erweitert als auch die Ausgabe der Simulationsergebnisse. Die Kartendarstellung der
Ergebnisse ist so in das ISDSS Framework integriert, dass auch Elemente des IMPETUS Atlas auf
bequeme Weise eingebunden werden können. Das SDSS AGROLAND (PK Be-E.6) bietet nun die
Möglichkeit die Auswirkungen von Klimaszenarien auf den Marginalitätsindex abzuschätzen. Außerdem wurden eine Vorschaufunktion und eine Plausibilitätsprüfung der Nutzereingaben eingebaut. Die Ergebnisse der Szenarienrechnungen deuten darauf hin, dass sich bis zum Jahr 2025 die
naturräumlichen Produktionsgrundlagen deutlich verschlechtern werden. Zur Visualisierung der
Ergebnisse der im Projekt regionalisierten Klimaszenarien des globalen Klimamodells ECHAM5,
wurde im PK Be-E.3 das IS ClimModInfo entwickelt und softwaretechnisch weitgehend umgesetzt.
Es hat im ISDSS Framework die Aufgabe, den Nutzern in leicht verständlicher Sprache die Ergeb-
IMPETUS
__28
nisse der Klimaszenarien zu erklären. Da die Klimaszenarien in fast allen SDSS als Eingabeoptionen verwendet werden, ist das IS ClimModInfo von zentraler Bedeutung.
Neben der Umsetzung der SDSS/IS Konzepte in lauffähige und nutzerfreundliche Softwareanwendungen wurde insbesondere in den Problemkomplexen Be-E.1, Be-E.2 und Be-E.7 an der Kalibrierung der in den SDSS verwendeten Modellen weitergearbeitet. Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung, um die Unsicherheiten in den Modellen zu verringern und um sie zur wissenschaftlich fundierten Entscheidungsunterstützung einsetzen zu können.
Das Capacity Development wurde im Berichtszeitraum intensiviert. Im Jahr 2008 wurden im Themenbereich Ernährungssicherung zu jedem SDSS/IS mindestens eine Fortbildungsmaßnahme
durchgeführt. Das dort erhaltene Feedback durch die Nutzer konnte dann direkt in die Verbesserung
des Systemkonzepts bzw. der GUI umgesetzt werden..
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass im Themenbereich „Ernährungssicherung“ im
Berichtszeitraum große Fortschritte in der Umsetzung der Systemkonzepte in bedienungsfreundliche Softwareprodukte gemacht wurden. Die Rückmeldungen der Anwender in Benin sind durchweg
positiv und konstruktiv, wie die zahlreichen Seminare und Workshops vor Ort gezeigt haben. Durch
die Einbindung lokaler Wissenschaftler und Behörden in die Entwicklung und Umsetzung der Systeme ist der Grundstein für einen nachhaltigen Technologietransfer gelegt.
IMPETUS
__29
PK Be E.1 Landnutzung und Versorgungssicherung bei
Ressourcenknappheit und Niederschlagsvariabilität in Benin
Problemstellung
Die agrarische Landnutzung ist ein in zunehmendem Maße wichtiger Bestandteil der Gesamtlandnutzung in Benin, und darüber hinaus die Basis für die Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln. Kennzeichnend für die beninische Landwirtschaft ist nach wie vor der Wanderfeldbau, in welchem sich Feldfrüchte mit Bracheperioden abwechseln. Bewässerungslandwirtschaft
wird bislang nur in sehr geringem Ausmaß betrieben. Damit bestehen zwischen Art und Umfang
der landwirtschaftlichen Nutzung und dem Wasserkreislauf in erster Linie folgende Zusammenhänge:
1. Der Klimawandel, insbesondere die Änderung von Höhe und Verteilung der Niederschläge verändert das Ertragspotenzial der wichtigsten Nutzpflanzen,
2. der Nahrungsbedarf der zunehmenden Bevölkerung bei geringem Betriebsmitteleinsatz kann
aktuell nur durch die Kultivierung bisher ungenutzter Flächen sowie Verkürzung der Bracheperioden gedeckt werden;
3. was eine zunehmende Entwaldung des Landes und Bodendegradation und
4. eine fortlaufenden Ausdehnung der agrarisch genutzten Landfläche bewirkt, und damit eine
Veränderung der vegetativen Biomasse hinsichtlich Umfang und Zusammensetzung. Dies wiederum hat u.a. Rückwirkungen auf Klima und den Gebietswasserhaushalt.
IMPETUS
__30
Da die menschlichen Aktivitäten letztlich ökonomisch getrieben sind, erfordert die Lösung der vorstehend genannten Probleme eine Berücksichtigung der zu Grunde liegenden ökonomischen Bedingungen. Die für eine Lösung erforderliche Optimierung von Interventionen ist schwierig und soll
durch die Integration der diesen Änderungen zugrunde liegenden ökonomischen Prozesse in ein
DSS erreicht werden.
Der geringe Entwicklungsstand des Landes hat zu Folge, dass der Landbevölkerung kaum Alternativen zur derzeitigen Subsistenzwirtschaft als Haupterwerbsquelle zur Verfügung stehen. Die hohen
Kosten für die Vermarktung von Produkten und den Kauf von Dünge- und anderen Betriebsmitteln
sowie der weitgehend fehlende Zugang zu Kleinkrediten sorgen dafür, dass Produktivitätssteigerungen und Spezialisierung in den Farmhaushalten unterbleiben. Die noch frei zugänglichen Landreserven sowie die angesichts der verbreiteten Unterbeschäftigung im Überfluss vorhandene Arbeitskraft in den Dörfern sind somit die Ressourcen, mit denen tatsächlich gearbeitet wird. Erst bei
einer Erschöpfung der Landreserven, wie sie im Süden zu beobachten ist, beginnt etwa der Einsatz
von Dünger für die Bauern wirtschaftlich interessant zu werden.
Mitarbeiter
A. Kuhn, I. Gruber, T. Gaiser
Zielsetzung
Ziel des Problemkomplexes ist zum einen die Weiterentwicklung von ökonomisch fundierten Szenarien hinsichtlich der Landnutzung, agrarischem Wasserbedarf und Lebensmittelversorgung in
Benin für das Jahr 2025. Im Zentrum der Analyse steht die interdisziplinäre Simulation des Wanderfeldbaus im Einzugsgebiet des Oueme, aber auch die Landnutzung in anderen repräsentativen
Gebieten Benins wie dem Baumwollgebiet und dem subtropischen Küstengebiet des Landes.
Forschungsansatz und Modellierung
In einem landwirtschaftlich geprägten Entwicklungsland wie Benin können Agrarsektormodelle als
politische Entscheidungshilfen dienen, da sich mit ihrer Hilfe sowohl die Auswirkungen von exogenen Änderungen (Klimawandel, Bevölkerungsentwicklung, technischer Fortschritt) als auch alternative Strategien der Wirtschafts- und Agrarpolitik quantifizieren und bewerten lassen können.
Die Erstellung und Anpassung derartiger Modellsysteme erfordert jedoch Ressourcen, die oftmals
in den Partnerländern nicht bereitgestellt werden können. Insofern ist ein wichtiges Ziel in PK Be
E.1, ein den besonderen Produktionsverhältnissen im Ouémé-Einzugsgebiet angepasstes Agrarsektormodell zu entwickeln und Wissenschaftlern und Entscheidungsträgern in Benin verfügbar zu
machen.
IMPETUS
__31
Während die Vegetation sich unter natürlichen Bedingungen als Folge von Klima, Bodenverhältnissen und Biodiversität entwickelt, wird ihre Zusammensetzung bei Zunahme der landwirtschaftlich
genutzten Fläche von ökonomischen Entscheidungen der Bewohner bestimmt. Insofern ist eine bioökonomische Modellierung der agrarischen Landnutzung unabdingbar, um Aussagen zur künftigen
Landbedeckung und der Vegetation treffen zu können. Mit den naturwissenschaftlich orientierten
Disziplinen wird vor allem im Bereich der Ertragsmodellierung wichtiger Feldfrüchte sowie möglicher Anbauverfahren kooperiert. Mit den sozial- und humanwissenschaftlichen Disziplinen findet
ein Austausch im Bereich Demographie, Migration, Urbanisierung und Lebensmittelkonsum statt.
Die besondere Herausforderung an ein agrarökonomisches Modell für IMPETUS-Benin besteht nun
darin, diejenigen wirtschaftlichen Prozesse zu identifizieren und abzubilden, welche letztlich die
beobachtete Landnutzung bestimmen. Die Landnutzung determiniert die Vegetationsbedeckung des
Landes, und spielt damit eine entscheidende Rolle im Wasserkreislauf. Landnutzung erfolgt zum
einen in der Form von Ackerbau und Dauerkulturen (Sträucher und Bäume). Aber auch der Wald
bzw. Baumsavanne werden als Quelle für Bau- und Feuerholz, als Viehweide und als Jagdrevier
genutzt. Die beobachteten Trends der letzten Jahre zeigen eine starke Zunahme der ackerbaulichen
Nutzung mit entsprechenden Rückgängen der Nutzung von Wald. Verbunden ist dies mit einem
Rückgang des Volumens der Vegetationsbedeckung. Aufgabe der Agrarsektormodellierung ist es,
die ökonomischen Ursachen als auch die Geschwindigkeit dieses Nutzungswandels zu erklären.
Hierzu ist es zum einen nötig, ein Modell zu verwenden, das die wirtschaftlichen Bedingungen von
Subsistenzlandwirtschaft unter Bevölkerungsdruck wiedergibt. Des weiteren ist eine angemessene
dynamische Formulierung und Parametrisierung des Modells erforderlich, um künftige Entwicklungen abschätzen zu können. Wesentliche treibende Faktoren sind hier in erster Linie das lokale Bevölkerungswachstum und die Entwicklung alternativer Einkommensmöglichkeiten.
Zur numerischen Analyse wird auf der Basis des oben beschriebenen methodischen Ansatzes das
im Rahmen der bisherigen Arbeit von IMPETUS entwickelte Agrarsektormodell BenIMPACT
(Benin Integrated Modelling System for Policy Analysis, Climate and Technology Change) verwendet. BenIMPACT ist ein regionales Simulationsmodell für Angebot und Nachfrage von Agrarprodukten in Benin (Partialmodell). Dieses setzt sich zusammen aus einem numerischen Simulationsalgorithmus, der in der Sprache GAMS (Generalised Algebraic Modelling System) programmiert ist, sowie einem als Szenario-Viewer ausgelegten, neu entwickelten SDSS (BenImpact-Crop),
das den paarweisen Vergleich der bislang verfügbaren Szenarioläufen über den 25-jährungen Projektionszeitraum ermöglicht.
Stand der Entwicklung des SDSS BenImpact-Crop
Der BenIMPACT Scenario Viewer ist eine graphische Benutzeroberfläche (graphical user interface
GUI), die dazu dient, Ergebnisse von Szenariosimulationen durch BenIMPACT zu visualisieren.
Das numerische Simulationsmodell BenIMPACT ist ein regionalisiertes Modell für den Agrar- und
IMPETUS
__32
Nahrungssektor in Benin. Jede Szenariosimulation durch BenIMPACT resultiert in einer Vielzahl
an numerischen Ergebnissen, die in GDX-Dateien ausgegeben werden. Der BenIMPACT Scenario
Viewer wurde hauptsächlich dazu programmiert, um GDX-Dateien unabhängig von GAMS auf
bequeme Weise zugänglich zu machen. Dem Benutzer der GUI ist es insbesondere möglich:
1. Ergebnisdaten aus GDX-Szenario-Dateien zu extrahieren,
2. Daten von GDX-Dateien in Tabellen, Graphen und Karten zu transformieren und zu
strukturieren,
3. diese Auswahl in andere Datenformate oder Dokumente zu exportieren,
4. neue GDX-Dateien in der Szenario-Datenbank zu speichern.
Die GUI von BenIMPACT Scenario Viewer wurde entwickelt, um neuen Benutzern rasch ein intuitives Verständnis der wichtigsten Funktionsweisen zu ermöglichen. Diese Bedienungsanleitung
zielt darauf, den Benutzer mit denn wichtigsten Funktionen vertraut zu machen.
Das erste Dialogfeld, auf dem der Benutzer eine Auswahl treffen kann, ist die Auswahl zwischen
den Funktionen ’Szenarios hinzufügen’ und ‚Szenarios betrachten’. Üblicherweise wünscht der
Benutzer zunächst, ein existierendes Szenario zu betrachten (GDX-Datei), welches bereits Teil der
Szenario-Datenbank ist. Falls der Benutzer jedoch ein Szenarios selbst berechnet oder von anderer
Seite erhalten hat, kann er ebenso GDX-Dateien hinzufügen, welche diese Ergebnisse enthalten.
Die erste mögliche Auswahl: Szenarien betrachten oder Szenarien hinzufügen
Wünscht der Benutzer, neue Szenarien in die Datenbank einzustellen, öffnet sich der folgende Bildschirm, der den Benutzer dazu auffordert, die neuen GDX- Szenario- Dateien zu identifizieren, ihnen einen Namen zu geben und etwas erläuternden Text zum simulierten Szenario hinzuzufügen.
IMPETUS
__33
Dateien, Kurzbezeichnungen und Beschreibungen für neue Szenarien hinzufügen
Im unteren Teil dieses Formulars wird der Benutzer aufgefordert, die interdisziplinären IMPETUS-Szenarien
zu bestimmen, auf welchem jedes individuelle BenIMPACT-Szenario basiert. Jede Forschungsgruppen in
IMPETUS arbeitet soweit als möglich mit diesen vordefinierten klimatischen und sozioökonomischen Szenarien.
Sobald die neue GDX-Szenario-Datei zur Szenariodatenbank hinzugefügt wurde, steht diese zur Betrachtung
und zum Vergleich mit anderen Szenarien zur Verfügung, was die Schlüsselfunktion des BenIMPACT Scenario Viewer darstellt.
Nachdem zwei Szenarien vom Benutzer ausgewählt worden sind, wird eine vorgegebene Tabellenansicht
angezeigt (s. Abb. unten). Diese Tabellenansicht vergleicht die Marktbilanzen für agrarische Verbrauchsgüter zwischen den zwei Szenarien für das Jahr 2000, markiert mit ‚Szenario 1’ und ‚Szenario 2’ in der Abbildung. In den Tabellenzeilen sehen wir Agrargüter (Pflanzliche und tierische Erzeugnisse). In den Tabellen-
IMPETUS
__34
spalten sind die Variablen angezeigt, die diese einfache Form einer Marktbilanz bilden: Produktion abzüglich Verluste und Saatgutverbrauch, menschlicher Konsum, Verarbeitung und der daraus resultierende regionale Überschuss oder Defizite. Die Szenarien gruppieren die Spalten; sie stellen die ‚Spaltengruppen’ dar.
Die regionale wie auch die zeitliche Dimension sind nicht in den Zeilen und Spalten enthalten und müssen
folglich über das Dropdownmenü in der oberen linken Ecke ausgewählt werden (‚Auswahl Region’ und
„Auswahl Jahr’). Es wäre zwar ebenso möglich, ‚Zeilengruppen’ zu bilden, indem man entweder die regionale oder die zeitliche Dimension hinzufügt, aber dies würde die Tabellen zu groß werden lassen, um noch
einen schnellen Überblick zu gewährleisten. Das Hinzufügen, Entfernen oder Verlagern von Datendimensionen kann über die Pivotierungsfunktion leicht realisiert werden, welche an späterer stelle erläutert werden
wird.
Startansicht: Marktbilanzen in Benin für das Jahr 2000
Ch
i
Ch
Scenario 1
Scenario 2
Zusätzlich zum den Dropdownmenüs, die andere Datendimensionen enthalten, kann der Benutzer einige
zusätzliche Buttons in der oberen linken Ecke der Tabellenansicht finden. Die nächste Abbildung zeigt diese
Buttons detaillierter Form:
•
Ganz entscheidend ist die Toolbar, die Buttons zum Kopieren/Einfügen von Tabellen- oder Graphikansichten enthält, zum Exportieren von Dateien, Ansichtsoptionen, Pivotierung, sowie die Auswahl der
Darstellungsart der Daten als Tabelle, Grafik oder Landkarte.
•
In jeder Tabelle, aber auch jeder Grafik oder Karte können individuelle Elemente einer Dimension ausgewählt werden, indem man die ‘Auswahlbuttons’ (unten links) anklickt. Darüber kann der Benutzer
beispielsweise die Ergebnisdarstellung auf die Jahre 2000 und 2025 reduzieren oder lediglich die tierischen Produkte auswählen. Überdies ist eine Navigationsfunktion verfügbar, mit der man zurück zur
vorherigen Ansicht gelangen kann.
IMPETUS
__35
Die Toolbuttons für Tabellen
Export to a file
Choose topic
and table
content
Copy table or
graph to the
clipboard
View
options
Pivot the table
Choose between
table, graph, or map
Return to
previous
view
Selection of
row elements
•
Selection of
row elements
Selection of row-group elements
Thema und Tabelle – dieser Button erlaubt dem Benutzer, zwischen verschiedenen Themen
(z.B. Ernährungssicherung => Landwirtschaft) zu wechseln. Jedes Thema enthält eine Vielzahl an vordefinierten Tabellen, welche wiederum Ergebnisse zum Thema bereitstellen. Unter
dem Thema Ernährungssicherung sind Tabellen zu Marktbilanzen, Preisen, Handel, ProKopf-Verbrauch und Ernährung bereits angelegt. Das Thema Landwirtschaft wartet mit Tabellen zu Anbauflächen, Größe der Viehbestände, Erträgen und regionale Anbauanteilen auf.
Der Abschnitt Ressourcenverbrauch arbeitet mit absoluten und Pro-Kopf-Nutzung von Kulturland und Wasser. Schließlich legen die Tabellen zu den Hauptantriebsfaktoren die Annahmen hinsichtlich Klimawandel, Bevölkerungswachstum und ökonomischer Entwicklung offen, die das spezifische Szenario charakterisieren. Der aktivierte „Inhalt und Tabelle“-Button
wird in der nächsten Abbildung gezeigt.
IMPETUS
__36
Vordefinierte Themen aussuchen und dazugehörige Tabellen- und Kartenansichten
Der Szenario-Viewer verfügt nun über eine Vielzahl von Funktionen, um Tabellen, Diagramme
oder Landkarten zu erstellen und zu exportieren, deren Beschreibung den hiesigen Rahmen sprengen würde. Genauere Informationen sind der Dokumentation des Viewers zu entnehmen, die
Bestanddteil des IMPETUS - Frameworks ist.
Forschungsarbeit im Berichtszeitraum: Szenario-Simulationen zur Düngernutzung
Die unzureichende Flächenproduktivität von Nahrungspflanzen ist ein wesentlicher erklärender
Faktor für die zunehmende Abhängigkeit afrikanischer Länder von Nahrungsmittelimporten und –
hilfe. Die Verwendung von Mineraldünger in größerem Umfang als bisher könnte die Nahrungsbilanzen vieler Länder dramatisch verbessern und für niedrigere Nahrungsmittelpreise, einem größeren Angebot und Verbrauch sowie einer verbesserten Nahrungsmittelsicherheit und Ernährungssituation dienen. Unter bestimmten Voraussetzungen kann vermehrte Düngernutzung auch den Druck
auf die Ressourcen Land, Wasser und Arbeitskraft verringern.
Um die Bedingungen für eine verbesserte Nutzung von Mineraldünger mit Hilfe des Agrarsektormodells BenIMPACT simulieren zu können, wurden mit Hilfe des Pflanzenwachstumsmodells
EPIC im SDSS PEDRO Ertragssimulationen für verschiedene Düngeniveaus durchgeführt (siehe
PK Be-E.2). Aus diesen Simulationsreihen wurden für die Verwendung in BenIMPACT quadrati-
IMPETUS
__37
sche N-Ertragsfunktionen approximiert. Die Düngeniveaus im Basisjahr 2000 wurden auf Grundlage dieser Ertragsfunktionen sowie den gängigen Düngemittel- und Produktpreisen unter der Annahme gewinnmaximierenden Düngereinsatzes kalibriert.
Eine besondere Bedeutung hat in diesem Zusammenhang die düngerpolitische Praxis in Benin.
NPK-Mischdünger wird zoll- und steuervergünstigt für den saisonal geplanten Baumwollanbau zur
Verfügung gestellt. Darüber hinausgehende Düngermengen müssen von den Landwirten zu den
regional gängigen Marktpreisen (also Einfuhrpreis plus Zoll, Mehrwertsteuer, sowie Transport- und
Vermarktungskosten) erworben werden. Der quotenmäßig beschränkte steuervergünstigte Dünger
ist etwa 40% billiger als auf dem freien Markt. Es ist ein offenes Geheimnis in Benin, dass der für
Baumwolle importierte Mineraldünger je nach der Preissituation im Baumwollsektor in großem
Umfang für andere, vor allem Nahrungsfrüchte, abgezweigt wird. Dies erklärt auch die in den letzten Jahren zu beobachtende Zunahme von Erträgen etwa bei Cassava, während die Baumwollerträge zurückgingen.
Zwei Szenarien wurden mit Hilfe von BenIMPACT simuliert. Das Basisszenario stellt die Konsequenzen einer Fortführung der bisher verfolgten Düngepolitik bis 2025 dar. Es zeigt sich, dass Benin vor allem aufgrund der wachsenden Bevölkerung in eine zunehmende Abhängigkeit von Nahrungsmittelimporten geraten würde. Die Nutzung von Dünger würde generell abnehmen, unter anderem deshalb, weil der Anbau von Baumwolle relativ zu anderen Produkten an Attraktivität verlöre und dadurch die bereitgestellten Mengen an steuervergünstigtem Dünger abnähmen.
Das simulierte Politikexperiment hingegen zeigt die Auswirkungen einer Ausweitung der existierenden Düngepolitik für Baumwollanbau auf die gesamte Nutzung von Dünger. Eine NichtBesteuerung von Mineraldünger hätte positive Folgen für die Landwirtschaft in Benin und die Versorgung mit Nahrungsmitteln. Die Ausdehnung der Landnutzung würde gegenüber dem Basisszenario nur unwesentlich zunehmen. Hingegen wäre die gesamte Nutzung von Mineraldünger fast
doppelt so hoch, wovon vor allem der Anbau von Nahrungsmitteln profitieren würde (Abb.1). Die
Zunahme der Importabhängigkeit könnte zwar nicht in ihr Gegenteil verkehrt, aber doch erheblich
gebremst werden.
Base year
IMPETUS
Baseline scenario, 2025
__38
Tax exemption scenario, 2025
Abb. III.1.1-1: Regionale Verwendung von NPK-Dünger 2000 and 2025 [in kg pro Hektar]
IMPETUS
__39
PK Be-E.2: Auswirkungen von Landnutzungsänderungen, Klimaveränderungen
und Pflanzenmanagement auf Bodendegradation und Ernteertrag
im oberen Ouémé-Einzugsgebiet
Anbau von Yams bei Parakou
Problemstellung
Aufgrund des anhaltenden Bevölkerungswachstums im Einzugsgebiet des Ouémé ist eine zunehmende Ausdehnung der landwirtschaftlich genutzten Fläche sowie ein verstärkter Nutzungsdruck
auf die bereits vorhandenen Flächen zu verzeichnen. Als Folge von verkürzten Brachezeiten, mangelndem Düngereinsatz, regelmäßigem Abbrennen der Biomasse sowie Bodenerosion durch Wasser, zeigen die Böden in einigen Teilen des Untersuchungsgebiets bereits starke Degradationserscheinungen. Mit dem Verlust an Wurzelraum durch Bodenerosion und der Abnahme der Nährstoffvorräte sowohl durch Bodenerosion als auch durch die Verkürzung der Brachezeiten ist kurz(wenige Jahre) bis mittelfristig (Jahrzehnte) mit Einbußen bei den Ernteerträgen zu rechnen. Diese
sind im Falle der Bodenerosion zum Teil irreversibel und angesichts der vorherrschenden Subsistenzwirtschaft für die Landbevölkerung von existenzieller Bedeutung. Die Entwicklung der Erträge nimmt eine zentrale Rolle hinsichtlich der zukünftigen Landnutzungsänderungen ein, da sie
maßgeblich die Flächenausdehnung der landwirtschaftlichen Nutzung bestimmt. Im Hinblick auf
die Ernährungssicherung ist es daher wichtig, die Zusammenhänge zwischen Klima, Landnutzung,
Ertrag, Bodeneigenschaften und Anbausystemen zu analysieren und zu quantifizieren, sowie mögliche Auswirkungen von Handlungsoptionen abzuschätzen.
Die zentralen Fragen sind daher:
IMPETUS
__40
•
Welche Effekte üben gegenwärtige und zukünftige Veränderungen in der Landnutzung und
im Klima auf die Bodenerosion aus? Welche Gebiete im oberen Ouémé-Einzugsgebiet sind
besonders erosionsgefährdet?
•
Wie wirken sich Klimaveränderungen, Verkürzung der Brachezeiten und Bodendegradation
auf den Ernteertrag wichtiger Feldfrüchte aus?
•
Kann durch veränderte Managementstrategien, wie beispielsweise den Einsatz von Düngemitteln, der Ernteertrag gesteigert bzw. die Bodenerosion reduziert werden?
•
Welche Konsequenzen ergeben sich hinsichtlich der Ernährungssicherung für die Zukunft?
Mitarbeiter
T. Gaiser, C. Hiepe, A. Srivastava, A. Bossa, A. Enders
Zielsetzung
Das Hauptziel der Arbeiten ist die Entwicklung des SDSS PEDRO (Protection du sol Et Durabilité
des Ressources agricoles dans le bassin versant de l'Ouémé Supérieur) zur Abschätzung des zukünftigen Bodenaustrages und der Ertragsentwicklung unter Berücksichtigung von Klima- und
Landnutzungsszenarien, wie sie aus den IMPETUS Szenarien abgeleitet werden. Die Entwicklung
beinhaltet zum einen die Parametrisierung und Kalibrierung eines Ertragsmodells (EPIC) und eines
hydrologischen Modells (SWAT), zum anderen die Einbindung potenzieller Nutzer in das Design
des SDSS, um die Modelle auf die Bedürfnisse der zukünftiger Nutzergruppen abzustimmen.
Nutzergruppen
• Direction Générale de l’Eau
• Dr. Pierre Adisso (Chef Service Hydrologie)
• Dr. Felix Azonsi (Chef Service Resources en Eau)
• Mitarbeiter : Arnaud Zannou, Aurélien Tossa
• Université d’Abomey-Calavi
• Prof. Abel-Afouda (Faculté des Sciences Techniques)
• Mitarbeiter : Eric Alamou
• Prof. E. Agbossou (Faculté des Sciences Agronomiques)
• Mitarbeiter : Dr. Luc Sintondji
• Institut National des Recherches Agronomique du Bénin
• Dr. Mouinou Attanda Igué
• Rodrigue Dagberou, Patrice Attiogbe
IMPETUS
__41
Stand der SDSS/IS/MT-Entwicklung
Das SDSS PEDRO ist von der softwaretechnischen Seite her nun voll einsatzfähig. Neben einer
Erweiterung der Anbauoptionen im Hinblick auf den Saattermin und die Pflanzendichte, wurde
auch die Ergebnisausgabe um weitere Optionen erweitert (z.B. Differenzkarten für Ernteerträge,
Ausgabe der hydrologischen Ausgabegrößen in monatlicher Auflösung). Außerdem ist sowohl die
Nutzerführung als auch die Bedienungsanleitung in drei Sprachen verfügbar. Erste Einführungskurse für Anwender des SDSS wurden bereits durchgeführt, woraus sich u.a. Anregungen für eine
Weiterentwicklung des Systems ergaben. Weitergehende Schulungen für Administratoren sind für
das nächste Jahr geplant.
Die Kalibrierung und Validierung des SDSS für Mais und Yams wurde im Berichtszeitraum vorangetrieben. Inhaltlich ist die Validierung auf regionaler Ebene für einzelne Kulturpflanzen noch nicht
endgültig abgeschlossen. Inzwischen wurde auf beninischer Seite der Wunsch geäußert, das System
um weitere Kulturpflanzen (Ananas, Cashew) zu ergänzen, die für die zukünftige Agrarproduktion
und besonders für den Export von Bedeutung sein könnten.
Erweiterung der Eingabe- und Ausgabeoptionen im SDSS PEDRO
Die Vorstellung des SDSS für potentielle Nutzer des Systems ergab, dass die Optionen für die Parametrisierung der Anbaumaßnahmen, um die Einstellung des Saattermins sowie die Pflanzdichte
erweitert werden mussten. Der Änderung des Saattermins ist für die Bauern eine einfache und kostenneutrale Maßnahme zur Anpassung an Witterungs- und insbesondere Klimaveränderungen. Die
Spanne der möglichen Aussaatmonate wurde gemäß den spezifischen Möglichkeiten bei der jeweiligen Kulturpflanze festgelegt. Innerhalb dieser Spanne kann der Nutzer den Aussaatmonat frei
wählen (Abb.III.1.1-2). Eine weitere kostenneutrale Maßnahme zur Anpassung an verändertes Wasser- und Nährstoffangebot ist die Variation der Pflanzdichte. Bei Rückgang der Niederschläge muss
beispielsweise die Bestandesdichte von Getreide durch den Bauern reduziert werden, um die Erhaltung und Ausbildung der Körner und damit des verwertbaren Ertrags zu sichern. Bei höherer Wasserverfügbarkeit beispielsweise wenn eine Bewässerungsmöglichkeit besteht, ist eine Erhöhung der
Bestandesdichte möglich und sogar nötig, um die bessere Wasserversorgung in eine optimale Biomasse- und Ertragsbildung umsetzen zu können. Zur Ermittlung der potentiell möglichen Bestandesdichten mussten umfangreiche Recherchen durchgeführt werden. Da die Spanne der möglichen
Bestandesdichten bei den einzelnen Kulturpflanzen sehr unterschiedlich ist, wurde auch diese Einstellungsmöglichkeit für den Anwender kulturpflanzenspezifisch gestaltet. Bei Yams sind beispielweise Bestandesdichten von 0.3 bis 8 Pflanzen pro m2 üblich, während bei Reis bis zu 300 Pflanzen
pro m2 möglich sind (Abb. III.1.1-2).
IMPETUS
__42
Abb. III.1.1-2: Eingabeformular zur pflanzenspezifischen Definition von Aussaatstärke und
Pflanztermin im SDSS PEDRO
Auf Empfehlung der Anwender wir in der Ergebnisausgabe eine Abfrageroutine entwickelt, um
Differenzkarten bzw. –diagramme darzustellen. Die Ergebnisausgabe des SDSS Pedro enthält standardmäßig ein Referenzszenario (Klimadaten aus Messungen, Ausdehnung der Ackerflächen in den
Jahren 1991/2000, Traditioneller Anbau ohne Bewässerung und Düngung). Durch die Abfrageroutine können nun die Ergebnisse der vom Nutzer definierten Szenarienkombination in Beziehung
gesetzt werden zu den Ergebnissen des Referenzszenarios und Differenzkarten- oder Differenzdiagramme ausgegeben werden. Abbildung III.1.1-3 zeigt die Differenzen der Maiserträge des Szenarios Regenfeldbau mit Mineraldüngereinsatz (Klimadaten aus Messungen, Ausdehnung der Ackerflächen in den Jahren 1991/2000) zum Referenzszenario. Die Differenzkarte zeigt, dass die Wirkung der Mineraldüngung abhängig ist vom Standort, aber allen Einzugsgebieten, in denen Ackerbau betrieben wird, zu einer Erhöhung der Maierträge um 1 bis >2.5 t/ha führt.
IMPETUS
__43
Abb. III.1.1-3: Räumlich differenzierte Erhöhung der Maiserträge durch Einsatz von Mineraldüngung im Vergleich zum Referenzszenario (Klimadaten aus Messungen, Ausdehnung der Ackerflächen in den Jahren 1991/2000, Traditioneller
Anbau ohne Bewässerung und Düngung)
4.2 Kalibrierung der Ertragsberechnungen für Yams und Mais
Yams ist eine der ökonomisch bedeutendsten Kulturpflanzen im Oueme-Einzugsgebiet, weil sie
relativ hohe Flächenerlöse erwirtschaftet. Allerdings gibt es bisher kein Pflanzenwachstumsmodell,
das in der Lage ist das Wachstum und die Ertragsbildung dieser Pflanze zu simulieren. Für die Abschätzung der Yamserträge im SDSS PEDRO bedurfte es des Aufbaus eines Parameterfiles für diese Kulturpflanze, welcher die für das EPIC Modell wichtigsten physiologischen Kenngrößen von
Yams enthält. Die physiologischen Kenngrößen wurden teils durch umfangreichen Literaturrecherchen, teils durch die Auswertung der Feldexperimente in den Jahren 2000-2006 gewonnen. Nach
dem Aufbau des Parameterfiles erfolgte die Kalibrierung des Modells anhand der Feldversuche in
den Jahren 2005 und 2006.
Figure 2(b)
6
6
5
5
4
3
2
Observed
biomass
Simulated
biomass
Tuber yield (M g/ha)
Total Biom ass (Mg/ha)
Figure 2(a)
4
Observed
Tuber yield
3
2
1
1
0
0
Abb. III.1.1-4: Vergleich der mittleren simulierten und beobachteten Biomasse (links) und der
Yamserträge (rechts) für die Jahre 2005 und 2006 aus Feldversuchen auf drei
Standorten mit zwei Behandlungen (mit und ohne Mineraldüngung)
Simulated
Tuber yield
IMPETUS
__44
Neben Yams und Baumwolle ist Mais die flächenmäßig bedeutendste Feldfrucht. Die Kulturpflanzenerträge und insbesondere die Maiserträge im Oueme-Einzugsgebiet sind abhängig von der Verfügbarkeit von Bracheflächen, weil die Brache traditionell die einzige Maßnahme zur Erhaltung der
Bodenfruchtbarkeit ist. Voraussetzung für die Erfassung der Brachewirkung auf die Maiserträge im
SDSS PEDRO ist die Sensitivität des Modells EPIC bzgl. des Brache-AckerflächeflächenVerhältnisses und Kalibrierung auf regionaler Ebene. Deshalb musste für die Kalibrierung der
Maiserträge auf der Ebene der Gemeinden (Commune), ein Klassifikationsschema für die räumlich
differenzierte Quantifizierung der verfügbaren Bracheflächen entwickelt und in das SDSS eingebaut
werden. Aus den Ergebnissen der Satellitenbildklassifikation wurden die Ackerflächen sowie Flächen unter verschiedene Savannentypen in den Teileinzugsgebieten abgeleitet (Judex et al. 2007).
Danach wurden jedes Teileinzugsgebiete einer der sieben Fallow-Cropland–Klassen zugeordnet
(Tab. III.1.1-1). Je Zugehörigkeit zu einer der Fallow-Cropland-Klassen wurde dann für jedes Teileinzugsgebiet ein flächengewichtetes Mittel des Maisertrages aus Simulationsläufen mit bzw. ohne
Brache ermittelt. Wenn die gesamte Savanne (boisée und arbustive) als Brache verfügbar wäre,
wären die zu erwartenden Erträge deutlich höher als das statistische Mittel in den einzelnen Gemeinden (Tab. III.1.1-2). Jedoch, wenn die Annahme, dass die gesamte Brachefläche für die Rotation zur Verfügung steht verändert wird und angenommen wird, dass weniger Brachefläche zur Verfügung steht, sinken auch die simulierten Maiserträge. Erst bei der Annahme einer Bracheverfügbarkeit von 25% der Savannenfläche nähert sich der simulierte Durchschnittsertrag dem statistischen Ertrag an (Tab. III.1.1- 2).
Tab. III.1.1-1: Definition regionaler Fallow-Cropland-Klassen gemäß des Verhältnisses von
Ackerland zu Bracheflächen
Crop cycles without
fallow
Fallowcropland
class
Average Average falcrop- low-cropland
ratio
land
(%)
Fallow-crop cycles
Area
Cropland
Area
Cropland
(%)
(%)
(%)
(%)
1
17
4.9
0
100
100
17
2
25
3.0
10
100
90
17
3
38
1.6
25
100
75
17
4
50
1.0
40
100
60
17
5
67
0.5
60
100
40
17
6
83
0.2
80
100
20
17
7
100
0.0
100
100
0
17
Tab. III.1.1-2:
IMPETUS
__45
Vergleich des Mittels der statistischen Maiserträge in den zehn Gemeinden des HVO von 1995 bis
2000 mit den simulierten Mittelwerten für Annahmen mit unterschiedlicher Bracheverfügbarkeit (ME
= Mittlerer Fehler, MRE = Mittlerer relativer Fehler)
Mittelwert
Mittelwert
Statistik
Simulation
ME
(kg ha-1)
(kg ha-1)
(kg ha-1)
1241
1999
758
0.62
50% der Savanne verfügbar
1241
1781
540
0.44
25% der Savanne verfügbar
1241
1428
187
0.15
Gesamte
Brache
Savanne
MR
(%)
als
Dies bedeutet, dass man in einzelnen Teileinzugsgebieten davon ausgehen muss, dass die verfügbare Brachefläche schon jetzt die Ertragsbildung bei Mais limitiert, obwohl über das gesamte obere
Einzugsgebiet gesehen der Anteil der Ackerfläche an der Gesamtfläche nur 12 % beträgt. Dies
hängt zum einen damit zusammen, dass der Schutzwald (Forêt Classée) einen erheblichen Teil des
oberen Oueme-Einzugsgebietes einnimmt. Zum Anderen liegt es aber auch an den Bodenrechtsverhältnissen, die für viele Bauern, und insbesondere die eingewanderten Migranten, den Zugang zu
den noch reichlich verfügbaren Bracheflächen erschweren. Nicht zuletzt ist schließlich der physische Zugang durch fehlende Straßen und Wege ein Hindernis, um noch nicht erschlossene Bracheflächen nutzbar zu machen.
Szenarienrechnungen
Zur Abschätzung der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Düngemitteln wurden mit dem SDSS
Szenarien zur Auswirkung des Düngemitteleinsatz auf die Pflanzenerträge gerechnet. Es wurden
mit Hilfe des SDSS Düngersteigerungsexperimente durchgeführt, in denen die Zufuhr von Stickstoff, dem in der Regel am stärksten limitierenden Nährstoff, schrittweise erhöht von 0 auf 300
kg/ha wurde.
Die Abbildung III.1.1-5 zeigt beispielhaft die Ergebnisse der Simulationsläufe für die unterschiedlichen Stickstoffdüngungsstufen für Mais und Erdnüsse. Die Erträge sowohl von Mais als auch von
Erdnuß werden durch Stickstoffdüngung deutlich erhöht. Allerdings ist der relative Ertragszuwachs
bei Mais höher als bei Erdnuß. Der Zuwachsfaktor bei Düngung von 100 kg Stickstoff beträgt bei
Mais 2.5 während er bei Erdnuß nur 1.9 erreicht. Die Ergebnisse der Stickstoffproduktionsfunktionen ging u.a. in das SDSS BenImpact ein, und ermöglichte dort die Berechnung von Düngeszenarien und deren Wirtschaftlichkeit auf regionaler Ebene.
IMPETUS
__46
Tab. III.1.1-3: Annahmen zu den Szenarien zur Stickstoffdüngung durch die Zufuhr von Mischdünger (NPK 14-23-14)
und Harnstoff
Stickstoffmenge Davon
Gesamt
Davon
NPK 14-23-14
Netto N
Harnstoff
Netto N
Kg N/ha
Kg Dünger/ha
Kg N/ha
Kg Dünger/ha
Kg N/ha
25
178
25
1
0
50
178
25
55
25
75
178
25
108
50
100
356
50
108
50
200
356
50
326
150
300
356
50
500
230
2.5
3
Relative yield increase compared
to control (without N)
Relative yield increase compared
to control (without N)
2.5
y = -176.27x2 + 32.773x + 0.9964
2
Maize local
Polynomisch (Maize local)
1.5
1
0.5
0
2
2
y = -125.89x + 21.764x + 0.9741
2
R = 0.9902
1.5
Peanut
Polynomisch (Peanut)
1
0.5
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0
Nitrogen (t/ha)
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Nitrogen (kg/ha)
Abb. III.1.1-5: Normierte Stickstoffertragsfunktionen für Mais (rechts) und Erdnuss (links)
aus Simulationsläufen zu Düngerszenarien (Stickstoffsteigerung) mit dem
SDSS PEDRO
Weitere Schritte
Für den nächsten Berichtszeitraum ist sind folgende Schritte geplant:
1. Räumliche Ausdehnung des SDSS auf deas gesamte Einzugsgebiet des Oueme
2. Regionale Validierung des SDSS für Yams
3. Validierung des EPIC Modells für neue Reissorten für Afrika (NERICA) (siehe auch PK
Be-E7)
4. Fortsetzung der Schulung von SDSS Administratoren und von interessierten Nutzern in Benin
IMPETUS
__47
Literatur
Williams, J.R. (1995): The EPIC Model, in Singh, V.P.: Computer Models of Watershed Hydrology. Water Resources
Publications, Highlands Ranch, USA. pp 909-1000.
Srivastava, A., Gaiser, T. (2008): Biomass Production and Partitioning pattern of Yam (Dioscorea rotundata). Agricultural Journal 3:334-337.
Gaiser, T., Hiepe, C., Judex, M., Kuhn, A. (2008): Regional simulation of food and biomass production in the tropics.
Agricultural Systems (submitted)
Srivastava, A., Gaiser, T., Kanninkpo, C. (2008): Response of lowland rice to topography and different management
practices in Inland valley in the sub-humid savannah of West Africa. J. Plant Nutr. Soil Sci. (submitted)
IMPETUS
__48
PK Be-E.3 Saisonale und langfristige Niederschlagsvorhersage in Benin und
Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft
Abb. III.1.1-6: Aus den Konsortialläufen abgeleitete Prognose der Entwicklung des Niederschlags über Benin nach
dem A1b-Szenario des IPCC (Klimamodell REMO, statistisch nachbearbeitet, Vergleich zu REMOLäufen von 1960-1999)
Mitarbeiter
H. Paeth, M. Janssens, Z. Deng, C. Hiepe, K.-O. Heuer
Problemstellung
Die Verfügung von Süßwasser aus dem Niederschlag ist ein essentieller Faktor in der landwirtschaftlichen Produktion und der Ernährungssicherung in Benin. Bislang gibt es kaum operationelle
Systeme zur saisonalen Langfristvorhersage von Regenmengen im tropischen Westafrika. Solche
saisonalen Vorhersagen stellen aber eine essentielle Grundvoraussetzung für die kurzfristige landwirtschaftliche Planung dar. Langfristige Klimaänderungen werden sich vermutlich auch auf das
landwirtschaftliche Potenzial in Benin auswirken. Es sind also möglichst realistische Szenarien einer Klimaänderung in Westafrika zu entwickeln, um auf der regionalen Skala mittel- bis langfristige
Anpassungsstrategien der landwirtschaftlichen Produktion an veränderte klimatische Randbedingungen für die kommenden Jahrzehnte auszuarbeiten.
IMPETUS
__49
Zielsetzung
Geplant ist für die dritte Phase im IMPETUS-Projekt die operationelle Niederschlagsvorhersage für
eine Regenzeit und die Kommunikation der Vorhersageergebnisse an Akteure in der landwirtschaftlichen Produktion. Das in IMPETUS entwickelte System basiert auf globalen und regionalen Klimamodellsimulationen, die an existierenden Beobachtungsdaten des Niederschlags geeicht werden,
um die Zuverlässigkeit der simulierten Daten zu verbessern. Darüber hinaus gilt es, das Vorhersagesystem technisch-operationell zu implementieren, z.B. beim beninischen Wetterdienst in Cotonou. Das hierzu in den folgenden Monaten zu implementierende SDSS nennt sich „Prévision de la
Mousson Africaine“ (kurz: PRÉMA). Der alte Name des Systems, „Prévision Saisonnièere de la
Pluis Sous-saheliénne“ (kurz: PRÉSAPLUS), musste wegen zu großer Namensähnlichkeit mit anderen, afrikanischen Produkten, geändert werden.
Ferner müssen die vorhergesagten Variablen an die Bedürfnisse der landwirtschaftlichen Akteure
angepasst und entsprechende Kommunikationswege aufgebaut werden, damit die Vorhersageergebnisse die Entscheidungsträger vor Ort rechtzeitig erreichen. Die Verbindung zwischen Klima und
Landwirtschaft wird zunächst mit einem statistischen Modell untersucht. Darüber hinaus sollen
klimabedingte Veränderungen im Pflanzenwachstum mit dem Wachstumsmodell EPIC berechnet
werden. Damit soll neben den dekadischen Vorher-sagen aus der zweiten IMPETUS-Phase nun
auch auf der saisonalen Zeitskala eine Vorhersage des landwirtschaftlichen Potenzials in verschiedenen Subregionen Benins formuliert werden. Dabei sollen die saisonalen Vorhersagen und das
Kommunikationssystem für die kurzfristige Planung operationell implementiert werden. Hierzu
sind bereits einige Vorarbeiten geleistet worden.
Kooperationspartner
Insbesondere bei der saisonalen Vorhersage wird eine Kooperation mit der Direction de la Météorologique Nationale in Cotonou angestrebt. Erste Gespräche mit dem Direktor, Herrn Didé, sind bereits geführt worden. Die Verbindung zwischen Klima und landwirtschaftlicher Produktion soll
gemein-sam mit Wissenschaftlern der Université Abomey-Calavi untersucht und ebenfalls in ein
operationelles Vorhersagesystem aufgenommen werden. Nach erfolgreicher Implementierung des
Vorhersagesystems ist aber auch eine Kooperation mit Vertretern verschiedener Verwaltungsebenen und Akteuren in der Landwirtschaft notwendig. Hierbei werden insbesondere die in IMPETUS
bereits geknüpften Kontakte bis hin zur Dorf und Gemeindeebene genutzt.
Stand der bisherigen Arbeiten
Zielsetzung im PK Be-E.3 für das Jahr 2008 waren:
•
•
eine Schulung in Cotonou, Benin mit dortigen Entscheidungsträgern und wichtigen Mitarbeitern
zur Vorbereitung auf das SDSS PREMA;
Realisierung eines Informationssystems zur Klimamodellierung im IMPETUS-Projekt nach
einer Idee aus dem Jahre 2007;
IMPETUS
__50
• die Weiterentwicklung des DSS PREMA.
Inwiefern die unteren beiden Ziele erfüllt wurden, steht im entsprechenden Kapitel zum Stand der
SDSS/IS/MT-Entwicklungen.
Bei der Schulung, die am 30. März und 1. April 2008 im Chant d'Oiseau in Cotonou stattfand, ging
es sowohl um einen Überblick der Klimaeinflüsse und -veränderungen auf die beninische Landwirtschaft, die Modellierung des Klimas im Allgemeinen als auch um die Hilfestellung seitens
IMPETUS durch das SDSS PRÉMA, aber auch durch die weiteren angebotenen ISDSS-Systeme.
Die Schulung wurde mit einer weiteren IMPETUS-Schulung an den folgenden Tagen von Malte
Diederich (PK Be-H.3), u.a. zu seinem IS PrecipInfo, kombiniert. Neben Prof. Heiko Paeth als Vortragender und Kai O. Heuer nahmen über 20 Personen aus Benin teil, darunter z.B. Dr. Janvier Agbadjagan (DMN), Francis Dide (DNM), Césaire Gnangle (INRAB) und Gilles Nago (FSA). Besonders erwähnenswert war die dortige Mitarbeit von Dr. Mathias Pofagi vom CePED (Centre de Parterariat et d'Expertise pour le developpement durable), welche zu weiteren besonders fruchtbaren
Gesprächen weit über die Tagung hinaus führte. Weitere Anwerbungen für und Gespräche über die
ISDSS-Angebote des PK Be-E.3 fanden u.a. in Ouagadougou bei der GLOWA-Statuskonferenz
Ende Oktober 2008 statt.
Als wichtigstes Element für den PK Be-E.3 gilt in der dritten Phase das SDSS PREMA. Ziel dieses
SDSS ist das Erstellen einer saisonalen Vorhersage des Monsunverlaufs in Benin, welche für den
Abb. III.1.1-7: Blockschaubild zur geplanten Abfolge der PREMA-Prognosekette
IMPETUS
__51
Zeitraum März bis September/Oktober berechnet werden.
Aufgrund der Auswahl der zu benutzenden Anfangsdaten (möglichst aktuelle Beobachtungsreanalysen der Meeresoberflächentemperaturen) und die für die verschiedenen Datenpakete vorhandenen
Überarbeitungsperioden, hat sich herausgestellt, dass derzeit nur eine monatliche Berechnung anvisiert werden kann. Zudem gibt es noch Unsicherheiten über die Auswahl der letztendlichen Vorhersageparameter in den Modelldaten für die statistische Nachbearbeitung. Dies ist insbesondere eine
Frage des zur Verfügung stehenden Arbeitsspeichers.
Die für PREMA benötigten außerordentlichen Datengrößen der Klimamodelle ECHAM und
REMO, verbunden mit den ständig nötigen Neuberechnungen, lassen es nicht zu, dieses Programmpaket zusammen mit den anderen IS/SDSS-Modulen zu verbreiten. Es wird nicht davon ausgegangen, dass die Rechneranlagen und Speicherkapazitäten beim Beninischen Wetterdienst ausreichend sind, um die integrierten Modellrechnungen durchzuführen bzw. sämtliche auch zwischendurch anfallenden Daten von bis knapp über 100 Gigabyte abzuspeichern. Von daher ist es nötig,
die Berechnungen auf einem fremden Großrechner durchzuführen. Bevorzugt wird dabei die Rechneranlage des Deutschen Klimarechenzentrums (DKRZ) in Hamburg, da auf diesem auch die bisherigen Klimamodellläufe erstellt, deren Rohdaten abgespeichert worden sind und genügend Speicherkapazitäten für die Modelldaten des globalen Klimamodells ECHAM-5 und dem eingebetteten
REMO vorhanden ist.
Problematisch in dieser Hinsicht jedoch, dass der zur Klimamodellierung benötigte Großrechner
vom Deutschen Klima- und Rechenzentrum ausgetauscht werden sollte, wovon die Verantwortlichen im PK erst dieses Jahr erfahren haben; die diesbezüglichen Aktivitäten haben sich jedoch auf
mehrere Monate verschoben. Dieser Austausch, inklusive des Ausfalls der Rechenkapazitäten über
mehrere Monate, welcher nunmehr Anfang des Jahres 2009 stattfinden wird, wird die Justierung der
zu bildenden REMO-Ausgabedaten für die statistische Prognosebearbeitung zeitlich auf das Ende
(Frühjahr/Sommer 2009) der dritten IMPETUS-Phase schieben.
Weiterhin sind der Aufbau und die Bedienung vom Gesamtpaket PREMA für die Kunden in Benin
äußerst komplex. Es ist das Ziel den dortigen Anwendern, zumindest einen Teil von ihnen, angeeignet werden, die nötigen zu wiederholenden Berechnungen neu zu starten. Daher soll das SDSS in
zwei Versionen ausgehändigt werden. Während die kleinere Version lediglich das Ausgabemodul
der Klimadaten sowie eine Downloadfunktion enthält, wird die größere Version auch die Elemente
beinhalten, welche für die Berechnung der Modelldaten nötig sind.
Die Voraussetzungen und Verbindungen hierfür wurden auf der bereits angesprochenen Schulung
in Cotonou geknüpft. Von beiden Seiten wurde der Wunsch geäußert, mehrere Personen aus Benin
zeitnah mit dem Ende des IMPETUS-Projekts Mitte 2009 nach Deutschland einzuladen, um die
letztendlichen Ausführprogramme für PREMA zu erlernen, damit das Vorhersagesystem vor Ort
bedient werden kann.
IMPETUS
__52
Eine Bearbeitung der graphischen Oberfläche hatte aufgrund der Großrechnersituation noch keine
große Priorität und wurde zugunsten der Bearbeitung der anderen ISDSS-Module im IMPETUSProjekt, problemkomplexbezogen auf das im nächsten Abschnitt zu erklärende IS ClimModInfo,
auf den Winter 2008/2009 zurückgestellt. Die Gestalt von PREMA soll sich jedoch nach dem Corporate Design der anderen Module richten.
Abb. III.1.1-8: Erstes Beispiel (französische Version): Überblick auf die Startseite des IS ClimModInfo mit zugehöriger Blockgrafik.
Das IS ClimModInfo
Auf Wunsch seitens vieler IMPETUS-Mitglieder, ist im Laufe des vergangenen Jahres das IS
ClimModInfo entstanden, welches als Ziel hat, der Bevölkerung in Benin einen Eindruck von dem
Aufbau der verwendeten Klimamodellen bzw. deren Nutzen und Genauigkeit zu liefern. Ferner
wird ein Teil der bisherigen Berechnungen mit den REMO-Konsortialläufen mit Hilfe dieses IS den
dargestellt. Das IS wurde dafür de facto in zwei Teile gegliedert.
IMPETUS
__53
Der erste Teil, welcher sowohl über den ISDSS-Informationsknopf, als auch die Startseite des IS
aufrufbar ist, behandelt, eingeteilt in drei Unterkapiteln, folgende Themenschwerpunkte zu erklären:
−
−
−
der Aufbau von Klimamodellen an sich, ihr Unterschied zu synoptischen Wettervorhersagemodellen sowie ihre prognostischen Möglichkeiten und Schwächen;
die in den letzten Jahren (weiter-)entwickelten Treibhausgasszenarien und ihr Einbau in
verschiedene Klimamodelle;
die nähere Erläuterung der im IMPETUS-Projekt benutzten Klimamodelle.
Abb. III.1.1-9: Zweites Beispiel (englische Version): Überblick auf das dritte Unterkapitel zum Thema
Klimamodellierung im IMPETUS-Projekt. Die Blockgrafik wird als Wegweiser im IS weiter benutzt.
Dabei wurde bewusst der Ansatz verfolgt, den Interessierten einige wichtige Begriffe so einfach wie
möglich zu erklären, schließlich sollen in diesem ersten Teil weniger die bereits mit Fachwissen
vertrauten Personen in Führungskreisen angesprochen werden, sondern vielmehr die Anwender des
ISDSS, welche noch wenig oder gar keine Kenntnisse zu diesem Themengebiet haben. Ein wichtiger Stichpunkt ist der Hinweis auf die Nichtvollkommenheit von Klimamodellen, um keine Allmacht von Klimamodellen vorzugeben; andererseits aber auch die Informationen, die man trotzdem
aus den Modellen ziehen kann, unter anderem durch die Abschätzung der möglichen Fehler durch
IMPETUS
__54
das (im PK durchgeführten) Ensemble-Prinzip und die (ebenfalls vorhandene) statistische Nacharbeitung. Das Unterkapitel bezieht sich vornehmlich auf die für Benin benutzten (Klimamodell-)
Programme beziehen, ist aber auch für Anwender in Marokko gedacht.
Der zweite Teil von ClimModInfo besteht aus der Darstellung von Klimakarten für das in den Konsortialläufen der zweiten IMPETUS-Phase benutzten REMO-Gebiets.
Im zweiten Teil wird ein ausgewählter Teil an Daten graphisch vorgestellt, die aus den im zweiten
Teil erstellten REMO-Konsortialläufen und der statistischen Nachbearbeitungen mittels WEGE
erstellt wurden. Die REMO-Daten sind Karten zur Verteilung der meteorologischen Parameter
Mittlere Temperatur, Niederschlagssumme und Niederschlagstage; der Augenmerk ist auf die Veränderung der Mittelwerte (durch die im IMPETUS-Projekt benutzten Modelle und Zukunftsszenarien berechnet) dieser Parameter im Laufe der nächsten Jahrzehnte gelegt worden. Über die Risiken
bei der Interpretation dieser Karten wurde im ersten Teil von ClimModInfo eingegangen. Daher
richtet sich der zweite Teil des Informationssystems auch an Personen, die bereits Erfahrung in der
Klimamodellierung haben oder sich mit dem ersten Teil bereits auseinander gesetzt haben. Die Karten im IS sind sowohl für das gesamte REMO-Gebiet (Nord- und Mittelafrika) abrufbar, als auch
zur Vergrößerung für die Staaten Marokko und Benin.
Bei den WEGE-Daten, die für ClimModInfo herangezogen werden, handelt es sich um die bereits
im Projekt bekannten Klimadiagramme (ähnlich den Walter-Lieth-Klimadiagrammen), die für 24
ausgewählte Orte (von mehreren hundert Orten) in Benin einen Überblick für die mittleren Jahreswerte bei Temperatur und Niederschlag sowohl der nahen Vergangenheit (Klimamittel 1961-1990)
als auch den IPCC-SRES-abhängigen Zukunftsszenarien für die nächsten Dekaden, basierend auf
den REMO-Daten und statistisch nachbearbeitet, liefern sollen. Auf weiterführende Karten wurde
in diesem Abschnitt verzichtet, da Überschneidungen mit dem IS PrecipInfo (PK Be-H.3) vermieden werden sollten, welcher die entsprechenden Modelldaten ebenfalls, aber hauptsächlich auf
Landkartenbasis darstellt.
Die Arbeiten zum Informationssystem ClimModInfo seitens des PK Be-E.3 sind im Laufe des Jahres 2008 fertig gestellt worden. Es fehlen aber noch einige französische Textbausteine, für die von
den Hauptverantworlichen des ISDSS-Projekts ein Übersetzungsbüro beauftragt wurde.
IMPETUS
__55
Abb. III.1.1-10: Zweites Beispiel (englische Version): Überblick auf das dritte Unterkapitel zum Thema
Klimamodellierung im IMPETUS-Projekt. Die Blockgrafik wird als Wegweiser im IS weiter benutzt.
Abb. III.1.1-11: Viertes Beispiel (englische Version): Beispiel für die Menüwahl und die graphische Darstellung im
zweiten Teil von ClimModInfo.
IMPETUS
__56
Literatur:
[1] Paeth, H.; Girmes, R.; Menz, G.; Hense, A. (2005): Improving seasonal forecasts in the low latitudes; Mon. Wea.
Rev. 134, 1859-1879
[2] Paeth, H.; Busche, H.; Diekkrüger (2006): A dynamical-statistical weather generator for past and future climate; in
Vorbereitung
[3] Paeth, H.; Capo-Chichi, A.; Endlicher, W. (2007): Climate change and food security in tropical west Africa; Erdkunde; in Begutachtung
[4] Paeth, H.; Born, K.; Girmes, R.; Podzun, R.; Jacob, D. (2008): Regional climate change in tropical Africa under
greenhouse forcing and land-use changes; Journal of Climate; geplant, Version vorerst nur online abrufbar
(Stand:
8.
12.
2008):
http://ams.allenpress.com/archive/15200442/preprint/2008/pdf/10.1175_2008JCLI2390.1.pdf
[5] Offizielle Website des AMIP-Projekts (2006): http://www-pcmdi.llnl.gov/projects/amip/; PCMDI, Livermore, Kalifornien, USA; letzter Zugriff am 8. 1. 2008
[6] Daniel S. Wilks (2006): Statistical Methods in the Atmospheric Sciences – Second Edition; Academic Press
PK Be-E.4
IMPETUS
__57
Ausweisung von geeigneten Standorten und nachhaltiges Management von Kleinstauseen für die Landwirtschaft
Problemstellung
Die Verfügbarkeit von Wasser ist eine wichtige Voraussetzung für Landwirtschaft und Viehhaltung.
Während der Trockenzeiten ist der Wassermangel ein limitierender Faktor für die landwirtschaftliche Produktion in Zentral und Nord Benin. Es ist davon auszugehen, dass dieser Wassermangel
durch Klimaveränderung noch verschärft wird. Vor dem Hintergrund und einer wachsenden Bevölkerung bei gleichzeitig zurückgehenden Niederschlägen kann die Versorgungssicherheit gefährdet
sein. Bis zu einem gewissen Grad kann dem durch die Anlage von kleinen Stauseen zur Produktionssteigerung in der Landwirtschaft begegnet werden.
Deshalb ist Ausweisung von geeigneten Standorten für den Bau der Stauseen, sowie die Abschätzung der dadurch möglichen potentiellen Steigerung agrarischer Produktion eine Notwendigkeit. Es
genügt aber nicht nur Kleinstauseen zu bauen. Wie einige negative Beispiele in der Vergangenheit
gezeigt haben, muss bei der Anlage eines kleinen Stausees neben der technischen Machbarkeit ein
tragfähiges Nutzungskonzept in enger Zusammenarbeit mit der lokalen Bevölkerung und den lokalen Behörden erarbeitet werden. Dies stellt eine nachhaltige Nutzung sicher und kann eventuelle
negative Folgen (Konflikte, Bodendegradierung, u.a.) vermeiden.
IMPETUS
__58
Ziel
Ziel des PKs ist die Schaffung eines Gesamtkonzepts für die Planung und nachhaltige Nutzung von
Kleinstauseen, das neben den naturräumlichen Aspekten wie Hydrologie, Klimatologie, Vegetion,
Boden und Geologie auch ökonomische und soziologische/ethnologische Aspekte berücksichtig.
Auf dieser Grundlage soll ein Decision Support System (mit dem Namen SYMBA) erstellt werden,
mit dem neben einer optimierte Standortwahl für Kleinstauseen auch eine nachhaltige Nutzungsplanung unterstützt werden kann. Neben den technischen Voraussetzungen sollen durch einen strukturierten Prozess partizipative Mechanismen und Instrumente zum Interessensausgleich der unterschiedlichen Nutzergruppen und zum Konfliktmanagement der im Rahmen des Baus und Betriebs
des Stausees auftretenden Spannungen geschaffen und implementiert werden.
Da diese Kleinstauseen in ganz Westafrika im Rahmen der Nahrungssicherung eine wachsende Bedeutung erfahren, ist die Schaffung eines tragfähigen Gesamtkonzepts mit den dazugehörigen Planungswerkzeugen von überregionalem Nutzen.
Mitarbeiter
H.-P. Thamm, M. Judex, V. Orekan, G. Steup, T. Gaiser, N. Bako-Arifari,
Nutzergruppen
•
Direction Générale de l’Eau
o Dr. Pierre Adissou (Chef Service Hydrologie)
o Dr. Felix Azonsi (Chef Service Resources en Eau)
•
INRAB
o Dr. V. Mama
•
Université d’Abomey-Calavi
o Prof. Houndagba (Faculté des Geograpy)
o Mitarbeiter : Dr. Vincent Orekan
o Prof. N. Honkonou (CIMPA)
•
UTE
o N.N.
IMPETUS
__59
Zielsetzungen dieses PK sind die Ausweisung von geeigneten Standorten für die Errichtung von
kleinen Stauseen sowie die Erstellung von nachhaltigen Managementkonzepten für KleinsStauseen. Hierfür werden entsprechende Werkzeuge zur Entscheidungsunterstützung (SDSS von
Spatial Decision Support System) geschaffen. Das SDSS für die Nutzung von Kleinstauseen,
SYMBA, besteht aus unterschiedlichen Modulen. Wie die einzelnen Module ineinandergreifen ist
in Abbildung III.1.1-12 aufgeführt.
Für das Modul Topo (PK Be-E.4-1) wurden Werkzeuge für eine räumliche Analyse der Oberfläche
und des verfügbaren Wasservolumens bei frei wählbarer Lage und Höhe der Staumauer geschaffen.
Dies erfolgte erst als Plug-In der im Rahmen von IMPETUS entstandenen raumbezogenen Modellierplattform XULU (eXtended Unified Land Use and Land Cover Change). Als Eingabe wird ein
digitales Geländemodell benötigt. Dann wird in einem nutzerfreundlichen Fenster die Möglichkeit
gegeben eine Staumauer an der gewünscten Stelle im DGM einzuzeichnen. Anschließend kann die
gewünschte Stauhöhe vorgegeben werden. Das Topo-Modul in Symba berechnet dann das jeweilge
Stauvolumen und die Wasserfläche. So kann die jeweils theoretisch nutzbare Wassermenge in Abhängigkeit der Stauhöhe berechnet werden. Die Ausgabe erfolgt graphisch in einem Fenster und als
Werte Tabellenform, auf die von anderen Modulen zugegriffen werden können.
Die real zur Verfügung stehende Wassermenge verringert sich jedoch durch Evaporation und Infiltration. Für Einbeziehung dieser Größen wurden in SYMBA definierte Schnittstellen geschaffen um
diese Parameter, die von den Klimatolgoen bzw. Bodenkundlern/Hydrogeologen bestimmt werden,
zu berücksichtigen. Dabei können die Daten in unterschiedlichen Detaillierungsgraden eingegeben
werden. Es ist möglich einfache „look up“ Tabellen, in denen die Verdungstungsmenge pro Tag
aufgelistet sind, zu verwenden, aber auch direkte Kopplung an komplexe Verdungstungsmodelle
die witterungsabhängige Evaporation oder sogar Evapotranspiration (durch Ufervegetation) berücksichtigen ist möglich. Welcher Detaillierungsgrad verwendet wird ist abhängig von den zu Verfügung stehenden Daten und anderen Restriktionen (Arbeitskraft, Rechnerleistung, Netzanbindung
etc). Das Topographie Modul in SYMBA zeigt dann dynamisch die jeweilige Wasseroberfläche des
Kleinstausse. Hiermit steht dem Planer ein System zur Verfügung in dem bei gegebenem Naturraum, gekennzeichnet durch Topographie, Boden, Klima etc., die zur für eine Bewässerung zur
Verfügung stehende Wassermenge berechnet werden kann. Es ist möglich auch die Wasserentnahme durch Bewässerung und, falls entsprechende Daten zur Verfügung stehen, durch Viehtränke zu
berücksichtigen.
IMPETUS
__60
Abb. III.1.1-12: Struktur des DSS Symba (Thamm)
Nun ist es möglich durch eine Kopplung mit einem Entscheidungsunterstützungssytem das den Ertrag von Feldfrüchen unter variablen Rahmenbedingungen abschätzt, wie z.B. das im IMPETUS
Kontext entstandene PEDRO, die Ertragssteigerung durch eine optimale Wasserversorgung, wie sie
durch die Kleinstauseen gewährleistet wird, zu berechnen. Damit kann der Nutzen der Kleinstauseen am gegebenen Standort unter dem Gesichtspunkt der Ernährungssicherung modelliert werden.
Wenn nun die Marktpreise für die Feldfrüchte berücksichtig werden, z.B. unter Verwendung eines
ökonomischen Modells, ist es möglich diesen Mehrwert auch monteär abzuschätzen und in Bezug
zu den Kosten für die Kleinstauseen zu setzen. Dies ist die Basis für eine langfristige NutzenKosten Rechnung.
Das in XULU geschaffene Plug-In wurde in das ISDSS integriert.
Sozio-ökonomische Erhebungen im Zusammenhang mit Kleinstauseen
Erfahrungen der Vergangenheit mit Kleinstauseen zeigten, dass den sozio-ökonomische Verhältnisse und hierbei insbesondere die Organisation der Nutzung der Kleinstauseen entscheidende Bedeutung für einen nachhaltigen, konfliktarmen Betrieb der Kleinstauseen zukommt.
Für das Modul „sozio-ökonomie Nutz“, wurde deshalb in Zusammenarbeit mit der UAC (Universität Abomey Calavi) unter Federführung von Prof. Dr. Bako-Arifari eine Befragung und Evaluation
IMPETUS
__61
von bestehenden Kleinstauseen im HVO durchgeführt. Zunächst erfolgte eine Stratigraphie der bestehenden Kleinstauseen im HVO und es wurden exeplarisch eine Auswahl in Bezug auf Größe und
Art ausgewählt.
Folgenden Themen wurden in dem Zusammenhang untersucht:
•
Eigentumsverhältnisse des Geländes vor dem Bau
Hierbei sollen die unterschiedlichen Strategien für den Bau erfaßt werden. Welche Eingentumsverhältnisse gab es (Gemeindebesitz, Privatbesitz, Besitz kleinerer Gruppen, etc.). Welche Vorteile
bieten die unterschiedlichen Varianten, wo treten Konflikte auf.
•
Finanzierung des Kleinstausees
Bei dieser Frage wurde erfaßt wie die Finanzierung des Stausees bewerkstelligt wurde. Folgende
Varianten gibt es: Einzelperson, Gruppe von Privatpersonen, Dorfgemeinschaft, Entwicklungszusammenarbeit. Es gibt auch Mischformen. Eine Frage in dem Kontext war die Frage in welchen
Anteilen die Finanzierung getragen wurde und welche Chancen und Konflikte sich bei der jeweiligen Finanzierungsform ergaben. Wichtig ist in dem Kontext welche Finanzierung auf unterschiedliche Gebiete übertragbar ist und ein nachhaltiges Konzept darstellen kann.
•
Organisation des Baus
Abgefragt wurde wer oder welche Gruppe für die Planung zuständig war, wer die Bauleitung hatte
und wer konkret mit dem Bau betraut war, wie die Verzahlung mit den offiziellen Organen (DH,
INRAB, etc. waren). Auch hierbei war das Ziel die Vor- und Nachteile der jeweiligen Modelle
strukturiert zu erfassen.
•
Land und Nutzungsrechte
Diesem Punkt kommt eine entscheidende Bedeutung für eine nachhaltige Nutzung des Kleinstauseen bei. Es wurde aufgenommen wie das bewirtschaftete Land aufgeteil wurde, ob es Gemeinbesitz oder Privatbesitz ist, wer welche Leistungen für bei der Anlage und der Pflege des Besitzes
bringen muss. Auch die unterschiedlichen Strategien für die Behandlung von auftretenden Konflikten standen im Fokus dieser Frage. Besonders die Regelungen der Konflikte zwischen Viehhaltern
und Ackerbauen ist in dem Zusammenhang wichtig.
•
Anbaufrüchte
Wie wird der Kleinstausee genutzt? Welche Anbaufrüchte werden verwendet? Gibt es eine zweite
oder gar dritte Ernte? Sind die Fruchtwechsel allgemein oder gibt es viele regionale Unterscheide.
Welche Regelmechanismen steuern den Anbaus; Absatzmöglichkeiten, Marktpreise, regionale Vorlieben usw..
•
Bewässerungssystem
Wie wird das Wassser des Kleinstausees genutzt? Wird einfach die höhere Bodenfeuchte genutzt?
Gibt es Brunnen oder sogar komplexere Bewässerungssysteme? Hierbei sollte auch evaluiert werden welche Technik beherrschbar ist und welche Technik welche Organisationsform benötigt. Was
ist im sozialen und ökonomischen Kontext die angepassteste Möglichkeit.
•
Auftretende Konflikte
IMPETUS
__62
Welche Konflikte treten bei der Konzeption, Bau, Betrieb, Aufteilung des nutzbaren Landes etc.
auf. Ein wichtiger Punkt ist hierbei welche Strategien für die Konfliktvermeidung / Konfliktbewältiung vorkommen. Welche Vor- und Nachteile haben die unterschiedlichen Konzepte. Gibt es allgemeine Muster die generell übertragen werden können, oder ist es sehr regionalspezifisch.
Mit dieser Befragung soll das Verständnis über die sozialen / ökonomischen Implikationen im Kontext der Kleinstausen vertieft werden, um diese bei der Anlage von neuen Kleinstaussen zu berücksichtigen. Dieser Punkt ist ein zentraler bei SYBMA.
Eine abschließende Bewertung konnte aus der Studie noch nicht gezogen werden. Hier sind weitere
Arbeiten notwendig, die von Prof. Bako-Arifari und seinen Mitarbeitern weiter bearbeitet werden.
Literatur
El-Najdawi, M. K. & A. C. Stylianou (1993) “Expert support systems: integrating AI Technologies,” Communications
of the ACM 36(2), 55-65.
Keenan, P. (1997), Using a GIS as a DSS Generator. http://mis.ucd.ie/staff/pkeenan/gis_as_a_dss.html
Laudien, R., Giertz, S., Thamm, H.-P., Diekkrüger, B., & Bareth, G. (2006): Customizing ArcGIS for spatial decision
support - Case study: Locating potential small water reservoirs in Benin.- Proceedings of Spie (Vol. 6421),
Geoinformatics 2006: Geospatial Information Technology, Huayi Wu & Qing Zhu (Editors), 64210KY, ISSN
0277-786X, ISBN 0-8194-6530-5, 28-29.10.2006, Wuhan, China.
Leung, Y. (1997): Intelligent Spatial Decision Support Systems, Springer - Verlag, Berlin.
Malczewski, J. (1999): GIS and multicriteria decision analysis, Wiley, New York.
Manoli, E.; Arampatzis, G.; Pissias, E., Xenos, D. & D. Assimacoloulo (2001), “Water demand and supply analysis
using a spatial decision support system,” Global NEST: The International Journal, 3(3), 199-209.
Thamm, H.-P.; Judex,M.; Orekan, V.; Giertz, S., Diederich, M.; Sogalla, M.; Hiepe, C.; Singer, U.; Doevenspeck, M.
& G. Menz (2006): Present and Future Vegetation Dynamics in the Ouémé Catchment and its Influence on the
Hydrological Cycle, International conference on Integrated river basin management in contrasting climate zones,
14.12.-15.12., Stutgart
Thamm, H.-P. (2006) „Ausweisung von geeigneten Standorten und nachhaltiges Management von Kleinstauseen für die
Landwirtschaft,“ P. Speth and B. Diekkrüger (2006): IMPETUS: Sechster Zwischenbericht, Zeitraum:1.1.2005 –
31.12.2005,
Singh, A.(2004): Towards decision support models for an ungauged catchment in India, the case of Anas catchment,
Dissertation an der Universität Karlsruhe, Fak. f. Bauingenieur-, Geo- und Umweltwissenschaften, KarlsruheP.
Speth, B. Diekkrüger, M. Christoph & A. Jaeger (2005:, “IMPETUS-West Africa- An integrated approach to the
efficient management of scarce water resources in West Africa – Case studies for selected river catchments in
different climate zones,” ptDLR– Projektträger im DLR (eds.), GLOWA – German Programme on Global
Change in the Hydrological Cycle. Status Report 2005. 86-94 (2005), http://www.impetus.uni-koeln.de
Turban, E.; Aronson, J. E. & T.P. Linag(2005): Decision support systems and intelligent systems. Prentice Hall, New
York
Yeh, A. (1999): “Urban planning and GIS,” P.A. Longley, M.F. Goodchild, D.J. Maguire, and D.W. Rhind (eds.), Geographic information system, Vol.2, John Willey and Sons, New York
IMPETUS
__63
PK Be-E.5 Land- und Wasserbedarf der Nutztierhaltung in Benin
Transhumante bei der Überquerung des Ouémé
Problemstellung
In Benin ist die extensive Weidetierhaltung ein wesentlicher Bestandteil der Landnutzung. Für die
Produktion von tierischen Lebensmitteln werden vor allem die beiden natürlich vorkommenden
Ressourcen Land und Wasser als Produktionsfaktoren eingesetzt. Jedoch konkurriert die Tierhaltung zunehmend mit Ackerbau und Plantagenwirtschaft um verfügbare Flächen. Auf den Wasserkreislauf wirkt die Weidetierhaltung im Wesentlichen auf zwei Ebenen ein. Zum Einen konkurrieren Tiere mit Menschen um das verfügbare Trinkwasser. Hierbei sind sowohl verfügbare Wassermengen als auch der Einfluss der Viehtränken auf die lokale Wasserqualität zu berücksichtigen.
Zum Anderen verändert der zunehmende Druck der Tierbestände auf die immer knapper werdenden
Weideressourcen die Vegetationszusammensetzung und beeinflusst dadurch den hydrologischen
Kreislauf. Während der Aspekt des Tränkewasserverbrauchs regional und saisonal bedeutend ist,
betreffen die Probleme von Flächenknappheit und Überweidung das ganze Land. Hintergrund ist
das Aufeinandertreffen zweier gegenläufige Trends: einerseits steigt die Nachfrage nach tierischen
Produkten durch das Bevölkerungswachstum und veränderte Konsumgewohnheiten stark an. Andererseits sorgt das Bevölkerungswachstum für einen zunehmenden Bedarf nach Ackerland und verdrängt damit die derzeit noch dominante Form der extensiven Weidehaltung. Produktionszunahmen
im Tierhaltungssektor erfolgen momentan ausschließlich über die Ausdehnung der Viehzahlen, und
nicht über Steigerungen der Produktionseffizienz. Es ist somit absehbar, dass mit steigenden Tierzahlen die Wanderungen der viehhaltenden Ethnien bereits bestehendes Konfliktpotenzial weiter
vergrößern. Zusätzlich reduzieren regionale Klimaänderungen die Produktivität der unter zunehmendem Weidedruck stehenden natürlichen Vegetation. Angesichts der geringer werdenden heimi-
IMPETUS
__64
schen Produktionsspielräume, werden entweder die Importe von Fleisch und Milchprodukten zunehmen, was eine Fortsetzung des wirtschaftlichen Aufwärtstrends voraussetzt um die Importe finanzieren zu können, oder Preisanreize lassen durch gestiegene Nachfrage intensivere und damit
flächensparende Produktionsverfahren rentabel werden.
Mitarbeiter
I. Gruber, A. Kuhn, J. Röhrig, H.-P. Thamm
Zielsetzung
Ein bedeutendes Ziel dieses Problemkomplexes ist die Abschätzung der Versorgung mit tierischen
Nahrungsmitteln bis 2025 in Abhängigkeit von Einkommensentwicklungen und Verfahrensänderungen der Produktionstechnik in der Viehhaltung. Dies soll ausgehend von der Verfügbarkeit von
Produktionsressourcen, vor allem von Land, und dem Einfluss bzw. der Möglichkeit von Importen
tierischer Erzeugnisse erfolgen. Dazu werden Berechnungen des Wasserbedarfs für Nutztiere und
der Landnutzungsänderung durchgeführt. Darauf aufbauende Szenarienrechnungen mit variierenden
Klimaausprägungen, Landnutzungs- und Haltungsformen werden berechnet, um frühzeitig möglichen Handlungsbedarf aufzeigen zu können.
Forschungsarbeiten im Berichtszeitraum
Die IMPETUS-Szenarienberechnungen für das bestehende Tierhaltungsmodul in BenIMPACT
wurden im Berichtszeitraum vervollständigt. In den Szenarienberechnungen wurden die Auswirkungen sowohl einer intensiveren Produktionstechnik als auch verschiedene Waldschutzmaßnahmen auf die Tierhaltung simuliert. Somit sind alle IMPETUS Szenarien B1 (Innovation), B2 (Stagnation) und B3 (BAU) gerechnet. Zudem wurde das Konzept für das SDSS BenIMPACT-Animal
weiterentwickelt. Das SDSS BenIMPACT-Animal ist aufgrund der inhaltlichen Nähe, der gleichen
Modellbasis und zur Erhöhung der Nutzerfreundlichkeit wie das SDSS BenIMAPCT-Crop (PK Be
E1) aufgebaut.
Im Folgenden wird die Umsetzung der Modellierung und ausgewählte Ergebnisse vorgestellt. Seit
dem letzten Zwischenbericht wurden die IMPETUS-Szenarien um das IMPETUS B2 Szenario
„Stagnation“ ergänzt. Tabelle III.1.1-4 zeigt die Umsetzung der einzelnen Parameter Entwicklung
von Gesamtwirtschaft, Agrarsektor, Demographie und Umwelt- und Ressourcennutzung in den drei
entsprechenden IMPETUS-Szenarien.
IMPETUS
__65
Tab. III.1.1-4: Umsetzung der IMPETUS-Szenarien im PK Be E5
Szenario B1
Szenario B2
Szenario B3
Innovation
Stagnation
BAU
Gesamtwirtschaft
Konst. Nicht-lawi Ein- Steigendes NichtSteigendes
Nichtkommen pro Kopf, Lawi
EinkomLawi Einkommen
kein int. Handel
men
Agrarsektor
Extensive
Extensive + intensive
Extensive Tierhaltung
Tierhaltung
haltung
Demographie
Geringe
mung
Umwelt/
cen
Ressour- Niedrigste
dung
Verlangsa- Geringe
mung
Entwal-
Tier-
Verlangsa- Geringe Verlangsamung
Hohe Entwaldung
Mittlere Entwaldung
Da sich die Effekte der unterschiedlichen Parameter nicht eindeutig zwischen den verschiedenen
Szenarien isolieren lassen, wird nachfolgend exemplarisch der Parameter Umwelt und Ressourcen
betrachtet. Im PK Be-E5 spielen hierbei vor allem die verfügbaren Waldreserven bzw. die realisierten Entwaldungsraten eine entscheidende Rolle für die extensive Tierhaltung.
Die extensive Tierhaltung ist auf das Vorhandensein von „Wald“ als Futterquelle in der Trockenzeit
angewiesen, weil Futterbau in Benin bisher noch nicht praktiziert wird. Somit sind die Verfügbarkeit und der Zugang zu nicht-geschützten Wäldern entscheidend für die adäquate und ausreichende
Futterversorgung der Wiederkäuer.
Im Modell wird die vorhandene Gesamtfläche aufgeteilt in Siedlungen, Ackerfläche, geschützte
Wälder, nicht-geschützte Wälder und Savanne. Momentan findet eine Ausdehnung der Ackerbauaktivitäten sowohl in Savanne als auch nicht-geschützte Wälder statt. Um der stetigen Entwaldung
entgegenzuwirken, können verschiedene Waldschutzmaßnahmen realisiert werden, worüber in Benin momentan diskutiert wird. Abbildung III.1.1-13 stellt dar wie zwei verschiedene Waldschutzmaßnahmen, hier mit A und B gekennzeichnet, in BenIMPACT umgesetzt wurden. Bei der Waldschutzmaßnahme A wird das Bewusstsein der Bevölkerung für die Bedeutung des Waldes - nicht
nur für die Tierhaltung sondern auch für den gesamten ökologischen Haushalt - geschärft. Durch
dieses vermehrte Verständnis wird die Abbolzungsrate pro Jahr reduziert. Bei der Waldschutzmaßnahme B werden zusätzlich zu den bestehenden Schutzwäldern neue Waldschutzgebiete ausgewiesen. Das hat zur Folge, dass mehr Wald bestehen bleibt, dieser jedoch nicht mehr frei zugänglich
ist.
IMPETUS
__66
Abb. III.1.1-13: Umsetzung der Waldschutzmaßnahmen in BenIMPACT
Quelle: Gruber (2008)
In Abbildung III.1.1-14 wird die Reduzierung der Anzahl an Wiederkäuer aufgrund von Futterknappheit in der Trockenzeit durch Entwaldung bzw. Waldschutzgebieten in Benin aufgezeigt. Es
sind verschiedene Kombinationen von Waldschutzmaßnahmen (reduzierte Abholzungsraten und die
Etablierung neuer Schutzgebiete) abgebildet. Die Schutzwirkung einer Reduzierung der Entwaldung von derzeit 2,2 % pro Jahr (UNEP, 2007) auf 1,1 % pro Jahr entspricht der Einführung von 30
% Waldschutzgebieten bezogen auf die derzeitigen Wälder. Dabei ist zu bedenken, dass sich zusätzliche Waldschutzgebiete in dieser Größenordnung schwer realisieren lassen, weil die allgemeine
Flächenknappheit wenig Verständnis für weitere Schutzgebiete hervorbringt.
Abb. III.1.1-14: Auswirkungen verschiedener Waldschutzmaßnahmen auf die Anzahl der Wiederkäuer
Bei der Interpretation von Abbildung III.1.1-14 ist zu beachten, dass eine Gesamtbetrachtung von
Benin vorliegt, bei der die drei Großregionen Süden, Zentrum und Norden zusammengefasst sind.
Jedoch sind der Einfluss und die Notwenigkeit des Vorhandenseins von Wald für die Haltung von
Wiederkäuern regional unterschiedlich. So sind im Süden die Tierhalter von Wiederkäuern wenig
IMPETUS
__67
von Entwaldung betroffen, da hier andere Futterquellen zum tragen kommen bzw. der entscheidende Faktor für die extensive Wiederkäuerhaltung das zu geringe Flächenangebot ist. Für die zentrale
Region sind die Konsequenzen der reduzierten Waldverfügbarkeit nicht so stark da hier für die simulierten Tierbestände noch ausreichend Futter vorhanden ist, was aber nicht heißen soll, dass dort
die Entwaldung ohne Auswirkungen für die Bevölkerung und die ökologische Stabilität bleibt. Somit sind die Auswirkungen geringerer frei zugänglicher Waldgebiete vor allem in den nördlichen
Departments zu spüren, die Region die derzeit noch die höchsten Tierbestände hat. Wie sich aber in
Abbildung III.1.1-15 zeigt wird sich diese Tatsache laut Modellergebnissen ändern, und Zentralbenin wird zur Region mit den höchsten Tierbeständen.
Abb. III.1.1-15: Regionale Auswirkungen verschiedene Entwaldungsraten auf den Tierbestand
Als Folge werden sich auch die Einkommen und die Transportströme in und aus den Regionen verändern, vorausgesetzt das bisherige extensive Produktionssystem bleibt die dominierende Art und
Weise tierische Lebensmittel herzustellen. Da bisher keine grundlegenden Veränderungen zu beobachten sind und Innovationen sich nur zaghaft etablieren, ist anzunehmen, dass bis zum Ende des
Modellierzeitraums 2025 die extensive Tierhaltung weiterhin eine entscheidende Rolle spielen
wird.
Literatur
Gruber, I. (2008): The impact of socio-economic development and climate change on livestock management in Benin.
Dissertation Bonn.
< http://hss.ulb.uni-bonn.de/diss_online/landw_fak/2008/gruber_ina/index.htm>
UNEP (2007): Forests, Grasslands and Drylands – Country Profile Benin.
<http://countryprofiles.unep.org >
IMPETUS
__68
PK Be-E.6 Erhaltung der natürlichen Produktionsgrundlagen unter
Berücksichtigung des globalen Wandels
Sorghumfeld am Fuße eines Berges im Norden Benins
Problemstellung
Die Folgen von Bevölkerungswachstum und stagnierenden Erträgen sind insbesondere in stark agrarisch geprägten Räumen wie Benin bedeutsam. Knappe Landressourcen und ein damit ansteigender Druck auf die natürlichen Produktionsgrundlagen äußern sich unter anderem in einer weiteren
Intensivierung und Expansion der landwirtschaftlichen Aktivitäten. Beides stößt jedoch insbesondere auf naturräumlich bedingten marginalen Produktionsstandorten rasch an Grenzen. Diese Gebiete
lassen aufgrund ungünstiger Wachstumsbedingungen durch bestehende naturräumliche Einschränkungen nur begrenzte landwirtschaftliche Nutzungsaktivitäten bei einem hohen Degradationsrisiko
zu. Übernutzungsbedingte Landdegradierungsprozesse verschlechtern die landwirtschaftliche Produktionsgrundlage weiter und beeinflussen darüber hinaus den Wasserkreislauf in vielfältiger Weise. Die Erhaltung und nachhaltige Nutzung agrarischer Produktionsstandorte ist daher von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der aktuellen und zukünftigen Ernährungssicherheit sowie für die gesellschaftliche Stabilität Benins. In PK Be-E.6 werden folgende Fragestellungen untersucht:
•
Wo liegen agrarisch marginale Standorte in Benin und wie stark sind die naturräumlichen Beschränkungsfaktoren?
•
Wie verändert sich die agrarische Marginalität unter verschiedenen Szenarienannahmen im
Rahmen des Globalen Wandels?
•
Welche Möglichkeiten sind geeignet, die naturräumlichen Begrenzungsfaktoren der landwirtschaftlichen Produktion zu kompensieren?
IMPETUS
__69
Mitarbeiter
J. Röhrig, T. Gaiser, C. Hiepe, Z. Deng
Zielsetzung
Ein wichtiges Ziel ist die Bewertung der naturräumlichen Ressourcen Benins für eine landwirtschaftliche Nutzung in einer räumlichen Auflösung von 1 km x 1 km. Dafür werden, modifiziert
nach dem Ansatz von CASSEL-GINTZ ET AL. (1997), verschiedene naturräumliche Beschränkungsfaktoren quantifiziert und zu einem Index, dem Marginalitätsindex für die landwirtschaftliche Produktion, zusammengefasst (vgl. RÖHRIG 2008). Damit werden Gebiete identifiziert, die aufgrund
ihrer Limitationen nur begrenzt agrarisch nutzbar sind und auf denen eine erhöhte Degradationsgefahr durch Übernutzung besteht. Darüber hinaus kann über die Berechnung für jeden Raum der wesentliche naturräumliche Beschränkungsfaktor bestimmt und damit notwendige Kompensationsmaßnahmen sowie an die Bedingungen angepasste Kulturen abgeleitet werden. Tatsächlich übernutzungsgefährdete Räume werden über die Implementierung von Informationen zur Landnutzung
aus PK Be-L.1 und zum Bevölkerungsdruck aus PK Be-G.1 ausgewiesen. Die Degradation der
Vegetationsbedeckung, eine erste Form der Landdegradation, wird flächenhaft aus Fernerkundungsdaten abgeleitet.
In einem weiteren Schritt wird untersucht, inwiefern sich die naturräumlich bedingte Marginalität
unter verschiedenen Klimaszenarienannahmen bis ins Jahr 2025 verändern wird. Über demographische Szenarien kann der zukünftige Bevölkerungsdruck bestimmt werden. Darüber hinaus sollen
über Interventionsszenarien, wie z.B. Einsatz von Düngemittel, Kompensationspotenziale analysiert
werden. Diese Informationen, die als digitale Karten und im SDSS AGROLAND aufbereitet werden, sollen nationalen Entscheidungsträgern ebenso wie im Entwicklungsbereich tätigen Organisationen zur Verfügung gestellt werden, um inhaltliche aber auch räumliche Schwerpunkte zukünftiger Aktivitäten zum Ressourcenschutz sowie zur nachhaltigen Ressourcennutzung zu unterstützen.
Potenzielle Nutzergruppen
CENAP/INRAB
• Dr. A. M. Igué (Chef Division Inventaire et Evaluation des Ressources en Sols)
Centre National de Télédetection
• C. K. Koudoro (Direktor)
• Mitarbeiter: C. P. Akpassonou
Délégation à l’Aménagement du Territoire
• S.B. Okiri
IMPETUS
__70
Stand der SDSS-Entwicklung
Das SDSS AGROLAND
Erste Ergebnisse der Klimaszenarien A1b und B1 haben gezeigt, dass sich die klimatischen Bedingungen für die landwirtschaftliche Nutzung in Benin signifikant verschlechtern werden. In Kombination mit dem gegenwärtig hohen Bevölkerungswachstum wird sich der Druck auf die agrarischen
Landressourcen weiter erhöhen und die Gefahr der Landdegradation zunehmen. Eine zunehmende
Degradation kann zur Verschlechterung der Bodeneigenschaften, höherem Oberflächenabfluss und
damit auch erhöhten Erosionsraten führen. Das SDSS AGROLAND soll nationale Entscheidungsträger dabei unterstützen, angepasste Vorsorge- und Kompensationsmaßnahmen sowie Landnutzungspläne zu entwickeln. Eine wesentliche Grundlage dafür ist eine fundierte Kenntnis über Ressourcen und deren Bewertung. Bei der Bewertung haben Experten die Möglichkeit, ihr Wissen interaktiv in das SDSS einzubringen. Ein Kernelement von AGROLAND ist der Marginalitätsindex.
Mittels Fuzzy Logik werden dabei verschiedene naturräumliche Beschränkungsfaktoren quantifiziert und zu einem Index zusammengefasst. Der Vorteil des Marginalitätsindex ist, dass nur eine
überschaubare Anzahl, aber für die landwirtschaftliche Nutzung wesentliche Faktoren, berücksichtigt werden. Neben der Aufbereitung von Informationen über die aktuelle und zukünftige naturräumliche landwirtschaftliche Eignung soll AGROLAND in seiner finalen Version, Informationen
zum gegenwärtigen und zukünftigen Bevölkerungsdruck sowie zum Einfluss unterschiedlicher Anbaumethoden beinhalten. Der Nutzer kann damit Auswirkungen bestimmter Handlungsoptionen
analysieren, wie beispielsweise das räumliche Kompensationspotenzial von Düngemitteleinsatz.
Dafür notwendige Daten konnten teilweise in 2008 schon aufbereitet werden; sie sind jedoch in der
gegenwärtigen SDSS-Version noch nicht integriert.
Abb. III.1.1-16: Konzeption des SDSS AGROLAND
IMPETUS
__71
AGROLAND ist für nationale Entscheidungsträger konzipiert, die in den Bereichen der Landnutzung und Ressourcenschutz arbeiten. Die potenziellen Nutzer sind vor allem Regierungsorganisationen, beratende Institutionen (z.B. DAT, CENAP oder CENATEL) und Entwicklungsorganisationen. Das System hilft bei Entscheidungen auf der regionalen und nationalen Ebene.
Aktueller Stand von AGROLAND
Im Berichtszeitraum wurde das SDSS AGROLAND unter Berücksichtigung von Anregungen potenzieller Nutzer in Benin während zweier Aufenthalte (Dezember 2007 & April 2008) weiterentwickelt und die Benutzerfreundlichkeit erhöht. Die gegenwärtige Version enthält alle Elemente für
die Berechnung des Marginalitätsindexes (MI). Darüber hinaus sind Klimaszenarien und Informationen über die Bevölkerungsdichte eingebunden. Zudem hat der Nutzer erweiterte Möglichkeiten bei
der Berechnung des Marginalitätsindex sein Expertenwissen interaktiv zu integrieren.
Im Folgenden wird die Benutzerführung der aktuellen Version des SDSS AGROLAND erläutert
(siehe auch LAUDIEN ET AL. 2007). Diese Version wurde im Berichtszeitraum in die deutsche, englische und französische Sprache übersetzt. Zusätzlich wurde eine umfassende Dokumentation in
deutscher und englischer Sprache verfasst, in dem Daten, Methoden und Funktionsweise des SDSS
ausführlich beschrieben werden. Für das SDSS wurde ein dynamischer Ansatz gewählt, der bislang
in drei Module unterteilt werden kann. Modul 1 bietet dem Nutzer die Möglichkeit, alle Eingangsrasterdaten aus der Geodatenbank auszulesen. Experten können in diesem Modul überdies die Bewertung der Eingabeparameter bezüglich ihres Einschränkungsgrad für eine landwirtschaftliche
Nutzung interaktiv modifizieren. Modul 2 berechnet den Marginalitätsindex basierend auf den fuzzifizierten Rasterdaten des Moduls 1. In Modul 3 können Veränderungen zwischen dem MI der
Gegenwart und der Zukunft (auf Basis der IPCC Szenarien A1B und B1) berechnet und visualisiert
werden.
In einem ersten Schritt kann der Nutzer auswählen, für welchen Zeitraum der Marginalitätsindex
berechnet werden soll: Gegenwart (bis 2000) oder Zukunft (2001-2025) (Abb. III.1.1-17).
Abb. III.1.1-17: Auswahl des Simulationszeitraums
IMPETUS
__72
Der Marginalitätsindex wird über einen Zeitraum und nicht für einen bestimmten Zeitpunkt ermittelt. Für die Bestimmung der zukünftigen naturräumlichen Bedingungen für die landwirtschaftliche
Nutzung in Benin, werden Klimadaten basierend auf den zwei IPCC SRES (Special Report on
Emission Scenarios) Szenarien A1B und B1 (IPCC 2001, IPCC 2007) sowie angenommenen Landnutzungsveränderungen der FAO verwendet. Die Unterschiede zwischen den beiden Szenarien sind
bis 2025 jedoch gering.
Durch Wählen von ‘Weiter’ wird das Hauptfenster mit allen Eingangsdaten und der Bewertung der
naturräumlichen Beschränkungen geöffnet. Im Hauptfenster sind auf der linken Seite alle naturräumlichen Einflussfaktoren aufgelistet, die für die Berechnung des Marginalitätsindex notwendig
sind (siehe III.1.1-18). Außerdem werden die Parameter hinsichtlich ihrer generellen Beschränkung
für die landwirtschaftliche Nutzung bewertet. Die Bewertung der Eingabeparameter in
AGROLAND ebenso wie die Berechung des Marginalitätsindexes beruht auf Fuzzy Logik. Der
Nutzer hat durch in 2008 realisierte Erweiterungen, die Möglichkeit neben den Grundwerten ebenso
die Fuzzifizierungsmethode zu bestimmen. Neben linearen Zugehörigkeitsfunktionen, stehen nun
zudem sigmoidale und J-förmige Funktionen zur Auswahl. Darüber hinaus kann der Nutzer in der
aktuellen Version die Grundwerte für die Bestimmung von Temperatureinschränkungen bearbeiten.
Dabei können über die Selektion von ‚Symmetrisch’ Einschränkungen von sowohl zu hohen Temperaturen als auch zu niedrigen Temperaturen berücksichtigt werden.
Abb. III.1.1-18: Hauptfenster mit Auflistung aller naturräumlichen Einflussfaktoren und ihrer Bewertung
IMPETUS
__73
Die vordefinierten Grundwerte sind Ergebnisse aus Forschungsarbeiten im Rahmen von IMPETUS
(vgl. RÖHRIG 2008). Für Experten gibt es die Möglichkeit ihr fach- und geländespezifisches Wissen
einzubringen und die Grundwerte in einer definierten sinnvollen Bandbreite zu modifizieren.
Über den ‚Bearbeiten’-Button öffnet sich ein weiteres Fenster, indem die entsprechende natürliche
Ressource für Benin in einer räumlichen Auflösung von 1 km dargestellt wird (III.1.1-19).
Abb. III.1.1-19: Interaktive Modifikation einer Bewertungsfunktion am Beispiel der Hangneigung
Für eine bessere Orientierung sind geographische Informationen (Breiten- und Längengradsangaben) und der Maßstab mit angegeben (oberer rechte Ecke). Darüber hinaus können administrative
Grenzen, Städte und Strassen mit angezeigt werden. Außerdem stehen dem Nutzer gängige GISFunktionalitäten zur Verfügung. Angeregt von der Diskussion mit potenziellen Nutzern wurde zusätzlich ein Übersichtsfenster integriert, das den gewählten Raumausschnitt als rote Box auf der
rechten Seite anzeigt. Über die Funktion ‚Wert auswählen’ kann der Nutzer ihm bekannte Standorte, wo der biophysikalische Faktor eine landwirtschaftliche Nutzung nicht beschränkt (falls er den
Wert der ersten Spalte des Hauptfensters bearbeitet) oder wo eine landwirtschaftliche Nutzung aufgrund der hohen Beschränkung des Faktors nicht möglich ist (falls er den Wert der zweiten Spalte
des Hauptfensters bearbeitet), mit der Maus selektieren und die Werte mit den Initialwert vergleichen.
Der Nutzer hat im selben Fenster die Möglichkeit über die ‚Vorschau’-Funktion zu sehen, in wiefern sich das Fuzzifizierungsergebnis durch die gewählte Modifikation des Grundwertes verändert.
IMPETUS
__74
Abb. III.1.1-20: Vorschau-Funktion
Das Fenster, das sich bei der Aktivierung des Buttons öffnet, stellt auf der linken Seite das Ergebnis
der Fuzzifizierung des gewählten Faktors mit den vordefinierten Grundwerten (Ursprungswerte)
und rechts das Ergebnis mit dem von ihm bearbeiteten Grundwerten dar. Dabei sind in roter Farbe
(Werte um 1) Gebiete dargestellt, wo der Faktor zu schwerwiegenden Limitierung einer landwirtschaftlichen Nutzung führt, gelb Gebiete (Werte um 0,5) mit mittleren Einschränkungen und in
grün (Werte um 0) Gebiete, wo der Faktor keine limitierende Rolle spielt. Beide Bilder sind mit
einander verlinkt, so dass die Ergebnisse visuell aber auch quantitativ (über ‚Wert auswählen’)
(rechts oben) gut miteinander verglichen werden können. Auf dieser Basis kann der Nutzer entscheiden, ob er den Grundwert modifizieren oder den Initialwert beibehalten möchte.
Wenn der Nutzer mit den Grundwerten und Zugehörigkeitsfunktionen für alle Faktoren zufrieden
ist, kommt er über den ‚Weiter’-Button im Hauptfenster zum Modul 2. Bevor der Marginalitätsindex allerdings abschließend berechnet wird, prüft das System intern, ob die definierten Grundwerte
der Zugehörigkeitsfunktion plausibel sind. Weichen die modifizierten Werte zu weit von den ursprünglichen Grundwerten ab wird der Wert als nicht plausibel gewertet ebenso wie wenn das Größenverhältnis (< oder >) zwischen zwei Grundwerten eines Datensatzes verändert wird (siehe Abb.
III.1.1-21. Die Grafik oben zeigt ein Beispiel indem ein Grundwert der Hangneigung unplausibel
definiert wurde. In beiden Fällen müssen die Werte noch einmal im Hauptfenster überarbeitet werden, bevor der Index vom System berechnet wird.
IMPETUS
__75
Abb. III.1.1-21: Plausibilitätsprüfung
Nachdem alle Zugehörigkeitsfunktionen plausibel gewählt wurden, werden die Eingabedaten verarbeitet und der Marginalitätsindex berechnet. Dabei werden auf der Basis der Grundwerte erst die
Eingangsdaten fuzzifiziert wodurch Beschränkungsfaktoren abgeleitet werden, welche dann über
einen logischen Entscheidungsbaum miteinander verknüpft werden (vgl. CASSEL-GINTZ ET AL.
1997, RÖHRIG 2008). Der Nutzer kann dabei den Stand der Prozessierung verfolgen, die ihm links
als Text und rechts im Aufbau des Entscheidungsbaumes angezeigt werden. Dabei sind die Bilder
im Entscheidungsbaum fest definiert und entsprechen nicht der aktuell gewählten Bewertung.
In Ergebnisframe wird die räumliche Verteilung des Marginalitätsindex in einer räumlichen Auflösung von 1 km dargestellt (siehe III.1.1-22). Außerdem können alle Beschränkungsfaktoren als
Layer angezeigt werden. Darüber hinaus, können Informationen über die Bevölkerungsdichte überlagert werden. Dieser Datensatz wurde aus den Zensusdaten von 2002 mittels ArcGIS 9.2 interpoliert (INSAE 2003). Dadurch können marginale Gebiete identifiziert werden, die sehr wahrscheinlich landwirtschaftlich genutzt werden, ebenso wie Gunsträume, in denen die Bevölkerungsdichte
bislang sehr gering ist. Das Fenster enthält ähnliche Funktionalitäten, wie das Fenster in dem die
Grundwerte zu Bewertung der naturräumlichen Ressourcen modifiziert werden können. Wie in dem
Vorschau-Fenster sind in roter Farbe (Werte um 1) Gebiete dargestellt, wo naturräumliche Beschränkungsfaktoren zu einer schwerwiegenden Limitierung einer landwirtschaftlichen Nutzung
führen, in gelb Gebiete (Werte um 0,5) mit mittleren Einschränkungen und in grün (Werte um 0)
sind Flächen mit hohem naturräumlichen Agrarpotenzial dargestellt.
IMPETUS
__76
Abb. III.1.1-22: Ergebnisframe von AGROLAND
Wurde zu Beginn eines der beiden Szenarien A1B und B1 gewählt, bietet AGROLAND über den
‚Weiter’-Button die Möglichkeit, die Differenz zur gegenwärtigen Situation zu bestimmen, um den
Einfluss des Klimawandels abschätzen zu können. Die Karte in III.1.1-23 zeigt die Veränderungen
des Marginalitätsindexes nach dem gewählten Szenario gegenüber der Berechnung auf Basis der
gegenwärtigen Klimabedingungen. In rot sind dabei Verschlechterungen und in blau Verbesserungen der der naturräumlichen Bedingungen für eine landwirtschaftliche Nutzung angezeigt. Kenntnisse über mögliche Veränderungen der biophysikalischen Bedingungen sind notwendig, um frühzeitig Vorsorge- und Anpassungs-Strategien entwickeln zu können. Das Ergebnis zeigt, dass sich
die naturräumlichen Bedingungen für eine landwirtschaftliche Nutzung bis 2025 durch veränderte
Klimabedingungen überall in Benin verschlechtern werden. Neben einer weiteren Verschlechterung
in dem ohnehin durch hohe Marginalitätswerte geprägten Norden, werden vor allem auch gegenwärtige Gunstgebiete in Zentral- und Südbenin betroffen sein. Insbesondere Temperaturanstieg und
Verkürzungen der Anbauperiode bei gleichzeitig höherer Variabilität von Begin und Ende der Regenzeit werden landwirtschaftliche Aktivitäten erschweren.
IMPETUS
__77
Abb. III.1.1-23: Impakt des Klimawandels auf das Ergebnis des Marginalitätsindexes
Literatur
Cassel-Gintz, M. A., Lüdeke, M. K. B., Petschel-Held, G., Reusswig, F., Pöchl, M., Lammel, G. & H. J. Schellnhuber
(1997): Fuzzy logic based global assessment of marginality of agricultural land use. In: Climate Research. Interactions of Climate with Organism, Ecosystems, and Human Societies. 8 (2). S. 135-150.
INSAE (2003): Troisième Recensement Général de la Population et de l'Habitat de Février 2002. La population des
communes de Tchaourou, N'dali, Parakou, Bassila, Djougou. Cotonou.
IPCC (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. In: HOUGHTON, J. T., DING, Y. GRIGGS, D. J.
NOGUER, M. VAN DER LINDEN, P. J. DAI, X. MASKELL, K. & C. A. JOHNSON (EDS.): A Contribution
of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate. Cambridge University Press. Cambridge, United Kingdom and New York.
IPCC (2007): Climate Change 2007: Impacts, adaptation and vulnerability. In: PARRY, M. CANZIANI, L.,
OSVALDO F., PALUTIKOF, J. P., VAN DER LINDEN, P. J., & C. E. HANSON (EDS.): Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press. Cambridge, United
Kingdom and New York.
Laudien, R., Röhrig, J., Bareth, G. und Menz, G. (2007): Spatial Decision Support System zur Modellierung der agrarischen Marginalität in Benin (Westafrika).- in Strobl, Blaschke und Griesebner (Hrsg.): Angewandte Geoinformatik 2007, Wichmann: Heidelberg, 430-439.
Röhrig, J. (2008): Evaluation of agricultural land resources in Benin by regionalisation of the marginality index using
satellite data. Dissertation. Universität Bonn. Bonn.
IMPETUS
__78
PK Be-E.7 Nutzungspotenzial von Inland-Valleys im Oberen Ouémé Einzugsgebiet
Reisanbau in einem Inland-Valley in Dogué
Problemstellung
Die Landwirtsch1aft in Benin erfolgt traditionell im Trockenfeldbau. Die ohnehin nur wenig
fruchtbaren Böden können durch unsachgemäße Nutzung schnell erodieren und an Nährstoffen verarmen. Hinzu kommt, dass ein ausreichendes Wasserangebot nur in der Regenzeit gegeben ist, so
dass ohne zusätzliche Bewässerung keine ganzjährige landwirtschaftliche Produktion stattfinden
kann. Verstärkt durch eine wachsende Bevölkerung kann es durch Bodendegradation zu einer Verknappung potenzieller Anbauflächen kommen, die in Zukunft die Ernährungssicherung der Bevölkerung gefährden könnte.
Eine Ausweitung der Agrarproduktion in die bisher nur wenig genutzten Inland-Valleys könnte
einen Beitrag zur zukünftigen Ernährungssicherung darstellen. Die Böden in den Inland-Valleys
sind in der Regel fruchtbarer als andere Böden im Einzugsgebiet, da Nährstoffe von den Hängen in
diesen Bereich transportiert werden. Gleichzeitig ermöglicht das Wasserangebot eine wesentlich
längere landwirtschaftliche Nutzung pro Jahr als auf anderen Flächen im Einzugsgebiet, womit
Problemen bei einer eventuellen Verkürzung der Regenzeit begegnet werden kann.
Folgende Fragen sind von zentraler Bedeutung:
•
Wie groß ist die potenziell verfügbare Inland-Valley-Fläche im Oberen Ouémé-Einzugsgebiet?
•
IMPETUS
__79
Inwieweit kann der landwirtschaftliche Anbau in den Inland-Valleys ausgeweitet werden (Nutzungspotenzial)?
•
Sind die hydrologischen Verhältnisse der Inland-Valleys für den Anbau bestimmter Kulturen
geeignet?
•
Wie verhält sich der Nährstoffhaushalt der Inland-Valleys bei intensivierter Nutzung?
•
Wie wirken sich Umweltveränderungen (Klimawandel, Landnutzungsänderung) auf die Hydrologie und den Nährstoffhaushalt der Inland-Valleys aus? (Szenarien)
Mitarbeiter
G. Steup, T. Gaiser, A. Srivastava, S. Giertz
Zielsetzung
Ziel des Problemkomplexes ist die Abschätzung des Nutzungspotenzials der Inland-Valleys und
damit ihres möglichen Beitrages zur zukünftigen Ernährungssicherung.
Nutzergruppen
•
Direction de Genie Rurale (Cellule Bas-Fonds)
Ansprechpartner : Felix Gbaguidi (Directeur de Cellule Bas-Fonds)
•
Inland Valley Consortium (IVC)
Ansprechpartner : Dr. Paul Kiepe (Wissenschaftlicher Koordinator des IVC)
Lokaler Koordinator Benin: Dr. Gustave Dagbenonbakin
•
Communes des HVO:
Tchaourou, Djougou, Bassila, N’Dali, Kopargo
Stand der SDSS/IS-Entwicklung
Das SDSS BenIVIS besteht aus einem Informationssystem und einem Modul zur Modellierung potenzieller Erträge in Inland-Valleys.
1. Entwicklung des Informationssystems BenIVIS
Das Informationssystem BenIVIS wurde mit dem Ziel entwickelt, zukünftigen Nutzern eine einfache Auswertung von Inland-Valleys anhand von ausgewählten Kriterien zu ermöglichen. Wichtigster Kooperationspartner ist die nationale Behörde Cellule Basfonds, die für die Planung und Durchführung von Management-Maßnahmen in Inland-Valleys zuständig ist. Weitere zukünftige Nutzer
sind die Kommunen, denen im Rahmen der Dezentralisierung zunehmend Bedeutung im Bereich
der Planung von Maßnahmen zur Inwertsetzung von Inland-Valleys zukommt, das Inland-ValleyConsortium (IVC), Organisationen der Entwicklungszusammenarbeit sowie Entscheidungsträger in
IMPETUS
__80
beninischen Behörden und Ministerien. Die Weiterentwicklung des Informationssystems erfolgte in
enger Zusammenarbeit mit der Cellule Basfonds und dem IVC, so dass die Bedürfnisse zukünftiger
Nutzer direkt berücksichtigt wurden.
Das System basiert auf der Inland-Valley Datenbank, die auf den Ergebnissen der Inventarisierungskampagne aufbaut und in der für jedes Inland-Valley 115 Parameter gespeichert sind. Gerade
auf der kommunalen Ebene fehlen jedoch oft die notwendigen Kenntnisse über den Umgang mit
Datenbanken und GIS-Daten, so dass BenIVIS hier einen wichtigen Beitrag für die Bereitstellung
von Informationen leisten kann. Das Informationssystem ist in das IMPETUS-Framework integriert
und besteht aus mehreren Komponenten zur Auswahl, Auswertung und Darstellung von InlandValleys und ihren Eigenschaften. Mit Hilfe einer Abfragemaske kann der Nutzer zunächst InlandValleys auswählen (Abbildung III.1.1-24). Die Abfragemaske enthält zwölf der wichtigsten Auswahlkriterien für die Inwertsetzung von Inland-Valleys (Größe der Inland-Valleys, Größe der Einzugsgebiete, Lage in einer bestimmten Kommune, Nutzung der Inland-Valleys, Hauptanbaufrüchte
etc.).
Abb. 2: Abfragemaske zur Auswahl der Inland-Valleys
Abb. III.1.1-24: Abfragemaske zur Auswahl der Inland-Valleys
IMPETUS
__81
Nach dieser Abfragemaske wurde ein neues Modul integriert, das eine Auswertung wichtiger Eigenschaften der Inland-Valleys bereitstellt (Abbildung III.1.1-25). Die Auswertungen beziehen sich
dabei immer auf die zuvor getroffene Auswahl der Inland-Valleys. Die Ergebnisse können als Diagramm oder als Tabelle dargestellt werden.
Abb. III.1.1-25: Auswertung der Eigenschaften von ausgewählten Inland-Valleys
Der Nutzer hat somit die Möglichkeit, sehr schnell und einfach Auswertungen über eine selbst gewählte Auswahl von Inland-Valleys zu bekommen, z.B. die Hauptanbaufrüchte in Inland-Valleys
einer bestimmten Größe in einer Kommune. Alle Auswertungen können an dieser Stelle direkt als
Excel- bzw. als Grafikdatei exportiert werden, um für weitere Anwendungen zur Verfügung zu stehen.
Insgesamt können folgende Auswertungen gewählt werden:
•
Inland-Valley-Flächen nach Größenklassen
•
Summe der Inland-Valley-Flächen pro Kommune
•
Zugangsarten zum Inland-Valley (asphaltierte Straße, Piste, Fußweg etc.)
•
Distanz zwischen dem Inland-Valley und dem nächstgelegenen Dorf
•
Hauptanbaufrüchte im Inland-Valley
IMPETUS
__82
•
Anteil der genutzten Fläche an der gesamten Inland-Valley-Fläche pro Kommune in der Regenzeit
•
Anteil der genutzten Fläche an der gesamten Inland-Valley-Fläche pro Kommune in der
Trockenzeit
•
Aktuelle Bodenfruchtbarkeit in den Inland-Valleys
Die ausgewählten Inland-Valleys können im nächsten Schritt auf einer mit GEOTOOLS realisierten
GIS-Oberfläche dargestellt werden (Abbildung III.1.1-26). Hier können auch weitere Layer hinzugefügt und in die Karte integriert werden. Des Weiteren gibt es die Möglichkeit, die ausgewählten
Inland-Valleys mit Hilfe einer Expertenabfrage weiter zu filtern und die Ergebnisse direkt in der
Karte darzustellen. Alle Ergebnisse können als Karte oder als Tabelle exportiert werden.
Abb. III.1.1-26: GIS-Oberfläche von BenIVIS
Des Weiteren sind die Ergebnisse von bodenkundlichen Detailuntersuchungen in repräsentativen
Inland-Valleys in das Informationssystem integriert.
Das SDSS ermöglicht es dem Nutzer, schnell und unkompliziert anhand von ausgewählten Kriterien Inland-Valleys zu selektieren und sie räumlich darzustellen. Um das System auch zukünftig auf
einem aktuellen Stand halten zu können und so eine nachhaltige Nutzung zu ermöglichen, ist es von
IMPETUS
__83
Anfang an so aufgebaut worden, dass neue Daten leicht eingepflegt werden können. Dies gilt sowohl für die Inland-Valley-Datenbank als auch für weitere Fallstudien oder Detailuntersuchungen
in einzelnen Inland-Valleys. Die Methode für die Inventarisierung der Inland-Valleys ist von der
Cellule Basfonds übernommen worden, die mittlerweile mit derselben Methode Inland-Valleys in
zwei weiteren Einzugsgebieten aufgenommen hat, so dass jetzt auch Daten für die Einzugsgebiete
der Flüsse Mono und Kouffo im Süden Benins vorliegen. Die Ergebnisse dieser Feldkampagne
werden zur Zeit in die Inland-Valley-Datenbank eingepflegt und anschließend in BenIVIS integriert.
2. Weiterentwicklung des Modellierungsansatzes in BenIVIS
Abbildung III.1.1-27 zeigt den Ansatz für die Modellierung der potenziellen Erträge in InlandValleys sowie die benötigten Eingangsdaten. Als Ertragsmodelle kommen EPIC und ORYZA zur
Anwendung. Mit dem hydrologischen Modell UHP-HRU werden die lateralen Zuflüsse berechnet,
die aus einem Einzugsgebiet in das Inland-Valley gelangen. Die Ergebnisse der hydrologischen
Modellierung werden benötigt, um den Wasserhaushalt der Inland-Valleys in den Ertragsmodellen
Abb. III.1.1-27: Darstellung des Modellierungskonzeptes von BenIVIS
abbilden zu können. Durch diesen Ansatz ist es zum einen möglich, die Ertragsmodellierung für
verschiedene Einzugsgebiete durchzuführen, die sich hinsichtlich Größe, Landnutzung, Morphologie und anderer Parameter unterscheiden. Zum anderen können Landnutzungs- und Klimaszenarien
gerechnet werden, so dass der Einfluss von Landnutzungs- und Klimawandel auf den Wasserhaus-
IMPETUS
__84
halt der Inland-Valleys abgeschätzt werden kann. Aufgrund der pedologischen Untersuchungen in
Inland-Valleys (vgl. Schönbrodt 2007) und der Auswertungen der Inland-Valley-Datenbank (vgl.
Zwischenbericht 2007) werden in den Ertragsmodellen typische Böden für den zentralen InlandValley-Bereich sowie typische Zusammensetzungen der Anbaufrüchte für verschiedene Ethnien
parametrisiert.
Einfluss von Topographie und Anbaupraxis auf den Ertrag beim Reisanbau in Inland-Valleys
In die Modellierung des Nutzungspotenzial von Inland-Valleys sollen auch verschiedene Anbaustrategien integriert werden. Um den Einfluss verschiedener Anbaumethoden auf den potenziellen
Ertrag von Reis in Inland-Valleys abschätzen zu können, wurden in den Jahren 2006, 2007 und
2008 ein mehrfaktorieller Feldversuch durchgeführt (vgl. Zwischenbericht 2007). Um das ganze
Potenzial der Produktivität von Reis abzudecken, wurde im Jahr 2006 die Reissorte Sahel 108, in
den Jahren 2007 und 2008 die Sorte NERICAL-26 angebaut. Bei einer Vegetationsdauer von 105
Tagen erbringt NERICAL-26 durchschnittlich einen Ertrag von 5,5 t/ha. Die Sorte zählt zu den
NERICA (New RICe for Africa) Arten. Nach Kreuzung der asiatischen Art Oryza sativa var. mit
der afrikanischen Reisart Oryza glaberrima entstanden die NERICA Arten durch eine Rückkreuzung mit einem Hybrid der afrikanischen Mutterart. So kombinieren diese Arten die hohe Widerstandsfähigkeit der afrikanischen mit der hohen Produktivität der asiatischen Mutterart.
Mittels eines split-split-plot Designs und 4 Wiederholungen wurden die folgenden Ergebnisse erzielt (für eine genaue Beschreibung des Versuchsaufbaus siehe Zwischenbericht 2007):
1. Die Parzellen im Randbereich der Inland-Valleys erbrachten in allen Versuchsjahren höhere
Erträge als die Parzellen im Zentrum (Abbildung 6 und 7)
2. In den eingedeichten Reisparzellen wurde 2007 ein Ertrag von durchschnittlich 4,4 t/ha erzielt. Parzellen ohne Eindeichung erzielten lediglich einen durchschnittlichen Ertrag von 2,7
t/ha (Abbildung 6 )
3. In den Jahren 2007 und 2008 wurden zwar auf den gedüngten Parzellen (Urea 130 kg/ha +
TSP 87 kg/ha) höhere Korn- bzw. Biomasseerträge erzielt, aber die Unterschiede zu den ungedüngten Parzellen waren nur im Jahr 2008 signifikant (Abbildung III.1.1-28 und III.1.129).
Im frühen Wuchsstadium zeigten die Reispflanzen deutliche Anzeichen dafür, dass Ertragsunterschiede verschiedener Standorte auf die toxische Wirkung von Eisen zurückzuführen sind (Srivastava et al. 2008, Kanninkpo 2008). Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass weder der
Einsatz von Düngemitteln noch die Eindeichung der Parzellen die toxische Wirkung von Eisen eindämmen bzw. kompensieren konnten (Tab. III.1.1-5). Lediglich die unterschiedliche Lage in der
Landschaft führte zu deutlichen Unterschieden in den Eisengehalten der Reisblätter.
IMPETUS
__85
Tab. III.1.1-5: Eisenkonzentrationen in Blättern der Reispflanze bei unterschiedlichen Anbaumethoden
Änderungen der Anbau-
Eisenkonzentration (56
Position
Deiche
Düngung
Eisenkonzentration (87 DAS)
DAS)
methode
Mittelwert
Standard-
Mittelwert
Standard-
(ppm)
abweichung
(ppm)
abweichung
Randbereich
429
146
245
59
Zentrum
911
169
699
319
Ohne Deiche
668
371
590
363
Mit Deichen
615
244
487
332
Ohne Düngung
685
174
480
337
Mit Düngung
656
417
465
359
Trotz der verhältnismäßig unfruchtbaren Böden zeigen die Versuche in den Inland Valleys relativ
gute Potenziale für den Reisanbau auf. Maßgeblich ertragsmindernd wirkte vor allem die hohe
Konzentration an reduziertem Eisen bei Wassersättigung im Boden. Die daraus resultierende Toxizität beeinflusste vor allem die Parzellen der unteren Hangbereiche und der Senken (Abbildung
III.1.1-28 und III.1.1-28, Tab. III.1.1-5). In den Senkenbereichen akkumulieren die Reispflanzen
offensichtlich viel mehr Eisen als an den Randbereichen der Inland-Valleys. Dies lässt sich durch
die längere Dauer der Wassersättigung im Zentralbereich sowie durch die Zufuhr von gelöstem,
leicht verfügbaren Eisen aus den Hangbereichen erklären, das sich dann im Zentralbereich akkumuliert (Kanninkpo 2008).
2006 b b 2007 a a b b Abb. III.1.1-28: Reisertrag bei unterschiedlichen Anbaumethoden in den Jahren 2006 und 2007 (a = kein signifikanter
Unterschied zwischen den Anbaumethoden, b = signifikanter Unterschied).
Das Anlegen von Deichen sowie der Einsatz von Düngemitteln können in Jahren mit ausreichenden
Niederschlägen den Ertrag aber durchaus steigern. Insbesondere Stickstoff scheint ein Mangelfaktor
zu sein, da im Jahr 2007 die Konzentrationen in den Blättern in allen Behandlungen unterhalb des
Schwellenwertes für Stickstoffmangel lagen (Tab. III.1.1-6). Deshalb wurden wohl in den regenreichen Jahren 2007 und 2008 auch höhere Erträge in den gedüngten Parzellen erzielt.
IMPETUS
ab
__86
ab
ab
Abb. III.1.1-29: Biomassertrag (Frischmasse) zum Zeitpunkt des Schossens bei unterschiedlichen Anbaumethoden im Jahr 2008 (ab = signifikanter Unterschied zwischen den Anbaumethoden
Weshalb die Ertragssteigerungen nicht signifikant waren, könnte daran liegen, dass in der gedüngten Variante entweder nicht genug Stickstoff oder zum falschen Zeitpunkt ausgebracht wurde. Im
Versuch wurde der gesamte Stickstoff zur Aussaat verabreicht, obwohl ein Splitten der Stickstoffdüngung empfohlen wird. Das Splitten der Düngung und damit die Ausbringung einer zweiten
Stickstoffgabe im Schossen gestaltet sich jedoch in den Inland Valleys als technisch sehr schwierig,
da die Parzellen zu diesem Zeitpunkt in der Regel überstaut sind und das Wasser, zumindest im
Zentralbereich, nicht abgelassen werden kann. Hier besteht noch Forschungsbedarf.
Tab. III.1.1-6: Stickstoffkonzentrationen in Blätter der Reispflanze bei unterschiedlichen Anbaumethoden
Stickstoff- Konzentration
Stickstoff- Konzentration
(32 DAS)
(58 DAS)
Mittelwert (%)
Mittelwert (%)
Randbereich
2.3
1.1
Zentrum
2.0
1.2
Ohne Deiche
1.8
1.0
Mit Deichen
2.5
1.3
Ohne Dünger
2.2
1.15
Mit Dünger
2.2
1.17
Änderung der Anbaumethode
Position
Deiche
Dünger
Die Regionalisierung der auf Feldskala modellierten Erträge erfolgt über die erfassten InlandValleys der Inventarisierungskampagne und eine Abschätzung der nicht erfassten Flächen durch
GIS-Analysen und Fernerkundung. Die Fertigstellung dieses Moduls zur Ertragsmodellierung ist
für Ende Februar geplant.
IMPETUS
__87
Literatur
Schönbrodt, Sarah (2007) : Inventarisierung und bodenkundliche Charakterisierung von Bas-fonds im Einzugsgebiet
des Oberen Ouémé in Benin, Westafrika. Diplomarbeit Universität Göttingen.
Kanninkpo, C. (2008): Etude des potentialités en production rizicole du bas fond Kpèn’drè de Doguè (Commune de
Bassila – Département de la DONGA). DESS, Faculté des Sciences Agronomiques, Université d’AbomeyCalavi, Abomey-Calavi, Benin.
Srivastava, A., Gaiser, T., Kanninkpo, C. (2008): Response of lowland rice to topography and different management
practices in Inland valley in the sub-humid savannah of West Africa. J. Plant Nutr. Soil Sci. (submitted)
Hydrologie
III.1.2
IMPETUS
88
Hydrologie
Im Themenbereich „Wasserdargebot, Wasserverbrauch, Wasserqualität“ sind alle Problemkomplexe zusammengefasst, bei denen das Wasser im Fokus der Untersuchungen steht. Hy-drologische
Aspekte sind jedoch in einer Vielzahl weiterer Problemkomplexe integriert (z.B. PK Be-E.7, PK
Be-E.4) und stellen häufig wichtige Eingangsdaten dar.
Der PK Be-H.1 analysiert die Wasserverfügbarkeit und den Wasserverbrauch im OuéméEinzugsgebiet. Im Fokus steht die Entwicklung des SDSS BenHydro, welches Stakeholdern im Bereich Wassermanagement zur Verfügung gestellt wird. Im Berichtzeitraum wurde schwerpunktmäßig das Wasserverbrauchsmodul BenEau entwickelt, das den häuslichen, gewerblichen und landwirtschaftlichen Wasserverbrauch in Benin ermittelt. Des Weiteren wurde die Simulation der
Grundwasserkomponente mit MODFLOW und die Kopplung zwischen dem hydrologischen Modell UHP-HRU und MODFLOW weiterentwickelt und die Simulation benutzerdefinierter Landnutzungsszenarien in das SDSS integriert. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten des PKs im Berichtzeitraum stellte die Ausarbeitung einer ausführlichen Dokumentation des SDSS in Deutsch, Französisch und Englisch dar, die über das Framework abrufbar ist.
Im Rahmen des PK-Be.H2 wird die aktuelle sowie zukünftige sektorale Wassernachfrage (Haushalt, Industrie, Landwirtschaft) abgeschätzt. Die Ergebnisse der umfassenden Wasserverbrauchsstudien in Zusammenhang mit den IMPETUS Szenarien werden dem Entscheidungsträger über das
SDSS BenEau nutzerfreundlich zur Verfügung gestellt. Hierbei hat der Nutzer die Möglichkeit, den
Wasserverbrauch im Zeitraum 2002-2025 zu analysieren. Dabei besteht neben der Wahl der
IMPETUS Szenarien auch die Möglichkeit, eigene Szenarien zu erstellen. Weiterhin ist eine Verknüpfung mit dem PK-Be.H1 SDSS BenHydro vorgesehen, die eine Bilanzierung von Wasserangebot und Nachfrage zum Ziel hat und somit wertvolle Informationen für ein nachhaltiges Wasserressourcenmanagement liefern kann.
Im PK-Be.H2 wurde eine erste Version des Monitoring-Tools zur Echtzeitschätzung von Niederschlag in Benin (PrecipMon) wurde im März 2008 an den MSG-Empfänger am Flughafen in Cotonou gekoppelt. Der Ausfall des Systems nach 2 Monaten erfolgreicher Laufzeit durch einen nicht
berücksichtigten Formatwechsel von Seiten des Satelliten zeigte, dass mehr manuelle Eingriffsmöglichkeiten für die Administratoren in zukünftigen Versionen notwendig sind. Das Informationssystem PrecipInfo wurde um eine HTML-Basierte, internetfähige Visualisierung der Monitoringdaten
erweitert. Eine Methode zum statistischen Downscaling der REMO-Klimaszenarien anhand der
stündlichen Monitoring-Daten von 1983 bis 2005 wurde erarbeitet.
Hydrologie
IMPETUS
89
PK Be-H.1 Wasserverfügbarkeit und Wasserverbrauch im OuéméEinzugsgebiet
Frauen auf dem Weg zum Brunnen
Problemstellung
Die hydrologischen Prozesse und die Grundwasserneubildung werden stark von Umweltfaktoren
(Boden, Landnutzung, Klima) beeinflusst. Die zu beobachtenden Umweltveränderungen (Klimaänderung, Landnutzungsänderung, Bodendegradation) haben somit große Auswirkungen auf diese
Prozesse und die zukünftige Verfügbarkeit von Grund- und Oberflächenwasser in der Region. Ein
Problem ist die Zunahme des Wasserverbrauchs, die v.a. durch die Bevölkerungsentwicklung hervorgerufen wird. Folgende Fragenstellungen werden im PK Be-H.1 bearbeitet:
• Wie viel Oberflächen- und Grundwasser steht im Einzugsgebiet des Ouémé zur Verfügung? (IstZustand und Szenarien)
• Wie hoch ist der Wasserverbrauch im Einzugsgebiet des Ouémé?
• Welchen Einfluss haben Umweltveränderungen auf die Wasserverfügbarkeit?
Mitarbeiter
S. Giertz, B. Höllermann, G. Steup, A. Kocher,
Hydrologie
IMPETUS
90
Zielsetzung
Die Zielsetzung des Problemkomplexes ist eine Abschätzung der Verfügbarkeit von Oberflächenund Grundwasser, der Veränderung des Grundwasserspiegels durch Grundwasserentnahme und
veränderte Grundwasserneubildung sowie eine Abschätzung des Wasserverbrauchs im Ouémé Einzugsgebiet für verschiedene Szenarien vorzunehmen. Dieser Problemkomplex basiert auf den Erkenntnissen der kleinräumigen Prozessstudien und nutzt diese, um Aussagen auf der regionalen
Skale zu ermöglichen. Die lokale Skala wird in weiteren PKs behandelt (siehe PK Be-E.4 und PK
Be-E.7).
Nutzergruppen
- Dr. Pierre Adissou (Chef Service Hydrologie)
- Dr. Felix Azonsi (Chef Service Resources en Eau)
- Mitarbeiter: Arnaud Zannou, Aurélien Tossa
• Université d’Abomey-Calavi
- Prof. Abel-Afouda (Faculté des Sciences Techniques)
- Mitarbeiter: Eric Alamou
- Prof. E. Agbossou (Faculté des Sciences Agronomiques)
- Mitarbeiter: Dr. Luc Sintondji
1. Das SDSS BenHydro
Das SDSS BenHydro ist vor allem für Nutzer der DGEau und der Einzugsgebietskommissionen
konzipiert. Es kann von den Nutzern als Tool zur Abschätzung der derzeitig und zukünftig verfügbaren Wasserressourcen (Oberflächenwasser und Grundwasser) und des Wasserverbrauchs im Ouémé-Einzugsgebiet eingesetzt werden. Dieses ist vor allem für den GIRE1-Prozess in Benin von
großer Bedeutung, da hier auf Einzugsgebietsebene Wassermanagement-Konzepte erarbeitet werden sollen. Auf einem SDSS-Workshop im Oktober 2008 in Cotonou konnten die potentiellen Anwender der DGEau und anderen Institutionen kennenlernen.
Abbildung III.1.2-1 zeigt einen Überblick über den Aufbau des SDSS. Die Hauptkomponenten stellen die Modelle UHP-HRU und das Grundwassermodell MODFLOW dar. Der Wasserverbrauch
(Haushalte, Gewerbe, Landwirtschaf) wird im 2008 neu entwickeltem SDSS BenEau ermittelt. Eine
direkte Verknüpfung zwischen BenHydro und BenEau wird derzeit konzipiert. Das SDSS WANA
wurde nicht weiterentwickelt, da aufgrund der hohen räumlichen Aggregationsebene der Daten eine
Verknüpfung zu BenHydro nicht möglich war und die Bearbeiterin aus dem Projekt ausgeschieden
ist.
1
GIRE = Gestion integrée des resources en eau (Integratives Management der Wasserressourcen)
Hydrologie
IMPETUS
91
Abb. III.1.2-1: Hauptkomponenten des SDSS BenHydro
Im Berichtzeitraum wurde schwerpunktmäßig das Wasserverbrauchsmodul BenEau entwickelt.
BenEau ist ein eigenständiges SDSS zur Analyse des Wasserverbrauchs in Benin. Auf der Basis
von empirischen Daten, die im Rahmen des Projektes erhoben wurden (vgl. Schopp 2004, Schopp
& Kloos, 2006; Schopp et al. 2007), Sekundärdaten (INSAE, 2003) und berechneten Szenarien
(Gruber, 2008; Doevenspeck & Heldmann, 2005; Paeth et al. in Press) wurde der Wasserverbrauch
von Haushalten, Landwirtschaft und Industrie in Benin für den Zeitraum 2002-2025 für die drei
IMPETUS-Szenarien B1, B2 und B3 berechnet. Eine genaue Erläuterung der Datengrundlagen und
Szenarienergebnisse des SDSS BenEau ist im Berichtteil des PK Be-H.2 zu finden. Des Weiteren
wurden im Berichtzeitraum die Simulation der Grundwasserkomponente mit MODFLOW und eine
ausführliche Dokumentation des SDSS in Deutsch, Französisch und Englisch erstellt, die über das
Framework abrufbar ist. Die Dokumentation gibt nicht nur Hilfestellung bei der Benutzung des Systems sondern gibt auch Hintergrundinformationen zu den verwendeten Modellen, Datengrundlagen
und Auswertungsroutinen.
Das SDSS ist in das IMPETUS-Framework integriert. Das Modell UHP-HRU ist für das gesamte
Ouémé-Einzugsgebiet implementiert und beinhaltet ein Stauseemodul, was die Simulation von Interventionsszenarien mit potentiellen Stauseen ermöglicht. Ein Beispiel für ein Interventionsszenario (Bau eines Großstausees zur Ausweitung der Bewässerungslandwirtschaft) wird in Abschnitt 1.3
erläutert.
Hydrologie
IMPETUS
92
1.1 Benutzerführung des SDSS BenHydro
Nach dem Start des SDSS über das Icon oder den Schlagwortkatalog im Framework erscheint nach
dem Startbildschirm und dem Blockdiagramm das Fenster „Auswahl der Komponenten“. Hier kann
der Benutzer auswählen, ob er das Wasserdargebot für verschiedene Szenarien berechnen will, eine
Analyse der Wassernachfrage durchführen will oder vorgerechnete Szenarien analysieren will. In
Kürze wird die Option des Vergleichs von Wasserdargebot und Wassernachfrage in das SDSS implementiert.
Bei Auswahl der zweiten Option wird der Benutzer direkt zu dem SDSS BenEAU weitergeleitet
und kann dort die gewünschten Szenarien berechnen. Bei der dritten Option wird sofort das Ergebnisfenster geöffnet. Hier hat der Benutzer die Möglichkeit, verschiedene vorgerechnete Szenarien
miteinander zu vergleichen.
Abb. III.1.2-2: Fenster „Auswahl der Komponenten“
Wurde vom Benutzer die erste Option gewählt, hat er im nächsten Auswahlfenster die Möglichkeit,
allgemeine Einstellung für die Modellierung mit UHP-HRU vorzunehmen (vgl. Abb. III.1.2-2 und
III.1.2-3). Hier erfolgt die Auswahl der Klimadaten (Messdaten oder Szenarien) und der Landnutzungsszenarien. Da bisher keine simulierten IMPETUS-Landnutzungsszenarien für das gesamte
Ouémé-Einzugsgebiet vorliegen, wurde derzeit nur eine benutzerdefinierte Szenarienoption in das
SDSS integriert. Die wichtigste Landnutzungsänderung im Einzugsgebiet stellt die Umwandlung
von Savanne in Ackerfläche dar. Da diese stark von der im Einzugsgebiet lebenden Bevölkerung
abhängt, wird die Umwandlungsrate der Savannenflächen in Ackerfläche in Abhängigkeit von den
Bevölkerungsszenarien für jede Simulationseinheit (Teileinzugsgebiet) berechnet. Der Benutzer
kann über einen Schieberegler einstellen, wie groß der agrarische Nutzfläche pro Kopf für das Zieljahr der Simulation sein soll. Dadurch kann der Benutzer verschiedene Szenarien der Intensivierung
der Landwirtschaft berechnen. Die Wälder werden in der Voreinstellung nicht in Ackerfläche umgewandelt, da es sich meist um staatliche geschützte Wälder handelt. Soll jedoch ein Szenario simuliert werden, dass auch die Umwandlung der Wälder impliziert, kann dies durch die Check-Box
Hydrologie
IMPETUS
93
aktiviert werden. Des Weiteren kann die Einstellung des Simulationszeitraumes durch benutzerfreundliche Schieberegler eingestellt werden.
Abb. III.1.2-3: Fenster „Generelle Einstellungen des Modells UHP-HRU
Interventionsszenarien Errichtung von Stauseen für Wasserkraft oder Bewässerung
Im Auswahlfenster „Stauseemanagement“ hat der Benutzer die Möglichkeit den Bau, verschiedener
Stauseen in die Modellierung zu integrierten. Es werden sieben Standorte für potentielle Stauseen
vorgegeben, die vom Benutzer ausgewählt werden können. Diese Stellen wurden in Benin durch
Voruntersuchungen des Ministeriums MMEE als geeignete Standorte für den Bau großer Stauseen
bestimmt. Um die Lokalisierung für den Benutzer zu vereinfachen wurde eine Karte mit den potentiellen Standorten integriert (vgl. Abb. III.1.2-4).
Wenn der Benutzer einen Stausee ausgewählt hat, kann über die Schieberegler eingestellt werden,
wie das Wasser aus dem Stausee genutzt werden soll. Das Wasser kann für Bewässerungszwecke
entnommen werden oder für die Wasserkraftnutzung aus dem Stausee fließen. Ein Beispiel für ein
Interventionsszenario ist in Abschnitt 4.3 aufgeführt. Im nächsten Schritt erfolgt die Modellierung
mit UHP-HRU.
Hydrologie
IMPETUS
94
Abb. III.1.2-4: Auswahlfenster ‚Stauseen’ des SDSS BenHydro
1.2 Analyse der Ergebnisse
Nach Abschluss der Modellierung hat der Benutzer die Möglichkeit, einzelne Einzugsgebiete auszuwählen und sich die dazugehörigen Ergebnisse als Diagramme, Tabellen und Karten anzeigen zu
lassen (vgl. Abb. III.1.2-5). Es können alle Komponenten des Wasserhaushaltes angezeigt werden
(Niederschlag, Evapotranspiration, Abfluss, Grundwasserneubildung etc.). Es können auch verschiedene Szenarien verglichen werden.
Hydrologie
IMPETUS
95
Abb. III.1.2-5: Fenster „Ergebnisdarstellung Wasserverfügbarkeit“
Abbildung III.1.2-6 zeigt die Darstellung der Simulationsergebnisse für die verschiedenen Komponenten des Wasserhaushaltes für das Klimaszenario A1B in BenHydro.
Hydrologie
IMPETUS
96
Abb. III.1.2-6: Darstellung der Wasserhaushaltskomponenten Niederschlag, Grundwasserneubildung und Gesamtabfluss in BenHydro für das Klimaszenario A1B
1.3 Interventionsszenario Bau des Stausees Assanté-GbanlinHansoe zur Bewässerung von
Reisfeldern
Als Beispiel für ein mögliches Interventionsszenario wurde der von der DGEau geplante Stausee
bei Assanté-GbanlinHansoe integriert. Er ist mit einer Kapazität von 60 Mio. m³ geplant. Die Nutzung ist v.a. für die Bewässerung von landwirtschaftlichen Nutzflächen vorgesehen. In dem simulierten Interventionsszenario wird eine Großbewässerungsfläche von 10.000 ha mit Reis angenommen. Es gibt zwei Anbauzyklen pro Jahr. In den Monaten Dezember bis April (Trockenzeit) wird
der Reis voll bewässert. In den Monaten Mai-Juli und November wird der Reis teilweise bewässert,
da die Niederschläge bzw. das gespeicherte Bodenwasser für den Reisanbau nicht ausreichend sind.
In den Monaten August bis Oktober ist keine Bewässerung notwendig, da aufgrund der hohen Niederschlagsmengen und des aufgefüllten Bodenspeichers ausreichend Wasser für das Pflanzenwachstum vorhanden ist. Es wird von einer Bewässerungsmenge von 11.500 m³/ha und Jahr ausgegangen.
Das Szenario wurde für das Klimaszenario A1B simuliert. Abbildung III.1.2-7 zeigt die Entwicklung des Stauseevolumens als Mittelwert für die drei Läufe des Klimaszenarios A1B. Es wird deutlich, dass das Stauseevolumen in allen Jahren in der Trockenzeit deutlich zurückgeht und in sehr
Hydrologie
IMPETUS
97
trockenen Jahren der Stausee sogar leer läuft. In der Regenzeit kommt es mit Ausnahme eines Jahres immer zur vollständigen Auffüllung bis zum maximalen Speichervolumen von 60 Mio. m³.
Abb. III.1.2-7: Volumen des Stausees Assanté-GbanlinHansoe für das Klimaszenario A1B und InterventionsszenarioAusweitung der Bewässerungslandwirtschaft
Abbildung III.1.2-8 zeigt einen Vergleich der Hydrographen am Pegel Ouémé-Save unterhalb des
Stausees beispielhaft für die Jahre 2015-2017. Der Unterschied zwischen den beiden Ganglinien ist
gering. Nur in der Trockenzeit zeigt sich eine Verringerung des Abflussvolumens für das Stauseeszenario.
Abb. III.1.2-8:
Monatsmittel des Abflusses am Pegel Save im Klimaszenario A1B mit und ohne Stausee (Mittelwert
der drei Ensembleläufe)
Hydrologie
IMPETUS
98
Das in Abbildung III.1.2-9 dargestellte Jahresvolumen des Abflusses für die verschiedenen Dekaden zeigt den Einfluss der Wasserentnahme am Stausee auf das Gesamtvolumen des Abflusses am
Pegel Ouémé Save.
Abb. III.1.2-9: Jahressumme des Abflussvolumens am Pegel Save im Klimaszenario A1B mit und ohne Stausee (Mittelwert der drei Ensembleläufe)
Das erläuterte Beispiel zeigt, dass durch die Implementierung des Stauseemoduls in das Modell
UHP-HRU und in das SDSS BenHydro der Einfluss eines Stauseebaus und der Wasserentnahme
auf die Abflussdynamik am Unterlauf des Flusses abgeschätzt werden kann. Des weiteren kann der
Einfluss der Wasserentnahme auf das Stauseevolumen analysiert werden. Dies ist für Entscheidungen des Wassermanagements von großer Bedeutung um z.B. Wassernutzungskonflikte zwischen
Ober- und Unterliegern zu vermeiden oder Großbewässerungsflächen zu planen.
2. Grundwassermodellierung
Schwerpunkt der hydrogeologischen Arbeiten ist der Aufbau eines dynamischen, numerischen hydrogeologischen Modells für das gesamte Ouémé Einzugsgebiet um damit die Entwicklung der
Grundwasserressourcen für die IMPETUS Szenarien zu simulieren. Basierend auf dem Prozessverständnis, das auf der lokalen Ebene entwickelt wurde (Fass 2004) sowie dem ersten sub-regionalen
Grundwassermodell des Oberen Ouémé-Einzugsgebiet (El-Fahem 2008) konnte ein numerisches
Strömungsmodell entwickelt werden (Abb. III.1.2-10). Für das zugrunde liegende konzeptionelle
Modell mussten die bereits lokal und sub-regional vorhandenen Ergebnisse zur hydrochemischen
und isotopischen Charakterisierung ergänzt werden. Lokaler Schwerpunkt stellt hier die Kontaktzone zwischen dem Kluftaquifer des Grundgebirges zum Porenaquifer des Sedimentbeckens im Süden
dar. Für eine bessere Beschreibung der hydraulischen Parameter in dem 49.500 km² großen Einzugsgebiet wurden zusätzlich Slug Tests durchgeführt und über 60 Langzeitpumpversuche aus dem
Department Collines (Programme de l’hydraulique rurale) re-interpretiert.
Hydrologie
IMPETUS
99
Von entscheidender Bedeutung vor allem im Hinblick auf die Simulation der Entwicklung der
Grundwasserressourcen unter dem Einfluss der verschiedenen Klimaszenarien war die erfolgreiche
Koppelung mit dem hydrologischen UHP-HRU Modell mit seinen sowohl regional als auch zeitlich
hochaufgelösten Informationen zur Grundwasserneubildung (Abb. III.1.2-10: Layer 4).
Abb. III.1.2-10: Das Grundwasserströmungsmodell (links) basiert neben den geologischen Charakteristika (zweite
Lage), dem digitalen Geländemodell (dritte Lage) vor allem auf den Grundwasserneubildungsraten
des UHP-HRU Modells (vierte Lage).
Die Kalibrierung des numerischen Modells erfolgt zurzeit schrittweise. Das Modell beschreibt hinreichend genau die Wasserbewegung in den Grundwasserleitern für kurzzeitige Abschnitte (z.B.
Januar 1080) auf der lokalen Skala (Abb. III.1.2-11) und bestätigt damit die lokale Parametrisierung. Auf der regionalen Skala fallen für den gleichen Zeitraum jedoch noch mehrere Diskrepanzen
auf. Insbesondere im oberen Grundwasserleiter (Abb. III.1.2-12 links) werden eine Vielzahl von
Zellen inaktiv, fallen trocken. Da dies durch die kontinuierlich aufgezeichneten Grundwasserschwankungen nicht belegt ist, werden zurzeit die hydraulischen Parameter angepasst.
Hydrologie
IMPETUS
100
Abb. III.1.2-11: Lokale Grundwasserbewegung in 1980. (vgl. Rotes Quadrat)
hydraulic heads [m]
100 - 150
150 - 200
200 - 250
250 - 300
300 - 350
350 - 400
400 - 450
450 - 500
500 - 550
550 - 600
600 - 650
Abb. III.1.2-12: Grundwasserstände imJanuar 1980 im Regolithaquifer (links) und im Basement (rechts). Die weißen
Flecken zeigen trockene Zellen (rotes Quadrat: vergrößerter Detailausschintt in Abb. III.1.2.-11).
Hydrologie
IMPETUS
101
Sobald das regionale Modell weitgehend stabil kalibriert ist, wird der Wasserverbrauch mit eingebunden um so die zukünftige Entwicklung der Grundwasserressourcen auch unter dem Einfluss der
sozioökonomischen IMPETUS-Szenarien simulieren zu können.
Literatur
ADAMS, E. (2005): Wasserverbrauch und Wasserverfügbarkeit in ausgewählten urbanen Gebieten der Republik Benin.
Diplomarbeit, Institut für Agrarpolitik, Abteilung Welternährungswirtschaft der Universität Bonn.
Doevenspeck, M. & Heldmann, M. (2005) Population projections for Benin until 2025, http://www.rsrg.unibonn.de/Projekte/hape_impetus_ Atlas/source/pdf/BE_F_03.pdf.
El-Fahem, T. (2008) Hydrogeological conceptualisation of a tropical river catchment in a crystalline basement area and
transfer into a numerical groundwater flow model - Case study for the Upper Ouémé catchment in Benin. PhD
thesis, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität, Bonn, Germany
Fass, T. (2004) Hydrogeology of the Aguima catchment in Benin/West Africa.- [in German language] Ph.D. Thesis,
University of Bonn.
Gruber, I., 2008. The impact of socio-economic development and climate change on livestock management in Benin.
Hohe
Landwirtschaftliche
Fakultät,
University
of
Bonn,
(Dissertation),
http://hss.ulb.unibonn.de/diss_online/landw_fak/2008/gruber_ina/1388.pdf.
Paeth, H., Born, K., Girmes, R. ,Podzun, R. & Jacob D., 2008. Regional climate change in tropical and northern Africa
due to greenhouse forcing and land use changes. Journal of Climate 2008. AMS Journals Online, in press.
Schopp, M., 2004 Wasserversorgung in Benin unter Berücksichtigung sozioökonomischer und soziodemograpischer
Strukturen - Analyse der Wassernachfrage an ausgewählten Standorten des Haute Ouémé. Hohe Landwirtschaftliche
Fakultät,
University
of
Bonn,
(Dissertation),
http://hss.ulb.unibonn.de/diss_online/landw_fak/2005/schopp_marion/0526.pdf.
Schopp, M. & Kloos, J., 2006. Wassernachfrage der Sektoren (Haushalt, Industrie und Landwirtschaft) unter Berücksichtigung
möglicher
Wasserkonflikte.
Siebter
Zwischenbericht,
http://www.impetus.unikoeln.de/fileadmin/content/veroeffentlichungen/projektberichte/IMPETUS_Zwischenbericht_2006.pdf. 111-118.
Schopp, M; E. Adams, J. Kloos & Laudien, R., 2007. Wassernachfrage der Sektoren (Haushalt, Industrie und Landwirtschaft) unter Berücksichtigung möglicher Wasserkonflikte. Achter Zwischenbericht http://www.impetus.unikoeln.de/fileadmin/content/veroeffentlichungen/projektberichte/IMPETUS_Zwischenbericht_2007.pdf. 102-112.
Hydrologie
IMPETUS
102
PK Be-H.2 Wassernachfrage der Sektoren (Haushalt, Industrie und Landwirtschaft) unter Berücksichtigung möglicher Wasserkonflikte
Bewässerung peri-urbaner Gemüseanbau
Problemstellung
Wasser spielt auf allen Ebenen, d.h. in den Sektoren Haushalt, Industrie und Landwirtschaft eine
wesentliche Rolle. Dieser Problemkomplex geht aufgrund der klimatischen und sozioökonomischen Lage Benins von einer nicht kontinuierlichen Wasserverfügbarkeit mit temporären
und räumlichen Disparitäten aus. Hierbei ist im Besonderen die kontinuierliche Wasserversorgung
in ländlichen Gebieten nicht gewährleistet. Beispielsweise können internationale Vorgaben zum
Pro-Kopf-Verbrauch, wie z.B. der WHO, vielfach nicht eingehalten werden. Durch die Umstrukturierung des Wassersektors im Zuge der Dezentralisierung und der damit einhergehenden Verunsicherung der Bevölkerung bei der Beantragung von neuen Pumpen und Brunnen verschärft sich diese Situation. Durch das anhaltende Bevölkerungswachstum und eine ausgeprägte Migration werden
sich die Pro-Kopf verfügbaren Wasserressourcen innerhalb der nächsten 20 Jahre halbieren und die
Konflikte über die Aufteilung der Ressource zwischen Haushalt, Industrie und Landwirtschaft intensivieren. In Anbetracht der nationalen Bestrebungen den landwirtschaftlichen Sektor mit Hilfe
von Bewässerungsprojekten zu fördern, werden diese Konflikte noch verstärkt.
Mitarbeiter
S. Giertz, M. Schopp, B. Höllermann
Hydrologie
IMPETUS
103
Zielsetzung
Die Zielsetzung des vorliegenden Problemkomplexes ist eine übergreifende Abschätzung des Wasserverbrauchs auf nationaler Ebene in Benin, aufgeschlüsselt nach den Sektoren Haushalt, Industrie
und Landwirtschaft (inkl. Wasserbedarf für Vieh) unter Zuhilfenahme interdisziplinär erhobener
Daten verschiedener Arbeitsbereiche. Ausgehend von dieser Datengrundlage werden zukünftige
Entwicklungen und staatliche Planungsvorhaben (Gesetze, Rahmenbedingungen, privatwirtschaftliche Projektionen, etc.) in der Szenarienberechnung berücksichtigt, um so einen Beitrag zur Wasserbilanz in Hinblick auf eine gesamtwirtschaftliche Wassernachfragefunktion liefern zu können. Die
Erkenntnisse aus der Modellierung und der Szenarienberechnungen werden in ein SDSS integriert,
welches in der Lage ist, räumlich differenzierte Wassernachfrage unter Berücksichtigung von sozioökonomischen und Umweltveränderungen darzustellen. Weiterhin wird durch eine Verknüpfung
mit dem SDSS BenHydro (PK-BeH1) ein direkter Vergleich zwischen Wassernachfrage und Wasserverfügbarkeit ermöglicht.
Potentielle Nutzergruppen

Direction Générale de l’Eau (DG-Eau)

La Société Nationale des Eaux du Bénin (SONEB)

Université d’Abomey-Calavi, Faculté des Sciences Agronomiques (UAC/FSA)

Vertreter der Departements und Gemeinden

Internationale Organisationen, beispielsweise Partenariat français pour l’eau (PFE), Centre
Régional pour l'Eau Potable et l'Assainissement à faible coût (CREPA), Helvetas, Danida,
Weltbank
Vorbemerkung zum Stand des PKs und des SDSS BenEau
Im Berichtszeitraum fand eine Umstrukturierung des PKs bezüglich der Ergebnisdarstellung im
SDSS statt. Diese Veränderungen wurden eingeführt, um die Kompatibilität mit dem SDSS „BenHydro“ des PK-BeH1 zu erhöhen. Somit wurde ein weiterer Beitrag zur Bilanzierung des Wasserhaushalts geleistet, der den Entscheidungsträgern vor Ort eine verbesserte Basis für das integrative
Management der Wasserressourcen in Benin bieten kann. Teil dieser Umstrukturierung war auch
ein Wechsel in den personellen Zuständigkeiten des PKs.
Stand der SDSS-Entwicklung BenEau
Das räumliche Entscheidungsunterstützungssystem „BenEau“ zur Analyse des Wasserverbrauchs
von Haushalten, Industrie und Landwirtschaft basiert u.a. auf Erhebungen der empirischen Sozialforschung, die im Rahmen des IMPETUS Projekts durchgeführt wurden (Database, siehe Abb.
III.1.2-13). Expertenmodelle für häuslichen und industriellen Wasserverbrauch sowie das FAO
Modell CropWat wurden genutzt, um Wasserverbrauchsszenarien zu entwickeln (Modelbase). Die
Ergebnisse aus dem Zusammenspiel dieser beiden Komponenten können in der Toolbase bis auf
Hydrologie
IMPETUS
104
Gemeindeebene räumlich differenziert analysiert werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit das
System den eigenen Fragestellungen über benutzerdefinierte Einstellungen anzupassen.
Abb. III.1.2-13: Blockbild des SDSS BenEau
1
Database und Modelbase
Ermittlung der Wassernachfrage auf Haushaltsebene
Die Studien der ersten und zweiten Projektphase von Schopp (2004), Hadjer et al. (2005) und
Adams (2005) haben gezeigt, dass der häusliche Wasserverbrauch stark vom Zugang abhängt. In
ländlichen Gebieten werden Personen mit Zugang zu einem Brunnen oder Pumpe ca. 19 l pro Kopf
und Tag verbrauchen, während Personen mit schlechterem Zugang (Wasserloch, Flusswasser) nur
ca. 14 l verbrauchen. Die Untersuchung des Wasserverbrauchs urbaner Haushalte, die in insgesamt
1100 Haushalten in 8 Städten in Benin durchgeführt wurde, zeigte, dass der Wasserverbrauch von
Personen in Haushalten mit Leitungswasseranschluss je nach Stadt von ca. 40 l bis 80 l schwankt.
Zur Berechnung des häuslichen Wasserverbrauchs wurden die ermittelten Pro-Kopf-Verbräuche mit
den Zensusdaten (INSAE, 2004) und den demographischen Szenarien (Doevenspeck & Heldmann,
2005) verknüpft. Der Zugang konnte ebenfalls aus den Zensusdaten entnommen werden. Die Entwicklung des Zugangs in den IMPETUS-Szenarien wurde, basierend auf den nationalen Planungen
bezüglich des Ausbaus der Wasserinfrastruktur der verantwortlichen Strukturen (SONEB, DGE,
Hydrologie
IMPETUS
105
Entwicklungsorganisationen), abgeschätzt. Die Entwicklung der Wasserverbrauchshöhen in den
IMPETUS-Szenarien wurde anhand von internationalen Standards (WHO), Minima des Wasserbedarfs zur Erfüllung der Grundbedürfnisse (Gleick, 1996) und Expertengesprächen berechnet.
Ermittlung der Wassernachfrage auf Industrieebene
In Benin ist der industrielle Sektor bislang nur gering ausgebildet und vor allem in Küstennähe angesiedelt. Im Vergleich zu den anderen Sektoren macht der gewerbliche Wasserverbrauch aktuell
nur einen geringen Anteil aus. Neben einigen wenigen Betrieben mit hohem Wasserverbrauch (Getränkeindustrie) gibt es vor allem Kleingewerbe mit eher geringem Verbrauch. Im Dienstleistungsbereich sind die Hauptverbraucher Hotelbetriebe, die sich auch in Küstennähe konzentrieren. In
einer umfassenden Studie von Schopp (2005) wurden alle Industrien und Dienstleistungsbetriebe
erfasst und der Wasserverbrauch für ca. 170 Betriebe auf der Grundlage der Abrechnungen der
SONEB ermittelt. Basierend auf dieser Studie konnten, je nach vorgegebener wirtschaftlicher Entwicklung laut den Storylines der Szenarien, Aussagen über den zukünftigen industriellen Wasserverbrauch gemacht werden. Hier wurden v.a. regionale Studien von Shiklomanov (1998) und Rosegrant et al. (2002) verwendet, da auf nationaler Ebene keine Informationen über Entwicklung des
Wasserverbrauchs der Industrie vorliegen.
Ermittlung der Wassernachfrage auf Landwirtschaftsebene
Bei der Ermittlung der Wassernachfrage der Landwirtschaft wird nur das ‚blaue’ Wasser betrachtet,
da der Wasserverbrauch im Regenfeldbau durch Transpiration der Nutzpflanzen schon im hydrologischen Modell (UHP-HRU, PK Be-H.1) berechnet wird.
Die beninische Bewässerungslandwirtschaft ist im Vergleich zu anderen Entwicklungsländern (v.a.
in Asien) nur relativ schwach ausgebildet. Man unterteilt drei unterschiedliche Typen von Bewässerungsflächen in Benin: Großbewässerungsflächen, Bewässerung in Inland-Valleys und bewässerter
periurbaner Gemüseanbau. Die bewässerte Flächen der drei Typen und die Anbaufrüchte wurden
basierend auf den Arbeiten von Kloos (2005), den Ergebnissen des PKs Be-E.7 und Agrarstatistiken ermittelt. Der Bewässerungsbedarf für die Szenarien wurde mit dem Modell CropWat unter
Verwendung der REMO-Klimaszenarien durchgeführt. Zur Ermittlung der Veränderung der Größe
der Bewässerungsflächen in den Szenarien wurden die staatlichen Planungen herangezogen (u.a.
Projekt ‚PAPPI’, Vision Eau 2025).
Zur landwirtschaftlichen Wassernachfrage zählt auch der Wasserverbrauch der Nutztiere, der mit
BenIMPACT in PK BE-E.5 für den Status quo und die IMPETUS-Szenarien ermittelt wurde.
2
Toolbase
Das SDSS „BenEau“ bietet vielfältige Möglichkeiten zur Analyse des aktuellen und zukünftigen
Wasserbedarfs in Benin. Es wurde so konzipiert, dass unterschiedliche Aspekte, die relevant für ein
Hydrologie
IMPETUS
106
integriertes Wasserressourcenmanagement (IWRM) sind, untersucht werden können. Hierbei wurde
wert darauf gelegt, dass

Mehrere räumliche Skalen auswählbar sind (Benin, Department, Commune),
Mehrere zeitliche Skalen auswählbar sind (jährlich oder monatlich),
die Anzeige des Wasserbedarfs nach Nutzergruppen für eine sektorspezifische Untersuchung aufgeschlüsselt wird,
die Anzeige des Wasserbedarfs nach Wasserquellen (Grund- oder Oberflächenwasser) differenziert wird.
Abb. III.1.2-14: Wasserverbrauch aufgeschlüsselt nach Wasserquelle (Grundwasser, Oberflächenwasser) für die Departments Alibori und Oueme
Hydrologie
IMPETUS
107
Abbildung III.1.2-14 stellt beispielsweise dar, wie unterschiedlich in verschiedenen Departments
die Nachfrage nach bzw. die Strategie der Wasserversorgung mit Grund- bzw. Oberflächenwasser
sein kann. Somit können räumliche Disparitäten schnell visualisiert werden, die eine hohe Relevanz für das IWRM haben.
Eine weitere mögliche Darstellungsform ist die Kartendarstellung. In der folgenden Abbildung
III.1.2-15 ist die Entwicklung des häuslichen Wasserbedarfs aufgeschlüsselt nach Com -
Abb. III.1.2-15: Häuslicher Wasserverbrauch pro Commune für die Jahre 2002, 2015, 2025
munes dargestellt. Eine solche Darstellung erlaubt beispielsweise die schnelle Identifizierung von
Regionen, in denen dringender Handlungsbedarf bzgl. der Wasserinfrastruktur besteht bzw. zu erwarten sein wird.
Neben der grafischen Darstellung der Ergebnisse im Diagramm- oder Kartenformat wird dem Nutzer ermöglicht, sich die Daten auch als Tabelle anzeigen zu lassen. Eine zusätzliche Speicherfunktion ermöglicht weitere eigene Analysen mit den Daten.
2.1
Anwendung des SDSS „BenEau“
Das SDSS „BenEau“ ist so konzipiert, dass der Nutzer die Möglichkeit hat, sich die Ergebnisse der
IMPETUS Szenarien anzeigen zu lassen, aber auch eigene Szenarien auf den Status quo aufbauen
zu können (Abb. III.1.2-16).
Hydrologie
IMPETUS
108
Abb. III.1.2.16: Auswahlmaske BenEau: Szenarienauswahl
2.1.1 IMPETUS Szenarien
Bei der Auswahl der IMPETUS Szenarien erhält der Nutzer Informationen über die Gestaltung der
Storylines der einzelnen Szenarien und deren Auswirkungen auf den Wassersektor. Weiterhin kann
ein IPCC Klimaszenario gewählt werden, welches dann aktiv den Wasserbedarf der Bewässerungslandwirtschaft bestimmt. Die Einbeziehung verschiedener Klimaszenarien ermöglicht die Abschätzung von Anpassungsstrategien in diesem Sektor.
Abbildung III.1.2-19 zeigt beispielhaft, wie die Entwicklung des Wasserbedarfs auf nationaler Ebene unter IMPETUS Szenario B3 „Business as usual“ und Klimaszenario IPCC A1B aussieht.
Hydrologie
IMPETUS
109
Abb. III.1.2-17: Wassernachfrage nach Sektoren (Jahressumme, Monatsmittel) – IMPETUS „Business as usual“ Szenario
Die monatliche Analyse des Wasserbedarfs enthält wertvolle Informationen über die intra-annuelle
Verteilung des Bedarfs und zeigt beispielsweise, dass der Druck auf die Ressource Wasser gerade
in den Monaten der Trockenzeit besonders hoch ist. Wenn dieser Bedarf gedeckt werden soll, müssen Strategien entwickelt werden, Wasser auch in der Trockenzeit verfügbar zu machen.
Hydrologie
IMPETUS
110
2.1.2 Benutzerdefinierte Einstellungen
Die manuellen Benutzereinstellungen können in allen drei Bereichen der Wassernachfrage (Haushalt, Industrie, Landwirtschaft) separat vorgenommen werden. Die einstellbaren Änderungen beziehen sich immer auf den Ausgangszustand vom Jahr 2002, der auch den IMPETUS Szenarien
zugrunde liegt.
Bei den benutzerdefinierten Einstellungen wurde darauf geachtet, dass der Anwender einen großen
Freiheitsgrad hinsichtlich der Entwicklung seiner eigenen Szenarien hat, um gezielt auf bestimmte
Managementstrategien oder Entwicklungen eingehen zu können. Die dadurch erhöhte Komplexität
des Systems wird durch eine besonders hohe Nutzerfreundlichkeit ausgeglichen, da die Änderungen
schrittweise erfolgen und die Auswirkungen der Einstellungen direkt einsehbar sind.
Für den häuslichen Wasserverbrauch (Abb. III.1.2-18) kann die Höhe des Pro-Kopf-Verbrauchs je
nach Zugang bestimmt werden. Weiterhin ermöglicht die Einstellung des Bevölkerungswachstums
eine Projektion der potentiellen Wassernutzer bis 2025. Für den Planer und das IWRM ergibt sich
hieraus die entscheidende Frage wie sich der Zugang zu den unterschiedlichen Wasserquellen verändert, da eine Veränderung des Zugangs Investitionen in die Wasserinfrastruktur bedeutet. Beispielsweise bedeutet eine Steigerung des Anteils der Bevölkerung mit Zugang zu Brunnenwasser,
dass eine Erhöhung der Brunnendichte notwendig ist. Die Veränderung des Zugangs kann im folgenden Schritt eingestellt werden, indem die Anzahl der Nutzer einer unsicheren Quelle (z.B. Marigôt) für das Jahr 2025 bestimmt wird. So können die Auswirkungen bestimmter Ziele, wie der
Millennium Development Goals, die Halbierung der Bevölkerung mit Zugang zu unsicheren Wasserquellen anstreben, analysiert werden und deren Auswirkungen auf die Wasserinfrastruktur abgeschätzt werden.
Abb. III.1.2-18: BenEau Auswahlmaske: Benutzerdefinierte Einstellungen für häuslichen Wasserverbrauch
Hydrologie
IMPETUS
111
Die Auswirkungen der Entwicklung des industriellen Sektors auf deren Wasserbedarf kann der Benutzer über eine Änderung der Wasserverbrauchsrate der verschiedenen Sektoren sowie über die
Änderung der Anzahl an Industriebetrieben pro Department ermitteln.
Durch eine Ausdehnung der Bewässerungsflächen kann deren Wasserbedarf im Simulationszeitraum unter Berücksichtigung der klimatischen Verhältnisse abgeschätzt werden. Hierbei hat der
Nutzer die Möglichkeit unterschiedliche Strategien anzuwenden, beispielsweise eine Ausdehnung
der Basfonds-Nutzfläche für den Gemüseanbau versus einer Ausdehnung der peri-urbanen Bewässerungsfläche. Über die Einstellregler Bewässerungseffizienz kann eine Abschätzung hinsichtlich
technologischer Fortschritte evaluiert werden. Für den Wasserbedarf in der Viehwirtschaft können
ebenso Aussagen getroffen werden. Da die Änderungen auf den Status quo Daten basieren, besteht
eine Lokalisierung des Bedarfs, die eine Analyse auf Commune/Department Ebene erlaubt.
Die benutzerdefinierten Einstellungen können als Szenarien gespeichert werden und stehen so weiteren Analysen zur Verfügung. Beispielsweise können so unterschiedliche Managementstrategien
und Auswirkungen von bestimmten Förderpolitiken verglichen werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit die Ergebnisse für eine Verwendung im SDSS „BenHydro“ verfügbar zu machen und so
einen Vergleich von Wassernachfrage und Wasserangebot herzustellen (siehe Ausblick).
Das SDSS „BenEau“ ist, bis auf einige Kartendarstellungen, schon in vollem Funktionsumfang
vorhanden, befindet sich derzeit allerdings noch im Evaluationsprozess.
Ausblick
Für die verbleibende Projektlaufzeit sind der Abschluss der Evaluation des jetzigen Systems vorgesehen, die Verknüpfung mit dem SDSS „BenHydro“ (PK-BE.H1) und die Schulung potentieller
Nutzer sowohl aus dem universitären Bereich sowie aus der DG-Eau.
Die Kopplung der beiden SDSS „BenEau“ und „BenHydro“ stellt einen Schwerpunkt der verbleibenden Projektlaufzeit dar. Ziel der Verknüpfung ist die Gegenüberstellung von Wasserdargebot
und Wassernachfrage bis auf Commune Ebene. Abbildung III.1.2-19 zeigt beispielhaft eine solche
Wasserbilanz, die mithilfe des IWRM Modells WEAP (Water Evaluation and Planning System) für
das Ouémé-Bonou Einzugsgebiet, modelliert wurde (Höllermann, 2008).
IMPETUS
Ungedeckter Bedarf in Millionen m³
Hydrologie
112
3
2.5
2
1.5
1
0.5
Szenario B1, Klima A1B 2002-2014
r
D
ez
em
be
m
be
r
N
ov
e
ob
er
O
kt
be
r
t
em
Se
pt
A
ug
us
Ju
li
Ju
ni
M
ai
A
pr
il
M
är
z
br
ua
r
Fe
Ja
nu
a
r
0
Szenario B1, Klima A1B 2015-2025
Abb. III.2.1-19: Ungedeckter Bedarf im Einzugsgebiet des Ouémé-Bonou, Modellergebnisse aus WEAP
Anhand dieser Abbildung wird deutlich, dass die Knappheiten in der Wasserversorgung verstärkt in
der Trockenzeit auftreten und dass sich diese im Zuge des Klimawandels verstärken werden. Dies
gilt zum einen für die Höhe des ungedeckten Bedarfs und genauso für die Periode, in der mit Wasserknappheit zu rechnen ist.
Die Kopplung der beiden Systeme soll darüber hinaus auch Aussagen darüber ermöglichen, wie
hoch das Dargebot bzgl. verfügbaren Grund- und Oberflächenwassers sein wird und dieses ins Verhältnis zur Nachfrage stellen. Es ist zu erwarten, dass die Ergebnisse der Verknüpfung der Systeme
einen wertvollen Beitrag für das IWRM in Benin darstellen werden. Aktuell dienen die hier beschriebenen Ergebnisse bereits als Grundlage für ein Integratives Wassereinzugsgebietsmanagement des Zou, Nebenfluss des Ouémé. Herr A. Tossa, DG-Eau Cotonou, nutzt im Rahmen seiner
vom Geographischen Institut der Universität betreuten Dissertation die Daten und das Modellsystem WEAP in das er eine detaillierte Schulung erhalten hat.
Im Rahmen der noch verbleibenden Capacity Development Maßnahmen sind auch Schulungen für
potentielle Anwender des SDSS „BenEau“ geplant. Hierfür konnten u.a. schon Mitarbeiter der DGEau und auch Angehörige der Université Abomey-Calavi (UAC) gewonnen werden.
Darüber hinaus hat der SDSS Workshop in Cotonou im November 2008 gezeigt, dass weiterhin
großes Interesse an den Fragestellung des Wasserverbrauchs besteht. Direktes Interesse wurde u.a.
vom Office National d’appui à la Securité Alimentaire (ONASA), Faculté des Sciences et Techniques (FAST/UAC), CREPA Benin und Chambre de Commerce et Industrie du Bénin (CCIB) bekundet. Auch Centre de formation et de recherche en matière de Population (CEFORP), Direction
Générale des Forêts et des Ressources Naturelles (DGFRN) und Directorate of Hygiene and Rural
Sanitation (DHAB) zeigten, neben weiteren universitären Einrichtungen Benins, allgemeines Interesse am System.
Hydrologie
IMPETUS
113
Literatur
ADAMS, E.M. (2005) Wasserverbrauch und Wasserverfügbarkeit in ausgewählten urbanen Gebieten der Republik Benin. Institut für Agrarpolitik der Universität Bonn, Abteilung Welternährungswirtschaft, (Unveröffentlichte
Diplomarbeit).
BEHLE, C. (2005) Ländliche Trinkwasserversorgung in Benin unter besonderer Berücksichtigung der nationalen Versorgungsstrategie "Alimentation en eau potable et assainissement en milieu rural". Elektronische Dissertation
der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn.
DOEVENSPECK, M. & HELDMANN, M. (2005) Population projections for Benin until 2025. Retrieved 20.02.2008 from
http://www.rsrg.uni-bonn.de/Projekte/hape_impetus_ Atlas/source/pdf/BE_F_03.pdf.
GLEICK, P.H. (1996) Basic Water Requirements for Human Activities: Meeting Basic Needs Water International 21,
83-92.
HADJER, K., KLEIN, T. & SCHOPP, M. (2005) Water consumption embedded in its social context, north-western Benin.
Physics and Chemistry of the Earth 30, 357-364.
HÖLLERMANN, B. (2008) Water a scarce resource in Bénin? – Modelling the water balance of the Ouémé catchment
using WEAP “Water Evaluation and Planning’ system. Geographisches Institut der Universität Bonn, (Unveröffentlichte Diplomarbeit).
INSAE (2004) Troisiéme Recensement Général de la Population et de l'Habitat de Février 2002. Résultats définitifs.
Cotonou.
KLOOS, J.R. (2006) Analyse der Wassernachfrage im landwirtschaftlichen Sektor in Benin und Perspektiven der Bewässerung. Landwirtschaftliche Fakultät der Universität Bonn, (unveröffentlichte Diplomarbeit).
SCHOPP, M. (2004) Wasserversorgung in Benin unter Berücksichtigung sozioökonomischer und soziodemograpischer
Strukturen - Analyse der Wassernachfrage an ausgewählten Standorten des Haute Ouémé. Elektronische Dissertation der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn.
SCHOPP, M. (2005) Unpublished survey of industrial water use in Benin. University of Bonn - IMPETUS project.
SHIKLOMANOV, I. (1998) World Water Resources at the Beginning of the 21st Century. St. Petersburg: SHI/UNESCO,
http://webworld.unesco.org/water/ihp/db/shiklomanov/.
ROSEGRANT, M.W., CAI, X. & CLINE, S.A. (2002) World Water and Food to 2025: Dealing with Scarcity. Washington
D.C., USA: IFPRI, Battaramulla, Sri Lanka: IWMI.
Hydrologie
PK Be-H.3
IMPETUS
114
Satellitenbasiertes Niederschlags-Monitoring System für die Anwendung in der Landwirtschaft und der Abflussvorhersage
Squall Line über Benin, METEOSAT 8 (MSG-1) im infraroten und visuellen Frequenzbereich
Problemstellung
Die geringe Dichte und oft niedrige Qualität der meteorologischen Messungen in Benin und Westafrika, insbesondere der Niederschlagsmessungen, stellt ein erhebliches Problem für die flächendeckende Abschätzung von den damit verbundenen landwirtschaftlichen und hydrologischen Risiken
dar. Zusätzlich ist die kurz- oder mittelfristige Vorhersagbarkeit von tropischen konvektiven Niederschlägen schon allein wegen der Auflösung operationeller Wettervorhersagemodelle, und zudem
wegen der chaotischen Natur der Prozesse, die den Ort und Zeit von konvektivem Niederschlag
bestimmen, nicht gewährleistet. Diese Tatsachen verhindern den effektiven Einsatz von durch Bodenmessungen oder Wettervorhersagemodellen gestützten hydrologisch oder phänologisch basierten Warnsystemen in West Afrika, insbesondere auf der für Entscheidungsträger relevanten nationalen Skala.
Existierende satellitenbasierte Niederschlagsschätzungen sind durch ihre Ausrichtung auf die globale oder kontinentale Skala zu grob aufgelöst und zu allgemein kalibriert, um für quantitative Anwendungen auf nationaler Ebene von Nutzen zu sein. Ursache hierfür ist die regionale und zeitliche
Abhängigkeit von systematischen Fehlern, die in global adaptierten Algorithmen außer Acht gelassen werden müssen. Zur flächendeckenden und schnellen Abschätzung des Niederschlags wird ein
Überwachungssystem benötigt, welches einerseits den Verantwortlichen z.B. in Benin eine brauchbare Echtzeitdiagnose liefert, und andererseits bei zeitlicher Integration die Menge und regionale
Variabilität des Niederschlags für planerische Maßnahmen und auch wissenschaftliche Zwecke
brauchbar wiedergibt.
Mitarbeiter
M. Diederich
Hydrologie
IMPETUS
115
Zielsetzung
Ein Ziel ist die Umsetzung eines operationellen Niederschlags-Monitoring-Systems auf nationaler
Ebene für Benin, welches Entscheidungsträger und lokal beratende Wissenschaftler innerhalb eines
Handlungs- und Reaktions-Zeitraumes mit verlässlichen Daten beliefert. Zusätzlich wird das im
Laufe der Jahre aufgebaute extensive Archiv von hoch aufgelösten Satelliten- und Stationsdaten in
Form eines Informations-Systems an Forschungseinrichtungen und an den nationalen Wetterdienst
übertragen. Dieses erlaubt die allgemeine Abschätzung von Risiken durch die interannuelle Niederschlagsvariabilität sowie durch Extremereignisse, und stellt gleichzeitig eine für Modellkalibrierung
und Validation ausreichend lange Datengrundlage dar. Außerdem werden die vom Monitoring-Tool
generierten stündlichen Daten verwendet, um ein statistisches räumliches/zeitliches Downscaling
und eine MOS (Model Output Statistics) Korrektur von REMO Klimaszenarien umzusetzen.
Nutzergruppen
•
Direction de la Météorologie National (DMN)/Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar (ASECNA):
•
Francis Didé (DMN, Direktor)
•
Wilfred Adjovi (ASECNA, Betreuer des METEOSAT Empfängers)
•
Tohio Dennis (ASECNA/DMN, Wettervorhersagen, Betreuer des Monitoring Tools PrecipMon)
•
Epiphane Ahlonssou : (DMN, Bureau Climatologie, Direktor)
•
Sagbo Avosse : (DMN, Bureau Climatologie, Base de données, Betreuer PrecipInfo)
Hydrologie
•
IMPETUS
116
Janvier Agbadjagan: (DMN, Chef Bureau Agrométéorologie, Bilan Agrométéorologique)
•
Arnaud Zannou, Aurélien Tossa: Abflussvorhersagen und Datenbank
• Institut National des Recherches Agricoles du Bénin (INRAB)
•
Césaire Gnangle, Agrométéorologue
• Projet de renforcement des capacités d’Adaptation des acteurs Ruraux Béninois face aux Changements Climatiques (PARBCC)
•
Said Hounkponou, Chargé de Projet
Stand der MT/IS-Entwicklung
Monitoring-Tool PrecipMon
Die im Jahr 2007 entwickelten und für Benin kalibrierten Algorithmen zur satelliten-basierten Echtzeitschätzung von Niederschlag, Globalstrahlung, Temperatur, relativer Feuchte und NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) wurden in eine IDL Virtual-Machine-Umgebung (auf Linux
sowie Windows PCs kostenfrei und ohne Lizenz ausführbar) mit graphischer Benutzeroberfläche
umgesetzt (Abb. III.1.2-20).
Abb. III.1.2-20: Graphische Oberfläche von PrecipMon
Hydrologie
IMPETUS
117
Die derzeitige Version unterstütz folgendes:
•
Extraktion, Format-Reduzierung und Archivierung (1 Archiv und ein backup-Archiv) aller
MSG SEVIRI im infraroten und visuellen Frequenzbereich.
•
Berechnung und Archivierung von Niederschlag, Globalstrahlung, Temperatur, relative
Feuchte, NDVI.
•
Aufsummierung der Parameter auf beliebige Anfangs- und Endzeiten
•
Export von Zeitreihen (stündliche und tägliche Auflösung) im ASCII-Format für von Benutzer auswählbare Orte.
•
Automatisches Versenden von Rasterdaten oder Zeitreihen per FTP (File Transfer Protokoll)
an vom Benutzer ausgewählte Server. Dieses ermöglicht gleichzeitig das Kopieren bestimmter der Daten in verschiedene Verzeichnisse eines FTP-Servers, falls die Benutzer per FTPGET und nicht per PUT auf die Daten zugreifen möchten.
•
Visualisierung aller Rohdaten (SEVIRI Kanäle) und abgeleiteten Parameter in Echtzeitoder Archivmodus.
•
Auswahl der Größe des Bearbeitungsfensters.
Die versendeten oder archivierten Daten können mit dem Informations-System PrecipInfo weiterverarbeitet werden (Änderung des räumlichen oder zeitlichen Bezugs, Darstellung von Anomalien
gegen den normalen Jahresgang, etc.)
Installation einer ersten Version am Flughafen in Cotonou
Ende März 2008 wurde die erste Echtzeit-Version des Monitoring-Tools an eine am Flughafen Cotonou vorhandene MSG-Empfangsstation gekoppelt, um den operationellen Betrieb bei der
DMN/ASECNA in der Regenzeit 2008 zu testen und eine mögliche Umsetzung in Benin vorzubereiten. Dazu wurde ein PrecipMon-PC (2 Festplatten, Gesamtkapazität 1 Terrabyte, ftp-Server installiert, 64-bit Linux zur Sicherheit gegen Hacker-Angriffe) bei dem Meteorologischen Vorhersagedienst im Flughafengebäude installiert, bei dem sich auch die MSG-Empfangsanlage befindet und
betreut wird. Die Bedingungen für die Administration und Betrieb von PrecipMon werden als für
die Verhältnisse in Benin optimal angesehen:
•
Abgesicherte Stromversorgung am Flughafen
•
Durchgehende Klimatisierung
•
Local Area Network (LAN), Verbindung zur DMN und dem Bureau Climatologie
•
Administratoren, die in Netzwerk, Linux Systemen, Meteorologie, und der Verwendung von
METEOSAT Daten ausgebildet sind.
Die empfangenen Rohdaten wurden per LAN auf den PrecipMon Rechner geleitet, wo sie von der
IDL Software zu meteorologischen Parametern verarbeitet, reduziert, komprimiert, und archiviert
werden. Unterschiede im Datenformat zwischen der Empfangsstation der Universität Bonn und der
in Cotonou sowie die komplexe Codierung der per GTS empfangenen synoptischen Meldungen
führte dazu, dass die synoptischen Meldungen erst in der nachfolgenden Version von PrecipMon in
Echtzeit (zur zeit noch manuell) mitverarbeitet werden können.
Hydrologie
IMPETUS
118
Die Netzwerk-Verbindung erlaubt außerdem den Zugriff auf den PrecipMon Rechner durch das
Bureau Climatologie per ftp oder Secure Shell (ssh). Für den Testbetrieb in der Regenzeit 2008
wurden die Daten erfolgreich per ftp täglich an das Meteorologische Institut der Universität Bonn
gelenkt. Da im Frühjahr 2008 noch kein ftp Server bei der Direction Générale de l’Eau in Betrieb
war, und auch die DMN laut Aussagen des System-Administrators den Zugriff auf ihre existierende
HTML-Seite im Internet verloren hatte, musste die Ingangsetzung des Transfers der MonitoringDaten per Internet innerhalb Benins nach 2009 verschoben werden.
Nach einem Stromausfall Ende April konnte das Monitoring-Tool von den Administratoren auch
ohne fremde Hilfe neu in Gang gesetzt werden. Am 13. Mai 2008 wurde der Dienst von
METEOSAT 9 (MSG 2) vorübergehend von METEOSAT 8 (MSG 1) übernommen, und das Monitoring-Tool konnte aufgrund eines Programmierfehlers diese Daten nicht richtig verarbeiten. Der in
Benin auftretende Fehler konnte von Bonn aus nicht behoben werden, so dass eine robustere zweite
Version Anfang 2009 bei der DMN installiert werden soll, die auch auf den fehlerfreien Wechsel
zwischen den MSG-Satelliten getestet ist.
Die Kurzfristvorhersage-Komponente von PrecipMon (Berechnung von Advektionsvektoren und
Propagation der Niederschlagsfelder) hat noch keine zufrieden stellende Ergebnisse für quantitative
Niederschlagsvorhersagen ergeben. Bislang werden die intuitiven Vorhersagen der Beniner Meteorologen am Flughafen, die aufgrund ihrer Erfahrung bessere Vorhersagen anhand der MSG Infrarot
Bilder machen als die operationellen Wettermodelle, als genauer angesehen als es durch reines
Celltracking möglich wäre.
Hydrologie
IMPETUS
119
Abb. III.1.2-21: Beispiel zur Darstellung von Niederschlagssummen: Monatssummen (oben links),
Anomalie des Monats (oben rechts), jährlich (unten links), Anomalie der Jahressumme (unten rechts).
Da sich die Umsetzung des Monitoring-Konzepts bei der DMN (als zu bevorzugende Alternative
gegenüber einer Operationalisierung in Deutschland, oder bei einem zweiten MSG-Empfänger im
Landwirtschaftsministerium in Benin) als technisch möglich erwiesen hat, aber noch nicht einwandfrei funktioniert, sind folgende Dinge für eine endgültige Operationalisierung bei der DMN 2009
noch umzusetzen:
− Softwareupdate von PrecipMon zur Verbesserung der Robustheit bei Wechsel zwischen
MSG-Satelliten und für automatische Mitverarbeitung der empfangenen synoptischen Meldungen.
− Erweiterung der grafischen Oberfläche, so dass die generierten Daten bequemer kopiert und
zwischen Rechnern transferiert werden können.
− Einweisung der Administratoren von PrecipMon und PrecipInfo, wie sie größere Datenmengen per Internet bereitstellen können.
− Installation der PrecipInfo HTML-Oberfläche (siehe unten) für die automatisierte Darstellung der Daten bei der DMN.
Hydrologie
IMPETUS
120
Informations-System PrecipInfo
Die IDL Virtual Machine Benutzeroberfläche (kostenfrei ohne und Lizenz verwendbar) von PrecipInfo (beschrieben im Zwischenbericht 2007) wurde in einer ersten Version den Kooperationspartnern vorgeführt und zum Testen (Beispieldatensatz tägliche Satellitenniederschläge 2000 bis 2005)
übergeben. Während sich mehrere Parteien eher an den Daten selbst als an einem InformationsSystem interessiert zeigten, wurden von anderen folgende Verbesserungsvorschläge übermittelt (die
nun umgesetzt wurden):
− Eine Option, die dargestellten Daten in höherer Auflösung als exportierbare Bilder abspeichern zu können.
− Neben meteorologischen Parametern auch Ausgabe abgeleiteter Größen wie Potentielle
Evapotranspiration, Anzahl der Regen/Trockentage, hydrologische Bilanz.
HTML-Oberfläche von PrecipInfo
Um eine schnelle und umfassende Übersicht auf die aktuelle Situation, vergangene Klimavariabilität und die Klimaszenarien für Benin zu geben, wurde eine HTML–Seite entworfen, die die aufgearbeiteten meteorologischen Daten als Karten und Zeitreihen darstellt (Abb. III.1.2-21). Diese Seite
wird automatisch von einem IDL Programm (umsetzbar in IDL Virtual Machine, Linux und Windows) generiert und enthält auch von den PrecipMon-Daten abgeleitete Parameter wie ReferenzEvapotranspiration (Penmann-Monteith nach FAO Standard) und Referenz-Bodenfeuchte (als nur
von meteorologischen Parametern abhängiger Dürre-Index: prozentualer Wassergehalt innerhalb
von 50 cm Wurzeltiefe geteilt durch Feldkapazität minus permanentem Welkepunkt für einen typischen Ackerboden, berechnet durch ein einfaches eindimensionales Bodenmodel).
Die HTML-Seite dient als interaktiver Klima-Atlas, der das Wetter und die Klimavariabilität ab
1983 zeigt und kann in Echtzeit aktualisiert werden, um auf nationaler Ebene bestehende Risiken
durch trockene oder feuchte Extreme aufzuzeigen (Abb. III.1.2-22). Die REMO Klimaszenarien
sollen ebenfalls in die Seite eingearbeitet werden um eine Synthese der Vergangenheit, Gegenwart,
und Zukunftsszenarien so transparent wie möglich darzustellen. Die HTML-Seite wurde zusammen
mit der Dokumentation in Deutsch, Französisch und Englisch erstellt.
Hydrologie
IMPETUS
121
Abb. III.1.2-22: Zeitreihendarstellung für (rechts von oben nach unten) tägliche Niederschläge, akkumulierten Niederschlag, Anzahl der aufeinander folgenden trockenen Tage, ReferenzEvapotranspiration der letzten 10 Tage, Referenz-Bodenfeuchte. Der normale Jahresgang von 1983 bis 2005 wird als graue Linie dargestellt.
Statistisches Downscaling von Klimaszenarien
Mit dem Monitoring-Tool wurde ein Datensatz erzeugt, der mit seiner Spannweite von 1983 bis
2005 verwendet werden kann, um aus den gröber aufgelösten REMO Szenarien für ganz Benin
Szenarien mit stündlicher und 10 km Auflösung zu generieren.
Dazu wurden folgende Schritte durchgeführt:
1. Auf die Klimaszenarien wird ein Post-Processing angewendet, das alle systematischen Abweichungen zwischen REMO (3 Läufe 1960-2000) und den Monitoring-Daten im Jahresgang eliminiert. Dabei wird per Histogramm-Abgleich die Wahrscheinlichkeitsdichte der täglichen
REMO Daten in 0.5 Grad Auflösung für jeden Tag des Jahres den Beobachtungsdaten für den
Zeitraum 1983-2005 angepasst.
2. Die verwendeten meteorologischen Parameter ‚Niederschlag-Evapotranspiration’, ‚Maximaltemperatur’, ‚Minimaltemperatur’, ‚Globalstrahlung’, ‚relative Feuchte’, ‚Wind Nord’, und
‚Wind Ost’ werden auf 1.5 Grad räumliche Auflösung reduziert und per Histogramm-Abgleich
in eine Normalverteilung transformiert (im folgenden ‚normalisierte’ Parameter genannt). Dies
ist notwendig, um Clustering- und Zuordnungsalgorithmen effektiv anwenden zu können und
auch Extremereignisse zuordnen zu können.
Hydrologie
IMPETUS
122
[mm]
HVO, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 911 (A1b)
HVO, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 921 (B1)
[mm]
Süd Benin, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 911
Süd Benin, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 921 (IPCC B1)
Dünne Linie: Jahressumme
Dicke Linie: Jahressumme gemittelt über 9 Jahre
Blau: REMO Werte
Rot: durch Rekombination der Beobachtungsdaten erreichte Werte
Abb. III.1.2-23: Auf REMO-Läufen beruhende Jahresniederschläge zwischen 1960 und 2050 für HVO
(oben) und Süd Benin (unten). Die rekombinierten Beobachtungsdaten geben die von
REMO simulierte interannuelle Variabilität und Klimavariabilität gut wieder.
3. Anschließend wird jedem REMO Tag zwischen 1983 und 2000 ein Tag der hoch aufgelösten
Beobachtungstage zugewiesen. Für jeden Monat einzeln werden die Tage zwischen 1983 und
2005, für den es keine Datenlücke in den Monitoring-Daten gab (5088 Tage), mit einem Tag
des Monats der REMO Läufe im selben Zeitraum verknüpft. Dies geschieht so, dass jeweils die
REMO/PrecipMon Tage verknüpft werden, die sich am meisten ähneln, und die Gesamtabweichung (Summe aller Abweichungen zwischen den normalisierten Parametern) minimiert ist.
Diese Vorgehensweise garantiert, dass auch bei systematischen Abweichungen zwischen den
Häufigkeiten bestimmter Ereignistypen die beobachtete Häufigkeit erhalten bleibt. So wird z.B.
die zwischen November und Februar beobachtete kleinskalige Konvektion im Süden Benins,
auch wenn sie in den grob aufgelösten REMO Daten nicht vorkommt, einer REMO Wettersituation zugeordnet, die ihr in diesen Monaten am nächsten kommt.
4. Ein k-Means Clustering Algorithmus wird auf die normalisierten REMO-Parameter angewendet, um tägliche Wettertypen in Klassen zusammenzufassen. Wegen der großen Zahl an Clustering-Variablen (7 Variablen mit einer Einteilung des Gebiets um Benin in 2x4 Pixel) ergaben
sich 400 Ereignisklassen (von insgesamt 5008 Tagen) als eine optimale Zahl von Wettertypen
für eine stabile Clusteringvorschrift und Wiedergabe des Klimas von 1983-2000.
Hydrologie
IMPETUS
123
[mm]
HVO, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 911 (IPCC A1b)
HVO, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 921 (IPCC B1)
[mm]
Süd Benin, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 911 (IPCC A1b)
Süd Benin, Läufe 901 (Kontrolllauf) und 921 (IPCC B1)
Dünne Linie: Jahressumme
Dicke Linie: Jahressumme gemittelt über 9 Jahre
Blau: REMO Werte
Rot: durch Rekombination der Beobachtungsdaten erreichte Werte
Abb. III.1.2-24: Auf REMO-Läufen beruhende Jahressummen der Referenz-Evapotranspiration zwischen 1960 und 2050 für HVO (oben) und Süd Benin (unten). Die rekombinierten
Beobachtungsdaten geben die von REMO simulierte interannuelle Variabilität und
Klimavariabilität gut wieder.
5. Die für 1983 und 2000 erstellten Zuordnungs- und Clusteringvorschriften werden dann auf den
Zeitraum 1960-2050 angewendet, um die hoch aufgelösten Beobachtungsdaten zu rekombinieren. Da jede Klasse mehrere Ereignisse zur Auswahl bietet, wird das Ereignis ausgewählt nach
•
guter Ankettung an das Ereignis am Vortag (Vergleich der 24. Stunde des Vortags mit den
0ten Stunden der zur Auswahl stehenden Ereignisse, um zu große Sprünge in der Temperatur und der Position der innertropischen Diskontinuität zu vermeiden)
•
quantitativer Übereinstimmung des Gesamtniederschlags in Benin.
•
quantitativer Übereinstimmung der Referenz-Evapotranspiration.
Mit dieser Methode wurden die REMO (0.5 Grad räumliche und 1 Tag zeitliche Auflösung) Ensemble Kontrollläufe (Läufe Nummer 901, 902, 903 von 1960-2000) sowie die durch IPCC A1b
und B1 (Nummer 911, 912, 913 A1b und 921, 922, 923 für B1 Läufe 2001-2050) angetriebenen
Szenarien mit veränderter Landnutzung zu stündlichen werten in 0.1 grad räumlicher Auflösung
umgewandelt. Gleichzeitig wurden damit systematisch Abweichungen zwischen Beobachtungen
Hydrologie
IMPETUS
124
und Klimamodel im Lernzeitraum 1983-2000 korrigiert, wie z.B. falsche Häufigkeiten bestimmter
Ereignistypen im Süden Benins (vereinzelte schwache Regenereignisse November bis Februar, und
zu viele Ereignisse im Juni). Die für den Erfolg des statistischen Downscalings kritische Anzahl der
Ereignisse im Clusteringverfahren ist ausreichend, um die interannuelle- und Klimavariabilität von
Niederschlag zwischen 1960-2050 wiederzugeben (Abb. III.1.2-23 und III.1.2-24). Leichte Abweichungen zwischen REMO und rekombinierten Beobachtungsdaten sind zu erwarten, weil die Häufigkeit bestimmter Wettersituationen an die Beobachtungen 1983-2000 (z.B vor allem bei Niederschlag und der mit der Bewölkung zusammenhängenden Globalstrahlung im Süden) angepasst und
damit verändert wurde.
Da die Evapotranspiration direkt mit der Temperatur in Bodennähe bzw. in 2 m Höhe zusammenhängt, die wiederum mit Albedo des Bodens und Landnutzung zusammenhängt, ist die Wiedergabe
des gesamten Temperatur-Klimasignals durch eine Rekombination von Wetterlagen allein nicht zu
erwarten. Dies ist die Ursache für den leicht abgeschwächten Anstieg der ReferenzEvapotranspiration im Süden (Abb. III.1.2-24). Diese langfristige systematische Abweichung ist
jedoch leicht nachträglich (in den abgebildeten Daten noch nicht geschehen) durch die Anwendung
geeigneter Faktoren auf die rekombinierten Episoden zu kompensieren, da die Temperatur annähernd normal verteilt ist. Diese statistische Methode berücksichtigt die Landnutzungsänderung und
Emissionsszenarien, die in den REMO Szenarien implizit enthalten sind und liefert Durchgehende
Daten von 2000 bis 2050 in stündlicher und 0.1 Grad räumlicher Auflösung für alle REMOEnsemble Läufe.
Landnutzung
III.1.3
IMPETUS
125
Landnutzung
Im Themenbereich „Landnutzung“ sind alle Problemkomplexe zusammengefasst, bei denen die
natürliche Vegetation sowie ausgewählte Kulturpflanzen im Fokus der Untersuchungen stehen.
Ökologische und sozio-ökonomische Aspekte zur Landnutzung sind jedoch in einer Vielzahl weiterer Problemkomplexe integriert (z.B. PK Be-E.3, PK Be-E.4, PK Be-G.1 oder PK Be-H.1) und stellen häufig wichtige Eingangsdaten dar.
Der Themenbereich umfasst vier Problemkomplexe. In PK Be-L.1 wird die Landnutzung/Landbedeckung durch die Klassifikation von multiskaligen Fernerkundungsdaten abgeleitet
und darauf aufbauend raumzeitliche Veränderung der Landnutzung/Landbedeckung quantifiziert.
Dazu wurde in 2008 das SDSS LUMIS (Land Use Modelling and Information System) für das
HVO fertig gestellt und Szenarien gerechnet. In PK Be-L.3 wird der Einfluss der durch den Menschen veränderten Landnutzung auf die Niederschlagsvariabilität untersucht. In 2008 konnten die
Simulationen der raumzeitlichen Niederschlagsfelder mit einem statistischen Ansatz in dem Modell
FOOT3DK weiter verbessert werden. Die räumliche Auslösung liegt aktuell bei 3 x 3 km². Basierend auf den verbesserten Modellsimulationen des Niederschlages wurden das IS ILUPO (Impetus
Land Use Change and Precipitation for the Ouémé) erfolgreich weiter entwickelt. Der PK Be-L.4
geht der Leitfrage nach, wie sich eine intensivierte Nahrungsmittelproduktion auf den Erhalt von
wichtigen Ökosystemfunktionen auswirkt. Dazu wurde das SDSS FARMADAM (Farm Adaptation
Management as to Water Availibility) konzeptionell entwickelt und mit lokalen Stakeholdern intensiv diskutiert. Für die Abschätzung von zukünftigen Anbaustrategien als Handlungsoptionen an die
Anpassung von Klimaänderungen wird derzeit das konzeptionelle Modell ein rechnergestützten
Modell kompiliert.
Landnutzung
IMPETUS
126
PK Be-L.1 Landnutzung und Landbedeckungsänderungen im OuéméEinzugsgebiet: Erfassung, Ursachen, Prognosen, Maßnahmen
Landwirtschaftliche Felder in der Nähe von Doguè
Problemstellung
Die Landnutzung/Landbedeckung bzw. deren Veränderungen beeinflussen wichtige Schlüsselparameter des hydrologischen Kreislaufes. Die Quantifizierung der Landnutzungsveränderungen ist
damit eine erste wichtige Anforderung für ein umfassendes Verständnis der Interaktion unterschiedlicher Systemkomponenten. Durch die Analyse und Auswertung von Fernerkundungsdaten können
hier detaillierte Informationen gewonnen werden. Die Abschätzung der zukünftigen Änderungen
der Landnutzung und Landbedeckung ist eine wichtige Voraussetzung für einen nachhaltigen Ressourcenschutz, der langfristige Planungen erfordert. Diese Ergebnisse sind ebenso ein wichtiger
Input für andere Modelle, die ökosystemare Konsequenzen abschätzen, wie z.B. Bodenerosion oder
Klimaänderung.
Mitarbeiter
H.-P. Thamm, M. Judex, I. Elberzhagen, V. Orekan, A. Kuhn, T. Gaiser
Landnutzung
IMPETUS
127
Zielsetzung
Innerhalb des PK Be-L.1 soll für unterschiedliche Szenarien die Landnutzung räumlich explizit
modelliert werden. Dabei werden unterschiedliche räumliche Auflösungen und Fragestellungen
einbezogen. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegen in der Definition von kohärenten Szenarien und deren Umsetzung im Modell. Die Ergebnisse werden als Input von anderen Problemkomplexen (PK Be-E.2; PK Be-E.4; PK Be-H.1; PK Be-L.3) verwendet und sind die Grundlage für ein
ISDSS zur Landnutzungsevaluation und –planung.
Nutzergruppen
−
−
−
Planungsbehörden
−
Direction de Forêt et Ressources Naturelles (Seraphin DONOU)
−
Direction de la Planification et du Suivi-Evaluation, MTPT (Anatole KOUNZONDE)
Umsetzungsebene
−
INRAB (Dr. Delphin KOUDANDE, Dr. Anastase HESSOU)
−
PGTRN
−
EZ
Betreuer / Entwickler
−
CIPMA (Prof. M. N. Hounkonnou)
−
Geographie UAC (Prof. Houndgaba)
Landnutzungsänderungsmodelle
Das dem SDSS zugrunde liegende Modell basiert auf dem CLUE-S Landnutzungsmodell. Dieser
Modellansatz wurde innerhalb der XULU Modelplattform (Schmitz 2006) neu implementiert und
mittlerweile durch neue Funktionen verbessert. Abbildung III.1.3-1 gibt einen Überblick über die
wichtigsten Komponenten des Modellansatzes. Es handelt sich um ein sogenanntes Allokationsmodell, das die räumliche Verteilung einer angenommen globalen Veränderung der Landnutzung iterativ berechnet. Wichtige Inputfaktoren sind hierbei auf der einen Seite räumliche Wahrscheinlichkeitskarten der Landnutzungsveränderung und auf der anderen Seite nicht-räumliche (also globale)
Szenariendefinitionen.
Eine Neuerung wurde im Bereich der „decision rules“ eingeführt. Mit den bisher vorhandenen
Möglichkeiten konnte die in Benin sehr dynamische Brache-Rotation nicht adäquat simuliert werden. Daher wurde eine zusätzliche zeitliche Komponente eingeführt, mit der solche nicht deterministische Prozesse besser abgebildet werden können.
Landnutzung
IMPETUS
128
Abb. III.1.3-1: Schema des CLUE-S-Modellkonzeptes, das zur Modellierung der Landnutzungsänderungen
verwendet wird. (Quelle: Judex, 2008.)
Weiterentwicklung des Konzept des SDSS LUMIS
Die in 2007 angefangene Entwicklung und Implementierung des SDSS LUMIS wurde erfolgreich
weitergeführt. Da der Schwerpunkt des SDSS auf der Modell- und Szenarienkomponente liegt,
wurde hier die meisten Veränderungen vorgenommen.
Die einzelnen Komponenten des System sind in Abbildung 2 dargestellt. Die Datenbasis besteht aus
Landnutzungsdaten, die aus LANDSAT Satellitenbildern abgeleitet wurden und einem umfangreichen Satz an räumlich expliziten Antriebskräften für die Landnutzungsveränderung. Zur Berechnung des Bedarfs werden weitere nicht-räumliche Daten verwendet (Bevölkerungsprognosen und
ökonomische Daten). Mit diesen Daten und mit weiteren Modellparametern, wird das Landnutzungsänderungsmodell angetrieben. Das Modell selbst wurde in der XULU-Modelplattform implementiert, welche nahtlos in das SDSS-Framework integriert wurde. Die Modellergebnisse werden
dem Benutzer in Form von Statistiken, Tabellen und Karten präsentiert. Dabei sind unterschiedliche
räumliche Aggregationslevel möglich, um die Modellergebnisse besser analysieren zu können.
Landnutzung
IMPETUS
129
Abb. III.1-3-2: Übersicht über die Komponenten des Systems LUMIS
Das Landnutzungsmodell XULU muss mit einer ganzen Reihe von Einstellungen parametrisiert
werden, die für einen reinen Anwender, der „nur“ Szenarien rechnen will, nicht relevant sind. Daher
wurden für das System LUMIS nur wenige relevante Parameter ausgewählt, die der Benutzer verändern kann. LUMIS kann also als ein vereinfachtes „User Interface“ für die Modellplattform
XULU angesehen werden (Abbildung III.1.3-3). Tatsächlich sind jedoch alle Parameter über die
XML Konfiguration bzw. als Parameterdatei zugänglich und könnten bei bedarf angepasst werden.
Auf diese Weise wurde gleichzeitig ein einfach zu benutzendes aber auch flexibles Werkzeug geschaffen.
LUMIS ist als ein SDSS mit zwei Modulen
konzipiert. Das eine Modul stellt Werkzeuge
zur Verfügung, mit denen hochaufgelöste
Landnutzungsdaten analysiert werden können.
Mit dem zweiten Modul können Szenarien
zukünftiger Landnutzungsänderung berechnet
werden. Diese Zweiteilung wurde im Prinzip
aufrecht erhalten, aber für den Endanwender
etwas vereinfacht. So ist nun die Abfrage der
Ergebnisse der Landnutzungsdaten und der
Modellergebnisse zusammengefasst worden.
Im ersten Optionsdialog kann zwischen den
beiden Modulen „Abfrage der Ergebnisse“ und
„Neue Szenarienberechnung“ ausgewählt werden (Abbildung III.1.3-4). Bei der Abfrage der
Ergebnisse kann direkt auf bereits berechnete
Abb. III.1.3-3: Integration von XULU in LUMIS
Landnutzung
IMPETUS
130
Szenarien zurückgegriffen werden, die innerhalb des SDSS-Frameworks gespeichert werden (zweiter Optionsbereich). Wird ein neues Szenario gerechnet, so können zur einfacheren Parametrisierung schon berechnete Szenarien angewählt werde, deren Einstellungen dann übernommen werden.
Berechnung neuer Szenarien der Landnutzungsänderung
Eine neue Modellrechnung wird mit grundlegenden Szenarienannahmen begonnen (Abbildung
III.1.3-5). Hier stehen bisher fünf verschiedene Szenarien zur Auswahl, die auf den IMPETUSSzenarien basieren und in Judex (2008) beschrieben sind. Momentan werden neue Szenarien entwickelt, die dann auf den Ergebnisse von BenIMPACT beruhen. Es wird davon ausgegangen, dass
durch die Integration von BenIMPACT-Ergebnisse realistischere Daten für den bedarf des Landnutzungsmodells zur Verfügung stehen, da hierbei die komplexe Ökonomie in Zentralbenin modelliert wird. Diese Szenariendefinitionen enthalten eine Vielzahl an einzelnen Annahmen, die in der
Hilfe zum System beschrieben sind.
In weiteren Einstellungsdialogen können u.a. der Zeithorizont der Modellierung und die Behandlung der Schutzwälder eingestellt werden. Gerade der zweite Punkt stellt für die Anwender eine
interessante Option dar, da damit mögliche Auswirkungen von Änderungen des Schutzstatus einzelner Regionen analysiert werden können. Eine weitere, für die Planung wichtige Steuergröße, ist
die Integration und Veränderung der Straßeninfrastruktur. Dafür wurde ein neues Modul in XULU
programmiert, das momentan getestet wird, aber schon vielversprechende Ergebnisse zeigt.
Ergebnisdarstellung
Ist ein Szenario fertig gerechnet, werden die Ergebnisse im System unter einem frei definierbaren
Namen gespeichert. Generell können die Ergebnisse der Modellierung (Flächenabgaben der Landnutzung) als Summe über die gesamte Region oder auf Arrondissement-Ebene dargestellt werden.
Die Werte können als sowohl als Tabelle, als Grafik oder als Karte visualisiert werden (Abbildung
III.1.3-6 und Abbildung III.1.3-7). Momentan können nur der Startwert und der Endwert angezeigt
werden, was aber in Zukunft verfeinert werden soll (z.B. 5-Jahres Werte).
Durch die Benutzung des AtlasViewers zur Visualisierung der Karten können beliebige andere Datensätze aus dem digitalen Atlas per drag and drop auf die Ergebniskarte gelegt werden. Dies ermöglicht dem Anwender sehr umfangreiche Analysemöglichkeiten.
Landnutzung
IMPETUS
Abb. III.1.3-1: Erstes Formular zur Auswahl des Moduls
Abb. III.1.3- 2: Konfiguration eines Modelllaufes mit grundlegenden Szenarienannahmen
131
Landnutzung
IMPETUS
Abb. III.1.3-6: Grafische Darstellung der Ergebnisse einer Szenarienberechnung
Abb. III.1.3-7: Darstellung der Ergebnisse einer Szenarienberechnung als Karte
132
Landnutzung
IMPETUS
133
Stand der Integration der Landnutzungsdaten für das Gesamte Ouémé- Einzugsgebiet
Bisher wurde LUMIS mit den Daten für das obere Ouémé-Einzugsgebiet erfolgreich implementiert.
Bis Projektende soll mit LUMIS die Landnutzung für das gesamte Ouémé- Einzugsgebiet modelliert werden.
Dieses Upscaling erfordert eine einzugsgebiets- bzw. landesweite Landnutzungsklassifikation.
Das derzeitig beste verfügbare Produkt, das ganz Benin abdeckt ist GlobCover. Es basiert auf Daten
des Sensors Meris und hat eine räumliche Auflösung von 300m. Es wurde aus einer Zeitreihe von
01/2005 bis 06/2006 automatisch generiert. Die globale Genauigkeit des Datensatzes beträgt in der
aktuellen Version V2.2 67, % (Bicheron P., Defourny P., Brockmann C., et.al. (2008))
Aufgrund der hohen Heterogenität der Landbedeckung im Benin (vor allem im HVO) treten Diskrepanzen zwischen der klassifizierten und der tatsächlichen Landnutzung auf. Vor allem die kleinräumigen Agrarflächen und Siedlungen werden unterrepräsentiert und oft in Klassen für natürliche
Vegetation wie Savanne und Wald abgebildet (Vgl.: Abbildung III.1.3-8).
Um das Produkt in seiner Genauigkeit zu verbessern, wird der vorhandene Datensatz auf Basis der
Daten von 1999 -2005 aus den projektinternen Daten des oberen Ouémé-Einzugsgebiet (Judex
2008) und einer Landnutzungklassifikation der CENATEL aus dem Jahre 2003 angepasst (Igue, A.
et.al. 2006).
Erste Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung in der Abbildung der oben genannten Flächen.
Landnutzung
IMPETUS
Abb. III.1.3- 3: GlobCover Landnutzungsklassifikation. Links unkorrigiert. Rechts: Erste Korrektur mit
Landnutzungsklassifikation des HVO (Judex 2008). Source data: © ESA / ESA GlobCover Project, led by
MEDIAS-France
Image: © ESA / ESA GlobCover Project, led by MEDIAS-France
134
Landnutzung
IMPETUS
135
Literatur
Bicheron P., Defourny P., Brockmann C., et.al. (2008): GLOBCOVER Products Description and Validation Report
Judex, M. (2008): Modellierung der Landnutzungsdynamik in Zentralbenin mit dem XULU-Framework. Dissertation,
Universität Bonn.
Schmitz, M. (2006): Entwicklung einer generischen Plattform zur Implementierung von Simulationsmodellen am Beispiel der Landnutzungsmodellierung. Diplomarbeit, Universität Bonn.
Igue, A. M., Houndagba C.J., Gaiser T. and K. Stahr (2006): Land Use/Cover Map and its Accuracy in the Oueme Basin of Benin (West Africa). Tropentag 2006, Bonn.
Landnutzung
IMPETUS
136
PK Be-L.3 Einfluss der Landnutzungsänderung in den drei Untersuchungsregionen auf das zukünftige Niederschlagsverhalten
Feldanbau im HVO. Foto: H. P. Thamm
Problemstellung
Der Klimawandel und die durch den Menschen veränderte Landnutzung beeinflussen die Niederschlagsvariabilität im Untersuchungsgebiet (HVO). Es ist daher für eine realistische Approximation
zukünftiger Bedingungen notwendig, die im Wesentlichen bekannten Einflussfaktoren möglichst
genau abzuschätzen. Im PK Be-L.3 werden die Auswirkungen der von den globalen Klimamodellen vorgegeben Klimaänderung auf den Niederschlag in verschiedenen Regionen Benins untersucht.
Dabei ist der atmosphärische Antrieb ein wesentlicher Faktor für diesen PK.
Der zweite maßgebliche Faktor ist die Auswirkung von Landnutzungsänderungen (z. B. andere
Nutzpflanzen, Wiederaufforstung, Siedlungsmanagement etc.). Die Vegetationsdynamik sowie die
Bodenfeuchte können für das Ergebnis der lokalen Simulationen und somit für die Niederschlagsprozesse in manchen Fällen von mindestens ähnlich großer Bedeutung sein wie der großskalige
Einfluss der SSTs (Meeresoberflächentemperaturen). Beide Faktoren und ihre Auswirkungen auf
den Niederschlag sollen in Form von einfachen Diagrammen und tabellenbasierten PC-Programmen
sichtbar und sowohl für Anwendungen in IMPETUS, als auch für den Anwender vor Ort nutzbar
gemacht werden. In diesem Kontext ist die jahrzehntelange starke Ausdehnung der landwirtschaftlichen Flächen in Benin zu nennen, die den Umfang und das Gefüge der vegetativen Biomasse verändert hat; D. h. es fand de facto eine Verminderung des Waldbestandes, eine Verkürzung der Bracheperioden und eine Verringerung des Ökovolumens statt. Die Folgen dieser Veränderungen für
Landnutzung
IMPETUS
137
den Wasserhaushalt und das lokale Klima sind bislang nur unzureichend erforscht und bilden einen
weiteren Schwerpunkt der Arbeit in diesem PK.
Mitarbeiter
A. Krüger, K. Born, M. Diederich, M. Janssens, M. Judex, V. Mulindabigwi, H. Paeth, H.-P.
Thamm
Zielsetzung
Für das Jahr 2008 lag der Schwerpunkt der meteorologischen Arbeiten im PK auf einer statistischen
Verbesserung der Modellsimulationen des Modells FOOT3DK für den Bereich des HVO auf der
Skala 3 km x 3 km. Die bisherigen Ergebnisse zeigen auf Basis des Vergleichs von Modellrechnung
und Beobachtung eine Unterschätzung des Flächenniederschlags für das Modellgebiet. Die systematische Unterschätzung der Niederschläge rührt insbesondere daher, dass das Modell eine Überschätzung der stündlichen Raten zwischen 0,1 und 1 mm dagegen aber eine Unterschätzung der
Raten oberhalb von 1 mm produziert. Mit Hilfe eines statistischen Postprocessings sollten für jede
Masche des Modellgitters die stündlichen Niederschlagsraten in Richtung der tatsächlich gefallenen
Mengen korrigiert werden. Mit der auf diese Weise generierten Zuordnungsvorschrift sollten im
Folgenden auch die Simulationen des Klimaszenarios korrigiert werden. Eine Korrektur der Vorgabefehler des COSMO-LM (z. B. die Simulation produziert Niederschlag, obwohl in den Analyseprodukten kein Niederschlag fällt) ist mit einer derartigen Korrektur jedoch nicht möglich. Darüber
hinaus wurde eine erste Version des Informations-System (IS) "Impetus - Landnutzungsänderung
und Niederschlag für den Bereich des Ouémé“ (IMPETUS - Variabilité des précipitations et modification de l'utilisation des sols) weiterentwickelt.
Mögliche Nutzergruppen
•
Beninischer Wetterdienst (DMN)
•
UAC
•
MEAP
•
INRAB
Meteorologische Modellierung des Niederschlags für das HVO
In der zurückliegenden Phase wurden zusätzlich zu den bisher existierenden 31 Episodensimulationen für das Jahr 2002 weitere 9 Episoden simuliert. Die Simulationen dienten der Erweiterung der
Landnutzung
IMPETUS
138
statistischen Grundgesamtheit um einige zusätzliche bedeutsame Niederschlagsereignisse im HVOGebiet.
Wie schon im IMPETUS-Endbericht 2007 festgestellt wurde, kann mit den Simulationen von
FOOT3DK der Flächenniederschlag nicht ausreichend gut wiedergegeben werden, was eine statistische Aufbereitung der stündlichen Niederschlagsraten erforderlich macht. Im Gegensatz zu der Unterschätzung der mittleren Niederschlagssumme (IMPETUS-Endbericht 2007) zeigt sich anhand
des berechneten Frequency Bias Index (FBI), dass FOOT3DK zu häufig (d.h. an zu vielen Zeitpunkten) Niederschläge generiert. Dabei gibt der FBI das Verhältnis zwischen simuliertem und beobachtetem Ereignissen an. Der FBI nimmt dabei Werte zwischen 0 und ∞ an, wobei ein Wert von
1 als bester Wert angenommen wird. Liegt der FBI bei Werten viel größer als 1, dann simuliert das
Modell an zu vielen Zeitpunkten Niederschlag.
Tab. III.1.3-1 Formel für den FBI (links), Kontingenztabelle für den Modellparameter Niederschlag (rechts). Als Ereignis wird ein stündlich akkumulierter Niederschlag von mindestens 0,1 mm angenommen.
A+ B
A+C
Beobachtung
Simulation
FBI =
Ja
Nein
Ja
A
B
Nein
C
D
Wobei A die Anzahl von Ereignissen mit simuliertem und beobachtetem stündlichen Niederschlag,
B die Anzahl mit nicht simuliertem und nicht beobachtetem stündlichen Niederschlag und C die
Anzahl von beobachtetem aber nicht simuliertem stündlichen Niederschlag pro Masche wiedergibt
(vgl. auch Tab. Be-L3.1). Hierbei ist zu beachten, dass der Anteil geringer Niederschläge (0,1 –
1 mm) durch FOOT3DK deutlich überschätzt wird. Aufgrund der beiden genannten Aspekte wird
ein Verfahren entwickelt, welches den mit FOOT3DK simulierten Niederschlag in Richtung der
beobachteten Niederschlagsmenge korrigiert.
Zum Zweck der Korrektur wird zunächst mit Hilfe eines geeigneten Interpolationsverfahrens ein
Niederschlagsdatensatz anhand der Stationsbeobachtungen erstellt, dessen Auflösung identisch zu
der des Modellgitters ist (Shepard 1968). Bei der Interpolation werden einer Masche die vier
nächstgelegenen Stationsmessungen mit Hilfe eines inversen Gewichtungsverfahrens zugeordnet.
Aufgrund der unregelmäßigen Verteilung der Stationen über das Untersuchungsgebiet werden zusätzlich Stationen in dessen näherer Umgebung für die Interpolation mit einbezogen. Mit der Erstellung dieses Datensatzes kann im weitern Verlauf ein Vergleich der Niederschläge für jede einzelne
der 1225 Gittermaschen innerhalb des Untersuchungsgebietes auf stündlicher Basis angestellt werden. Dazu werden an jeder Masche die interpolierten Niederschlagswerte den simulierten Niederschlagswerten in absteigender Reihenfolge zugeordnet. Für die somit ermittelten Datenpaare wird
mit Hilfe des Levenberg-Marquardt-Algorithmus (LMA) und der Gompertz-Funktion ein funktionaler Zusammenhang zwischen den interpolierten Beobachtungswerten und den von FOOT3DK
simulierten Niederschlägen pro Masche hergestellt. Die Gompertz-Funktion gehört zur Familie der
Landnutzung
IMPETUS
139
Sigmoid-Funktionen. Diese finden bereits in früheren Arbeiten z. B. von Glahn & Bocchieri (1975)
bei der Anpassung von Daten (in diesem Fall für die Bestimmung von Ausfallwahrscheinlichkeiten
gefrorener Niederschläge aus Wolken) mit Hilfe einer Zuordnungsfunktion sigmoiden Charakters
Verwendung.
a)
b)
c)
Abb. III.1.3-9: Anpassung der Gompertz-Funktion (blau) an Datenpaare (verbunden durch rote Kurve) von stündlich
simulierten und interpolierten Niederschlagsraten für a) Masche 15:22, b) Masche 15:27 sowie c) Masche 15:15.
Die hier gefundenen Gompertz-Funktionen (einige Beispiel für die Anpassung finden sich in Abb.
III.1.3-9) zeigen jedoch nicht immer zufriedenstellende Ergebnisse bei der Anpassung an die Datenpaare, so dass das verwendete Korrekturverfahren durch ein „Schwellenkriterium“ erweitert
wird. Mit Hilfe des zusätzlichen Kriteriums können Datenpaare, deren interpolierter Wert eine bestimmte Schwelle der Niederschlagsintensität überschreitet, und die oftmals stark vom sigmoiden
Charakter der Gompertz-Funktion abweichen, aus der Anpassung mit Hilfe des LMA herausgenommen werden. Vor allem sind es einzelne Datenpaare im oberen Wertebereich, die stark vom
Kurvenverlauf der angepassten Gompertz-Funktion abweichen und mit Hilfe des Schwellenkriteriums als „Ausreißer“ behandelt werden können. Dieses zusätzliche Schwellenkriterium liefert letztendlich eine Korrekturfunktion für die simulierten Niederschläge jeder einzelnen Gittermasche.
Gleichzeitig können die einzelnen Parameter der Korrekturfunktion im Rahmen eine Qualitätskontrolle für die Niederschlagsmessungen fungieren. Weichen die Parameter benachbarter Maschen
stark voneinander ab, so könnte auch die Messung (meist von extremen Werten) fehlerhaft sein.
Landnutzung
a)
IMPETUS
b)
140
c)
Abb. III.1.3-10: Niederschlagsverteilung [mm] im Untersuchungsgebiet; a) korrigierter simulierter Niederschlag, b)
aus Stationsdaten interpolierter Niederschlag, c) Differenz von a) und b).
Vergleicht man die groben Strukturen der Niederschlagsmuster (Abb. III.1.3-10 a, b), so lassen
sich deutliche Übereinstimmungen erkennen. Sowohl das Maximum im mittleren südlichen Bereich
des Untersuchungsgebiets wird durch die Niederschlagskorrektur wiedergegeben, als auch die Bereiche mit niedrigeren Niederschlagssummen im Bereich 2° Ost / 9,5° Nord sowie in den jeweiligen
südlichen Randbereichen (Abb. III.1.3-10a). Das zweite Maximum der Niederschlagskorrektur im
Bereich der Donga-Region (ca. 2° Ost / 9° Nord) ist etwas stärker ausgeprägt, als dieses durch die
Interpolation der Stationsdaten auf die Gittermaschen wiedergegeben wird (Abb. III.1.3-10b). Insgesamt fällt auf, dass die Niederschlagssummen des korrigierten Niederschlags im Bereich der Maxima etwas höhere Werte aufweisen, als dies bei den interpolierten Werten der Fall ist. Zur besseren
Darstellung wird ein Differenzplot zwischen den korrigierten simulierten und interpolierten Niederschlägen gezeigt (Abb. III.1.3-10c). Bei 611 der insgesamt 1225 Maschen innerhalb des Untersuchungsgebiets (was einem Anteil von 49,88 % entspricht) liegen die Abweichungen der Niederschlagskorrektur in einem Bereich größer als -15 mm bzw. kleiner als 15 mm um die interpolierten
beobachteten Werte. Im mittleren südlichen Teil des Untersuchungsgebiets werden die durch das
Korrekturverfahren gewonnen Niederschläge teilweise um mehr als 70 mm überschätzt, im Bereich
der Donga-Region sogar bis zu Werten von über 130 mm. Negative Abweichungen finden sich seltener und erreichen kaum Werte unterhalb von -50 mm. Das Flächenmittel der korrigierten Episodensimulationen beträgt 696,9 mm, was im Vergleich zum Mittel der interpolierten Niederschläge
von 676,8 mm eine Überschätzung des korrigierten Niederschlags von etwa 20,1 mm (bzw. ~3 %)
ergibt.
Landnutzung
IMPETUS
141
[mm]
Abb. III.1.3-11: Verteilung stündlicher Niederschlagsintensitäten auf Intervalle von 1 mm in %; logarithmische Skalierung der Ordinate bis 0.025 %, darunter lineare Darstellung.
Abb. III.1.3-12: Vergleich des FBI von Simulationen mit FOOT3DK (rote Balken) und nachträglicher Niederschlagskorrektur (blaue Balken); Abszisse: Startdatum der Episoden im Format mmdd.
Die in Abbildung III.1.3-11 dargestellte Verteilung der Niederschlagsraten auf definiten Intervallen
weist ebenfalls auf eine gute Anpassung der simulierten in Richtung der interpolierten Niederschläge hin. Dies spiegelt sich auch durch die erneute Kalkulation des FBI wieder. Erreicht dieses Maß
vor der Korrektur noch einen Wert von 3,22, so ergibt sich nach der Korrektur des simulierten Niederschlags ein Wert von 1,16, welcher deutlich näher an dem Bestwert von 1,0 liegt (vgl. Abb.
III.1.3-12).
Auch die stündlich gemittelten Niederschlagsmaxima einzelner simulierter Regenereignisse können
mit Hilfe des Korrekturverfahrens in Richtung der beobachteten Werte verbessert werden. Das
Landnutzung
IMPETUS
142
Problem der zeitlichen Verschiebung zwischen simulierten und beobachteten Niederschlagsereignissen, kann mit dem erarbeiteten Korrekturverfahren jedoch nicht gelöst werden. Eine systematische zeitliche Verschiebung zwischen simulierten und beobachteten Niederschlägen ist nicht festzustellen. Vielmehr treten sowohl verfrühte, verspätete, als auch zeitlich übereinstimmende Simulationen von beobachteten Niederschlagsereignissen auf. Hier wäre eine ausführliche Untersuchung der
vom DWD analysierten Feuchtefelder (mit Hilfe des GME), die als Antriebsdaten für Simulationen
mit dem COSMO-LM dienen, sinnvoll. Da Analysen im Bereich von Westafrika aufgrund weniger
vorhandener Messdaten oftmals nur von mangelhafter Qualität sind, kann hier ein Grund für die
zeitlichen Diskrepanzen der Niederschlagsereignisse liegen.
03.10.2002, 13UTC
03.10.2002, 14UTC
03.10.2002, 15UTC
mm/h
a)
b)
Abb. III.1.3-13:
Passage des simulierten Niederschlagsereignisses am 03.10.2002 zwischen 13 und 15 UTC;
a) mit FOOT3DK erzeugte Niederschlagsverteilung, b) nach Anwendung des Korrekturverfahrens
modifizierte Niederschlagsfelder.
An dieser Stelle sei auf die deutlich ausgeprägteren Strukturen stündlicher Niederschlagsverteilungen (stärkerer horizontale Gradienten, deutliche Lokalisierung von Extremwerten) über dem Untersuchungsgebiet nach der Korrektur hingewiesen, die dem Vergleich der Abbildungen III.1.3-13a
und III.1.3-13b zu entnehmen ist. Anhand dieser ausgeprägten Strukturen können lokale Charakteristika (z.B. Wasserhaushalte einzelner Nebenflüsse, lokale Niederschlagsvariabilität) besser be-
Landnutzung
IMPETUS
143
trachtet werden. Die Anwendung der gefundenen Zuordnungsfunktion auf die Simulationen für das
Zieljahr 2025 wird in Kürze in Angriff genommen.
Agrarökologische Entwicklung von räumlichen Szenarien in der Zeit
Die Korrelation zwischen Niederschlag und Ökovolumen für die gewählten Gebiete zur Repräsentanz typischer Landschaftstypen Benins ist durchgeführt worden. Eine Interpolation dieses Zusammenhangs für den Bereich des Ouémé steht zur Verfügung. Des Weiteren wurde eine Approximation der künftigen Entwicklung des Niederschlags auf Grundlage der Biomassenentwicklung durchgeführt.
Die Ergebnisse der Niederschlagswerte bzw. die Schwankungen auf Grundlage der Veränderung
von zukünftiger Biomasse können sowohl als eigenständiger Parameter, als auch in die von
FOOT3DK produzierten Niederschlagszeitreihen in das IS mit übernommen werden. Schritte zur
Umsetzung stehen derzeit noch aus.
Informations System (IS)
Abb. III.1.3-14: Flussdiagramm des geplanten IS.
Das im Rahmen diese Problemkomplexes erarbeitete Informations-System (IS) trägt den Titel „Impetus - Landnutzungsänderung und Niederschlag für den Bereich des Ouémé“ (IMPETUS - Impetus - Changement d’utilisation des sols et précipitations pour le domaine de l’Ouémé). Das Informa-
Landnutzung
IMPETUS
144
tions-System soll eine Bedienoberfläche zur Verfügung stellen, welche die möglichen Entwicklungen bzgl. Niederschlag und Verdunstung unter der Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen vermitteln kann. Die einzelnen Prozesse, die in der Umsetzung berücksichtigt werden, sind in
Abb. III.1.3-14 in einem Flussdiagramm zusammengefasst.
Auf Grund des hohen Rechenbedarfs und der großen produzierten Datenmengen ist eine direkte
Implementierung des Modells FOOT3DK in das Informations-System nicht möglich. Es ist zunächst vorgesehen, die Ergebnisse des PK als Tabellenergebnisse für den Nutzer zur Verfügung zu
stellen. Bisher sind die folgenden Auswahlmöglichkeiten geplant bzw. umgesetzt: Wahl zwischen
zwei SRES-Szenarien A1B und B1. Zusätzlich darf der Nutzer den Startmonat und den Zeitraum
der Klimatologie bestimmen (grüne Boxen oben rechts). Weiterhin sollen verschiedene Parameter
zur Auswahl bereitgestellt werden. Nachdem der Anwender eine für sich optimierte Auswahl getroffen hat, werden IS-intern die Auftrittshäufigkeiten für den gewählten Zeitraum zusammengestellt und die Episodenniederschläge rekombiniert. Die Ergebnisse werden als Tabelle und/oder
Grafik ausgegeben. Dieses IS-Ergebnis kann bereits als Informationsquelle genutzt, oder in weitere
Simulationen integriert werden. Später soll die Möglichkeit geboten werden für bestimmte Zeiträume Zeitreihen zu extrahieren. Dafür müssen die vom Modell bereitgestellten Parameter unter Umständen noch weiterverarbeitet werden. Das Informations-System wird derzeit noch mit Testdatensätzen betrieben. Ab Frühjahr 2008 sollen diese durch reale Datensätze ersetzt werden.
Literatur:
Glahn H.R., Bocchieri J.R. (1975): Objective Estimation of the Conditional Probability of Frozen Precipitation. Mon.
Wea. Rev., 103, 3-15.
Glahn H.R., Lowry D.A. (1972): The use of model output statistics (MOS) in objective weather forecasting. J. Appl.
Meteorol., 11, 1203-1211.
Levenberg K. (1944): A Method for the Solution of Certain Problems in Least Squares. Quart. Appl. Math., 2, 164–168.
Marquart D. (1963): An Algorithm for Least Squares Estimation on Nonlinear Parameters. Siam J. Appl. Math., 11,
431–441.
Paeth, H., K. Born, R. Girmes, R. Podzun and D. Jacob, 2008: Regional climate change in tropical and northern Africa
due to greenhouse forcing and land-use changes. J. Climate, submitted.
Shepard D., 1968: A two dimensional interpolation function for regularly spaced data. Proc. 23d National Conf. of the
Association for Computing Machinery, Princeton, NJ, ACM, 517–524.
Sogalla, M., A. Krüger, and M. Kerschgens, 2006: Mesoscale modelling of interactions between rainfall and the land
surface in West Africa. Meteor. Atmos. Phys., 91, 211-221.
Thamm, H.-P., M. Judex and G. Menz, 2005: Modelling of Land-Use and Land-Cover Change (LUCC) in Western
Africa using Remote Sensing. Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformation 3, 191-199
Landnutzung
IMPETUS
145
PK Be-L.4 Ökovolumendynamik und Anpassung des Anbausystems an die Klimaänderung im Ouémé-Einzugsgebiet
Foto: Valens Mulindabigwi
Foto: Zhixin Deng
Problemstellung
Das nachhaltige Management des konfliktuellen Spannungsfeldes zwischen der sich intensivierenden Lebensmittelproduktion und dem Erhalt der Ökosystemkapazität stellt eine große Herausforderung dar. Ökologisch geprägte Anbaustrategien können die nachhaltige Agrarproduktion erhöhen,
und gleichzeitig die unerwünschten Nebeneinflüsse der Intensivierung reduzieren.
Das Ökovolumen eines Vegetationsbestandes ist ein dreidimensionaler räumlicher Begriff.
Es ist ein wichtiger Indikator sowohl für die Ökosystemkapazität als auch für den Wasserkreislauf
bei der laufenden Anpassung des Beninesischen Anbausystems an die Klimaänderung.
Mitarbeiter
M. Janssens, J. Röhrig, A. Kuhn, H. Paeth, N. Keutgen, S. Bäumert
Zielsetzung
Aufbauend auf die Analysen der Anbausystemen und deren Anpassungen an die Klimaänderung
werden die zukünftige Anbaustrategien als Handlungsoptionen anhand Expertenwissens und ökologischem Kenntnis (Agroklimax - Konzept) entwickelt und bewertet. Im Zusammenhang mit diesem
Kontext lässt sich fragen:
•
•
•
Was sind die Unterschiede zwischen den nördlichen, mittleren und südlichen Anbausystemen je unter dem unimodalen und bimodalen Klima im ganzen Einzugsgebiet?
Wie lassen sich die Anbausystemen im Einzugsgebiet an die Klimaänderung anpassen?
Wie ändert sich die Ökovolumendynamik bei den zukünftigen anbaustrategischen Szenarien?
Landnutzung
IMPETUS
146
FARMADAM, ein entsprechender SDSS (spatial decision support system) wurde entworfen und
anhand dreier Workshops mit den künftigen Anwendern, partizipativ auf Gemeindeebene weiterentwickelt und validiert.
Modellierung
Das FARMADAM ISDSS (Farm adaptation management as to water availability) wird in
März 2008 während des Cotonou Konferenzen vorgetragen. Es wird in drei Teilen aufgebaut:
(i)
(ii)
(iii)
Landnutzungssysteme und landwirtschaftliche Anbausysteme
Räumliche und gewichtsbezogene Vegetationsparameter
Beziehung zwischen Vegetation und Wasser
Für jeden Teil können die Ergebnisse für folgende Ebenen abgerufen werden: Gemeinde, Departement, Ökologische Zone, IMPETUS Regionen, Ouémé Einzugsgebiet. Es besteht weiter die Möglichkeit mit einigen Kernparameter (z.B. Bracheanteil, CIC, Beweidungsintensität usw.) Interventionsszenarien beliebig zu simulieren.
Landnutzung
IMPETUS
147
Components of farming systems
SDSS “FARM-ADA-M”
Farm adaptation management as to water availability
PK Be-L4
Ökovolumendynamik
PK Be-L3
Niederschlag x Ökovolumen
PK Be-G.1 Demografie
PK Be-L.1 Landnutzung
PK Be-E.3 Regionale N.
PK Be-E.5 Tierhaltung
Gross Photosynthesis Pb = 4C(m/h) = 4WNE.Rain = 4Lt
= 4Ls. Ko
Ökoniederschlag = f (Ökovolumen)
Landwirtschaft
Wasserhaushalt
Abb. III.1.3-15: Hauptpfaden des SDSS FARMADAM für agroforstliche Anbausysteme
Methodik
Gemäß der zentralen Hypothese wird ein kausaler Zusammenhang zwischen Ökovolumen mit ÖkoNiederschlägen unterstellt und mit empirischen Daten nachgeprüft. Weiter wird aufbauend auf der
Chaos Theorie von Prigogine (2001) angenommen dass eine Vielfalt von möglichen Entwicklungsszenarien mit geringfügigen Wiederkehrbarkeit denkbar sind. Eine Hysteresis Funktion wird unterstellt wobei u.a. die Wasserspeicherkapazität des Bodens die Entforstung abpuffern wird. Die agroforstlichen Anbausysteme bewegen sich somit zwischen zwei Limitkonzepten, Ökoklimax einerseits, und degradierte Brache andererseits.
Interventionsszenarien werden anhand Expertenwissen und Agroklimax-Index Analyse als eine
Reihe möglicher Entwicklungspfade formuliert und nach Wahrscheinlichkeit bewertet mit dem
Ausblick der praktischen und nachhaltigen Handhabung.
Landnutzung
IMPETUS
148
Beziehungen zwischen Boden, Vegetation und Niederschlag bei Agro-climax Equilibrium
Wenn hLt = mC + ΔB
(Nye & Greenland 1959: in Janssens et al. 2004)
wobei
h = Humifizierung
m = Mineralisierung
Lt = jährlichen Blattfall per Flächeneinheit
C = Kohlstoffmenge in einer Bodenschicht von 0Æ20 cm
und wenn der Biomassazuwachs ΔB=0,
dann ist der brutto Photosynthese Pb ~ 4 Lt
Daraus erfolgt
Pb = 4C(m/h) = 4Lt
Aber, wenn der Wassernutzungseffizienz (Rain water efficiency) WNE = PT/(1+U/T)
d.h. erzeugte Biomassa/mm Niederschlag/Jahr
wo,
(Ehlers 1996)
„PT“ = Produktivität der Transpiration = P/T
U = unproduktiver Wasserverlust
T = produktiver Wasserverlust (Transpiration)
dann ergibt sich wiederum eine Verbindung zwischen brutto Photosynthese Pb und Blattfall (Litter
fall) Lt über PT im Falle eines Agro-climax Equilibrium
P = WNE(T+U) = WNE . Niederschlag = NPP (Netto Primary Production)
= Lt + ΔB
= Lt
when ΔB=0
Demnach erfolgt,
Pb = 4C(m/h) = 4WNE.Niederschlag = 4Lt
Aber wenn der Olson Koeffizient Ko = Lt/Ls
wobei Ls = Bodenstreu
dann erfolgt
Pb = 4C(m/h) = 4WNE.Niederschlag = 4Lt = 4Ls. Ko
Hieraus ergibt sich eine Beziehung zwischen Niederschlag, Boden und Vegetation sobald
das Ökosystem eine Gleichgewichtsebene erreicht hat.
Landnutzung
IMPETUS
149
Stand der Arbeiten
Zusammenarbeit mit den Institutionen
Während der 3. Phase wurden drei partizipatieve Modellierungsworkshops in Allada (2007), Dassa
(2008) und Tchaourou (2008) organisiert. Verschiedene Institutionen haben aktiv zusammengearbeitet wie z.B. die MAEP (die Betroffene Gemeinden und Departementen), INRAB, Wissenschaftler aus der FSA der Universität Abomey Calavi, und aus der Universität von Parakou. Die Bürgermeister haben jedes Mal die Veranstaltungen unterstützt.
Feldarbeit
In der ersten Phase, hat Herr Valens Mulindabigwi die Feldmessungen in Sérou und Dogué eingeleitet. Seit der 2. Phase hat Herr Zhixin Deng der Nord-Transekt im Ostlichen Teil rundum Ndali
abgewickelt. Anschließend wurde den Süd-Transekt mit bimodaler Niederschlagsregimen in Pobé
und Bohicon beprobt. Schließlich wurde Savé im Mitten-Transekt erhoben. In der 3. Phase wurden
zwei weiteren Gemeinden, Kétou (Sophia Bäumert) und Savalou (Kim Moortgat) auf dem Mittentransekt erhoben. Anlässlich partizipatiever Modellierungsworkshops wurden die landwirtschaftliche Anbausysteme von drei weiteren Gemeinden in 2007-2008 kartiert bzw. Allada (Niaouli) auf
dem Südtransekt, Dassa auf dem Mittentransekt und Tchaourou auf dem Nordtransekt.
Kennzüge der landwirtschaftlichen Anbausysteme innerhalb des ganzen Ouémé Einzugsgebietes
Die drei Ouémé Subregionen gehen sehr progressiv ineinander über. Die Verstädtung lässt sich quer
durch die drei IMPETUS Regionen deutlich merken. Besonders davon getroffen sind die sich dramatisch reduzierende Brache- und Beweidungsfläche wie auch der ebenso dramatisch steigende
CIC im Hinterland der Städte (Tabelle 1).
Berechnung des Bracheanteils
Bei der GIS Kartierung der Landnutzungskomponenten ist es schwierig um die brachliegenden Felder von der Savanne bzw. kultivierten Flächen zu trennen. Deshalb wurden in den erhobenen Gemeinden den Bracheanteil und den CIC-Koeffizient anhand Befragungen bestimmt.
Da der Bracheanteil in der Landnutzungskategorie Savanne eingeblendet war, wird es hier als gesonderte Kategorie geführt. Zusammen mit der Kategorie “Annual crops” bekommt man jetzt das
ganze Fruchtfolgeareal (superficies assolées). Entsprechend wird die Kategorie “Savanne” mit 6 %
erniedrigt (Figuren 2 & 3). Die Korrektur ist umso wichtiger in der Südregion.
Landnutzung
Tab. III.1.3-1.
IMPETUS
150
Landnutzungsparameter: Bracheanteil (Jachère), Ruthenbergkoeffizient und Feldbestellungsintensität
(Cropping intensity)
Région IMPEJachère
Département Commune (quot.)
TUS
R
(RuthenCIC*
berg)
Bas-Oueme
Atlantique
Abomey
Calavi
0,46
0,54
1,58
Bas-Oueme
Atlantique
Allada
0,19
0,81
1,84
Bas-Oueme
Plateau
Pobè
0,18
0,82
1,86
Moyen-Oueme Plateau
Kétou
0,43
0,57
1,69
Moyen-Oueme Collines
Dassa
0,14
0,86
1,96
Moyen-Oueme Collines
Savè
0,33
0,67
1,75
Moyen-Oueme Zou
Bohicon
0,32
0,68
1,61
Haut-Oueme
Borgou
N'dali
0,39
0,61
1,31
Haut-Oueme
Borgou
Tchaourou 0,28
0,72
1,36
Haut-Oueme
Donga
Bassila
0,57
0,43
1,29
Haut-Oueme
Donga
Djougou
0,52
0,48
1,31
* CIC =Cropping Intensity Coefficient
Der Brache zu Kultur Rate verringert sich sehr deutlich von Nord nach Süd (Figur 3). Hier würde
die Brache mit der kurzfristige saisonale Brache entsprechend der CIC korrigiert. Daraufhin wird
die Savanne Landnutzung noch ein zweites Mal abgespeckt diesmal mit dem Anteil des geschätzten
Weideland (sehe Bericht 2009).
TOTAL LAND USE IN THE OUEME BASIN IN 2004
(BENIN)
7% 1%
17%
Annual
6%
Jahresbrache (quot)
Savanna (kor)
Forest
No vegetation
69%
Abb.III.1.3-16: Landnutzung im Oueme Einzugsgebiet, einschließlich Bracheland (2004)
Landnutzung
IMPETUS
151
1.20
3.00
1.00
2.50
0.80
2.00
0.60
1.50
0.40
1.00
0.20
0.50
0.00
No vegetation
BRACHE/KULTUR
(ha/ha)
PERCENTAGE
LAND USE PER REGION IN THE OUEME BASIN IN
2004 (BENIN)
Forest
Savanna (kor)
Jahresbrache (quot)
Annual
Brache/Kultur
0.00
Impetus
North
Impetus
Middle
Impetus
south
ZONE
Abb. III.1.3-17: Landnutzung und Brache/Kultur Trend je nach IMPETUS Region
Anthropogene Diversifizierung der Landschaft im Süden
Das Biovolumen der Vegetation steigt erwartungsgemäß von Nord nach Süd. Erstaunlicherweise
verringert sich der Wesenbergkoeffizient von Nord nach Süd (Figur 4). Es bedeutet dass die Nördliche Vegetation ein größeres Okovolumen per Einheit Biovolumen bildet. Dies lässt sich teilweiser
durch eine sinkende Landschaftshomogeneität erklären.
500.00
450.00
400.00
350.00
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
100.00
90.00
80.00
70.00
60.00
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
LANDSCAPE (%)
BIO-VOLUME (m³/ha)
VEGETATION PARAMETERS PER REGION IN
THE OUEME BASIN IN 2004 (BENIN)
Vbio WT
Wesenberg
coeff. (W)
Landscape
homog.%
Impetus Impetus Impetus
North
Middle
South
ZONE
Abb. III.1.3-18: Biovolumen, Wesenberg Koeffizient und Landschaftshomogeneität
Landnutzung
IMPETUS
152
Empirische Beziehung zwischen Ökovolumen und Ökoniederschläge
Das Ökovolumen ist ein Maß der räumlichen Kolonisierung durch eine bestimmte Vegetation. Die
Ökoniederschläge ergeben sich aus Niederschlagrecycling innerhalb ökologisch bewirtschafteten
Landschaften. Eine positive Beziehung zwischen Ökovolumen und Ökoniederschläge konnte nachgewiesen werden sowohl auf Gemeinde- als auch auf Departementsebene (Abb. III.1.3-19).
Quelle: Gruppe Thamm
Abb. III.1.3-19: Vergleichende Aufteilung des Ökovolumens und Ökoniederschläge für jedes
Departement
Literatur
Adjagnissodé, G. 2007. La modélisation participative des écosystèmes de la zone méridionale
du bassin versant de l’Ouémé. INRAB-Niaouli, 31 mai - 02 juin 2007, IMPETUS,
Bénin
Bäumert, S. 2008. Charakterisierung der agrarischen Landnutzungssysteme in Ketou, Benin. Diplomarbeit. Universität
Bonn
Dotonhoue, F. 2008. Rapport du Séminaire de Formation à La Modélisation Participative des Systèmes Agraires dans
l’Ouémé Supérieur. Tchaourou 1-3 sept. 2008. IMPETUS, Bénin
Ehlers, W. 1996. Wasser in Boden und Pflanze. Ulmer, Stuttgart
Janssens, M.J.J., Deng, Zh.X., & Mulindabigwi, V. 2004. Contribution agronomique à la validation des scénarios hydrologiques du bassin de l’Ouémé. Worshop Le cycle hydrologique du bassin versant de l’Ouémé et ses implications socioéconomiques, Cotonou, Octobre 2004.
Janssens, M.J.J., Deng, Zh.X., Sonwa, D., Torrico, J.C., Mulindabigwi, V. & Pohlan, J. 2006. Relating agro-climax of
orchards to eco-climax of natural vegetation. In: Proc. 7th International Symposium on Modelling in Fruit Research and Orchard Management, 20-24 June 2004. Copenhague, Denmark. Acta Hort. (ISHS) 707:181-186
Moortgat, K. 2008. Description of farming systems in the Upper Ouémé river catchment in Benin, Savalou: an estimation of biomass, bio-volupme and eco-volume. Diplomarbeit. Hogeschool Gent, Belgium
Prigogine, I. 2001. La fin des certitudes. Editions Odile Jacob, France
Landnutzung
PK Be-L.5
IMPETUS
153
Nachhaltiges Feuermanagement für Ressourcenschutz mit Fernerkundung und GIS
Problemstellung
Große Gebiete Benins sind in der Trockenzeit von Buschfeuern betroffen. Wie Untersuchungen im
Rahmen des IMPETUS Projektes zeigten, sind mehr als 70 % der Fläche des Einzugsgebietes des
oberen Ouémé von Feuern beeinflusst. Im der tradionellen Form der Landbewirtschaftung ist Legen
von Feuern eine Methode um Felder für den Anbau vorzubereiten. Feuer wird aber auch von Viehzüchtern gelegt, um trockene, harte Gräser zu verbrennen, und so einen erneuten Aus-trieb von jungen frischen Gräsern zu ermöglichen, die vom Vieh bevorzugt werden. Auch zur Jagt werden Feuer gelegt.
Durch die ansteigende Bevölkerungsdichte und das damit einhergehende Zusammenbrechen des
traditionellen Feuermanagements stellen die Feuer ein zunehmendes Problem dar, besonders in
Hinblick auf die Bodendegradierung, Nährstoffkreislauf, Vegetationszusammensetzung und CO2
Haushalt. Insbesondere die späten Feuer („late fires“), definiert als Feuer nach dem 16.12. jeden
Jahres, tragen besonders zur Bodendegradation bei, da die in der Asche gebundenen Nährstoffe vor
Landnutzung
IMPETUS
154
Einsetzen der Regenzeit nicht mehr in den Boden eingebunden werden können. So wird ein Großteil der wertvollen Nährstoffe vom Regenwasser weggespült.
Aus diesem Grund gibt es gesetzliche Bestimmungen und Vereinbarungen zwischen Dörfern und
Entwicklungsgesellschaften, dass nach dem 16. Dezember keine Feuer mehr gelegt werden dürfen.
Allerdings werden diese Verordnung bzw. spezielle Vereinbarungen sehr oft nicht eingehalten und
es stellt sich die Frage nach einem effektiven Kontrollsystem. Aus wissenschaftlicher Sicht ist die
Quantifizierung der vom Feuer beeinflussten Gebiete und der Nährstoffkreislauf sowie die CO2
Bilanz ein wichtiges Forschungsfeld.
Mitarbeiter
H.-P. Thamm, C. Linsoussi, M. Judex, V. Orkean, A. Mähler
Zielsetzung
Ziel dieses PKs ist die raumzeitliche Untersuchung der Feuerdynamik in Benin und die Schaffung
eines SDSS für nachhaltige Feuermanagement Systems.
Dazu gehört die Erfassung der raumzeitliche Verteilung der Buschfeuer, sowie die Abschätzung der
verbrannten Biomasse, die Erfassung des Nährstoffumsatzes und die durch Feuer verursachte Bodendegradierung sowie die Abschätzung des Einflusses von Buschfeuer auf den CO2 Haushalt.
Weitere Aufgaben im Sinne eines nachhaltigen Feuermanagements, ist die Überprüfung der Einhaltung von gesetzlichen Bestimmungen und Dorfvereinbarungen bezüglich des Zeitpunktes der Feuer.
Zuwiderhandlungen sollen umgehend erkannt werden und können an die verantwortlichen Stellen
gemeldet werden. Die oben genannten Aufgaben sollen einem in dem PK erstellten Monitoring System unter Verwendung von frei zugänglichen Fernerkundungsdaten geleistet werden.
In einem weiteren Schritt erfolgt die Analyse der raumzeitlichen Muster der Feuer unter Einbeziehung von zusätzlichen Informationen wie Vegetationsdaten, Klimaparameter wie Niederschlag und
Wind, Bodendaten und sozioökonomischen Daten. Auf dieser Grundlage wird ein Prozessverständnis geschaffen, das die Grundlage für ein „Decision Support System“ (DSS) für ein nachhaltiges
und effizientes Feuer Management darstellt. Das DSS iMABFIRE (Managing Bush Fire) soll den
Verantwortlichen helfen, geeignete Stellen für ein kontrolliertes Brennen zu finden. Des Weiteren
können mit dem DSS effizient die Stellen für Feuerschutzstreifen („pas feu“) geplant werden. Dies
kann zu einem deutlich verbesserten Einsatz der knappen Mittel für den Feuerschutz führen. Weiterhin können die Auswirkungen unterschiedlicher Feuermanagementoptionen auf die Raummuster
der Feuer, den Biomassenumsatz sowie den Nährstoffkreislauf abgeschätzt werden. iMABFIRE ist
für die Verantwortlichen ein nützliches Werkzeug für die Organisation eines nachhaltigen Feuermanagements. Es kann mit entsprechenden Modifikationen für den gesamten Savannengürtel in
West-Afrika eingesetzt werden.
Landnutzung
IMPETUS
155
Neben der direkten Nutzeranwendung für Behörden und Entwicklungsgesellschaften stellt die Erfassung und Modellierung der raumzeitlicher Dynamik der Buschfeuer aus wissenschaftlicher Sicht
einen viel diskutierten Problemkomplex dar.
Allgemeine Beschreibung von iMABFIRE
Ein effizientes Feuermanagementsystem benötigt zuverlässige Informationen bezüglich der raumzeitlichen Verteilung der Feuer, auf deren Grundlage angemessene Entscheidungen getroffen und
entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können.
Bei der Entwicklung eines Feuermonitoringsystems muss, besonders vor dem Hintergrund der
schwachen ökonomischen Situtation Benins, darauf geachtet werden, anfallende Kosten zu minimieren. Des Weiteren muss eine Anwendbarkeit auch für weniger geschultes Personal zu garantieren (vgl. SPETH 2005).
Vor diesem Hintergrund wird iMABFIRE so konzipiert, dass ein Großteil der relevanten Informationen aus frei verfügbaren Datensätze abgeleitet wird, die Prozessierungsketten weitgehend automatisiert arbeiten und die Bedienung sehr nutzerfreundlich gestatet ist. Allerdings kann angesichts der
Komplexität des Themas auf „Capacity Building“ Maßnahmen für eine eigenverantwortliche Systempflege und Systemweiterentwicklung durch qualifiziertes Fachpersonal nicht ganz verzichtet
werden können.
Monitoring Modul von iMABFIRE
Die Raummuster der Buschfeuer werden nicht durch das Monitoring der aktiven Feuer erkannt,
sondern es werden gebrannte Flächen über Unterschiede in der Reflektanz ermittelt. Die Klassifikation der gebrannten Flächen erfolgt durch eine Zeitreihenanalyse von Reflektanz-Daten des
MODIS-Sensors. MODIS steht für Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer das von der
NASA (National Aeronautic and Space Adminsitration) betrieben wird. Dieser Fernerkundungssenor ist auf zwei Satelliten, AQUA und TERRA montiert. Sie decken einen Großteil der Eroberfläche täglich ab. Die MODIS Daten werden von der NASA täglich prozessiert und als Level 2G Format für jeden zugäglich gemacht. Level 2G Format bedeutet, dass die Daten räumlich korrigiert
sind und 2.400 x 2.400 km Kacheln vorliegen. Die Auflösung dieser Daten beträgt je nach Spektralbereich zwischen 250 m x 250 m und 1000 m x 1000 m. Prinzipiell können die Daten sowohl
vom Terra- (MOD09GHK), als auch vom Aqua-Satelliten (MYD09GHK) bezogen werden, wobei
sich die bisherige Arbeit nur mit dem Terra-Satelliten beschäftigt hat. Eine tägliche Szene ist durchschnittlich 150 MB groß.
Da im Berichtszeitraum die Feuerprodukte von MODIS wie sie vom Satellitenbetreiber
(http://modis.gsfc.nasa.gov/) erzeugt werden deutlich verbessert wurden, wurde beschlossen auf den
aufwendigen Download der Rohbilder und die eigene Prozessierung der Bilder zu verzichten, da
dies in Benin aufgrund der mangelhaften Rechneraussattung aufwändig zu realisieren wäre und statt
dessen die schon prozessierten Standartprodukte zu verwenden. Dadurch werden die Ansprüche an
die Leitstungsfähigkeit des Internetanschlusses deutlich vermindert. Das Pearl Skript für die automatisierte Datenbeschaffung wurde entsprechend abgeändert und getestet.
Landnutzung
IMPETUS
156
Die Arbeiten im PK Be-L5 standen im Zeichen der Operationalisierung der Prozessketten, Moldelentwicklung und der Integration des Feuer Monitoring Tools sowie des Feuer Ausbreitungsmodells
in das ISDSS (IMPETUS Spatial Decision Support System).
Des Weiteren wurden bestehende Kontakte ausgebaut. Hierbei wurde in besonderem Maße die Anforderungen an die DSS („decision support systeme“) evaluiert und die notwendigen technischen
Grundlagen und Schnittstellen abgestimmt besonders wichtig war in diesem Zusammenhang das
Prinzip „What for Whom“. Eine Herausforderung bei der Implementation des ISDSS in Benin stellen die oft sehr unzureichende Rechnerausstattung sowie die meist nur sehr rudimentären Computerkenntnisse an den Institutionen in Benin dar. Auf diesem Gebiet muss noch einiges Capacity
Building geleistet werden. Hierbei wäre ein konzertiertes Vorgehen der unterschiedlichen Institionen der EZ wünschenswert, da dies von IMPETUS alleine nicht geleistet werden kann.
Das Monitoringtool hat einen stabilen Beta-Stand erreicht. Das heist, die Informationen bezüglich
bezüglich der von Feuer beeinflussten Flächen werden heruntergeladen und können visualisiert
werden. Das System läuft stabil und der Nutzer kann einen Zeitraum frei wählen für den die gebrannten Flächen dargestellt werden können, die Visualisierung ist ansprechned. Ein beninscher,
vom DAAD geförderter Doktorand arbeitet an diesem System, dadurch erhöht sich die Chance,
dass das SDSS in Benin angewandt und weiterentwickelt wird.
Die Validierung der Informationen erfolgte im Vergleich mit räumlich höher aufgelösten Daten. Es
zeigt sich, dass die neuen Feuerprodukte von MODIS zuverlässige Informationen liefern, allerdings
müssen aufgrund der gröberen räumlichen Auflösung der MODIS Daten diverse Abstriche in der
Detailauflösung gemacht werden. Die systematische Untersuchung des Informationsverlusts durch
die gröbere Auflösung von MODIS geht weiter. Dabei ist von Interesse ob bei unterschiedlichen
Landnutzungsklassen systematische Fehler (Über- oder Unterschätzung) vorliegen. Es zeigte sich,
dass in bewaldeten Gebieten die Feuer ehr unterschätzt werden und im Süden von Benin aufgrund
von Bewölkung es vermehrt zu Fehlern bei der Ausweisung von Brandflächen kommt. Auffällig ist
das unterschiedliche Feuerregime in den Nationalparks. Besonders deutlich wird es im Pedjari Nationalpark. Die Nationalparkgrenze ist aufgrund aufgrund des anderen Feuerregimes deutlich zu
erkennen. Da es dort keine Felder oder Plantagen gibt, die von den Einwohnern gegen Feuer geschützt werden, sind die Brandflächen zusammenhängender als in besiedelten Gebieten.
Mit dem Monitoring Tool ist es möglich die illegalen Feuer (nach dem 16.12.) zu erkennen und
entsprechende Maßnahmen einzuleiten und das mit frei verfügbaren Daten. Die Einhaltung der Gesetze und Regularien bezüglich des Feuermanagements, obliegt nun nur noch dem politischen Willen der Verantwortlichen. Die Werkzeuge stehen zur Verfügung.
Modellierung
Nachdem die Buschfeuer in den Savannen Westafrikas, im Vergleich mit Waldbränden in anderen
Gegenden der Welt (z.B. Australien, Indonesien), einfachen funktionalen Zusammenhängen unterliegen, kann deren Ausbreitung mittels zellularen Automaten in erster Näherung mit einer hinreichenden Genauigkeit beschreiben werden. In dem JAVA basierten Framework für räumlich explizite Modellierung, XULU (eXtended Unified LandUse and landcover modelling Plattform), das im
IMPETUS Kontext entspand (Thamm et al 2007, Schmitz et al 2008) wurde ein Feuerausbrei-
Landnutzung
IMPETUS
157
tungsmodel für Buschfeuer programmiert. Als Input Parameter dient die Landnutzung in einer beliebigen räumlichen Auflösung. Dies ermöglicht die Verwendung des Systems in einer groberen
räumlichen Auflösung für größere Einheiten, bis hin zum Nationalen Maßstab, aber auch Detailstudien in einer sehr feinen räumlichen Auflösung sind möglich.
Die Brandneigung der einzelnen Landnutzungsklassen kann je nach vorhandener Datenlage parametrisiert werden. Zum Beispiel ist eine Parametrisierung aufgrund von statisitschen Analysen der
im Monitoring Tools ausgewiesenen Brandflächen möglich. Es kann aber auch die Brandneigung in
nahe Echtzeit aufgrund von NDVI Analysen, über die auf den Wassergehalt und damit die Brandneigung geschlossen werden kann, parametrisiert werden. Auch die anderen die Brandneigung
steuernden Faktoren, wie Windgeschwindigkeit und Windrichtung können manuel vorgegeben
werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit aktueller Meßdaten zu verwenden oder sie sogar zu
Verlinken.
Einer einfachen Bedienbarkeit und guter Benutzerführung wurde viel Aufmerksamkeit gewidmet.
Allerdings gibt es Grenzen der Vereinfachbarkeit, da eine gewisse Komplexität der Modelle mit
entsprechenden Einstellmöglichkeiten auch Fachkenntnis und eine gewisse Detailtiefe der Steuerungsmöglichkeiten bedingt. Dies macht eine gute Dokumentation und Schulung der Benutzer unabdingbar.
In iMABFIRE können nun die initialen Brandstellen frei vorgegeben werden. Es gibt auch keine
Beschränkung der Anzahl der Buschfeuer. Allerdings steigt der Rechenaufwand mit der Anzahl der
Feuer stark an. Für den Nutzer ist allerdings kurze Rechenzeit sehr wünschenswert, damit unterschiedliche Feuerausbreitungsoptionen in einem vernünftigen Zeitrahmen modellierbar bleiben.
Deshalb wurde begonnen das Feuerausbreitungsmodell paralellrechenbar zu gestalten. Hierfür wurde eine Arbeit in Zusammenhang mit dem Institut für Informatik begonnen. Vorgabe für die Paralellisierung war, dass unterschiedliche Rechner auf einfache Weise zusammengeschaltet werden
können. Dies soll auch für nicht Computerexperten durch einfache Installation eines Javaprogrammes möglich sein. Die Paralellisierung von Agenten basierten Modellen ist nicht trivial, da das Untersuchungsgebiet nicht einfach in Kacheln aufgeteilt werden kann, die dann unabhängig voneinander berechnet werden können. Es ist ständig eine Kontrolle notwendig, damit an den Rändern der
Kacheln die Dependenzen der anderen Kachelabschnitte beachtet werden. Die Arbeiten sind noch
nicht abgeschlossen aber die ersten Zwischenergebnisse sind sehr vielversprechend.
Stand der Arbeiten an dem SDSS
Es erfolgte eine Integration von iMABFIRE in das ISDSS von IMPETUS in dem gemeinsamen
Framework. Das Modell wurde ausgiebig getestet, dabei fanden sich einige Schwachstellen die ausgebessert werden mussten. Beispielsweise war die Geschwindingkeit mit dem sich das Feuer im
Model ausbreitete unrealistisch. Deshalb mussten die Parameter angepasst werden um zu plausiblem Ausbreitungsgeschwindigkeiten zu kommen. Eine weitere Schwachstelle sind, wie in vielen
Modellen, unzureichende oder fehlerhafte Inputdaten. Auch dadurch kann es zu unrealistischen
Brandmustern kommen. Zum Beispiel verhindern in der Realität die ehr feuchte Vegetation entlang
von Gewässern, wie z.B. Galeriewälder, das Übergreifen der Buschbrände auf die andere Gewässerseite, selbst wenn der feuchte Vegetationsstreifen nur einige Meter breit ist. In einer satellitenba-
Landnutzung
IMPETUS
158
sierten Klassifizierung werden diese uferbegleitenden Vegetationsstreifen, je nach räumlicher Auflösung des Satelliten, nicht vollständig erfasst und es gibt Lücken in den Galeriewäldern. Durch
diese in den Modellinputdaten vorhandenen Lücken kann im Modell das Feuer auf die andere Uferseite übergreifen.
Abb: III.1.3-20: iMABFIRE Modellierte Ausbreitung von Buschfeuer.
Die Behandlung dieser Fehler nahm viel Zeit in Anspruch. Um diese Arbeit nicht bei jedem neuen
Inputdatensatz auf das neue machn zu müssen, wurde versucht „intelligente“ Algorithmen zu erarbeiten, die solche Fehler auch bei neuen Daten finden und korrigieren können. Als ein Beilspiel sie
die Überlagerug der Landnutzungsklassifizierung mit einem Gewässernetz und entsprechende Buffer Funktionen genannt. Dadurch werden die unrealistischen Lücken in der Uferrandvegetation
vermieden. Diese Arbeiten sind von allgemeiner Bedeutung und werden auch in der letzten
IMPETUS Phase fortgeführt.
Für die Integration des Monitoring Tools von iMABFIRE in das IMPETUS SDSS wird viel Speicherplatz benötigt, da die Feuerdatensätze auch komprimiert recht groß sind. Hier muss noch eine
praktikable Lösung gefunden werden, z.B. durch die Integration eines reduzierten Beispieldatensatzen in das ISDSS und bei Bedarf die volle Funktionalität durch die Anbindung von mobilen Festplattenspeichern.
Landnutzung
IMPETUS
159
Nutzer von iMABFIRE
In Benin besteht ein grosses Intersse unterschiedlicher Insitutionen an dem SDSS iMABFIRE. Auf
der einen Seite sind es Projekte die den Erhalt der natürlichen Ressourcen als Aufgabe haben wie
ProPGTRN und PAMPF sowie deren Nachfolger. Auf der anderen Seite hat auch das INRAB großes Interesse der Verarmung der Böden durch die späten Feuer entgegenzuwirken.
Neben den Institutionen die sich mit Ressourcenschutz beschäftigen, haben auch Botaniker und
Förster ein gesteigertes Interesse an iMABFIRE
Grundsätzlich sollte das System vom CENTAEL (Nationales Fernerkundungszentrum) betrieben
werden. Im Moment scheinen sie dazu aufgrund von strukturellen und personellen Problemen dazu
noch nicht in der Lage zu sein. Es ist aber zu hoffen, dass im Rahmen der Umstrukturierungsmaßnahmen die Situation dort verbessert wird.
Wissenschaftlich Verankert wird iMABFIRE im universitären Umfeld bei CIPMA (Zentrum für
angewandt Mathematik und Modellierung) unter Professor Honkonou sowie im Geographischen
Institut bei Prof. Houndagba.
Es ist geplant, dass diese Institiutionen den Behörden Hilfestellung geben bei der Wartung, Einpflege von neuen Daten sowie Anpassung und Weiterentwicklung des SDSS.
Literatur
Giglio, L., van der Werf, G.R., Randerson, J.T., Collatz, G.J. & P. Kasibhatla (2005): Global estimation of burned area
using MODIS active fire observations. In: Atmospheric Chemistry and Physics Discussions 5, S. 11091 – 11141.
Goldammer, J.G. & C. de Ronde (2004): Wildland fire management, Handbook for Sub-Sahara Africa. Global Fire
Monitoring Center. One World Books.
Hettig,, F. (2002): Haushaltsökonomie und soziale Organisation in Zentralbenin am Beispiel des Dorfes Doguè, Ouémé
Region. Master’s thesis, Institut für Völkerkunde der Universität zu Köln
NASA MODIS HOMEPAGE: http://modis.gsfc.nasa.gov/
Oertel, D., Zhukov, B., Thamm, H.-P., Roehrig, J. & B. Orthmann (2004): Space-borne high resolution fire remote
sensing in Benin, West Africa. In: International Journal Remote Sensing (IJRS) 25 (11), S. 2209-2216.
Orthmann, B. (2005): Vegetation ecology of a woodland-savanna mosaic in central Benin (West Africa): Ecosystem
analysis with a focus on the impact of selective logging. Dissertation, Mathematisch-naturwissenschaftliche Fakultät der Universität Rostock.
Roy, D.P., Jin, Y., Lewis, P.E. & C.O. Justice (2005): Prototyping a global algorithm for systematic fire-affectd area
mapping using MODIS time series data. In: Remote Sensing of Environment 97, S. 137 – 162.
San-Miguel-Ayanz, J, Carlson, J.D., Alexander, M., Tolhurst, K., Morgan, G., Sneeuwjagt, R. & M. Dudley (2003):
Current Methods to Assess Fire Danger Potential. In: Chuvieco, E. (ed.): Wildland fire danger estimation and
mapping – The role of Remote Sensing data. Volume 4, Series in Remote Sensing. World Scientific Publishing
Co. Pty. Ltd., Singapore. 2, S. 21 – 61.
Speth, P., Diekkrüger, B., Christoph, M. & A. Jaeger (2005): IMPETUS West Africa, Scenario building process and
problem cluster. In: IMPETUS Publikationen (http://www.impetus.uni-koeln.de/).
Tandjiékpon, A. (2001): Fire Situation in Bénin. In: International Forest Fire News (IFFN) 25, S. 2-4.
IMPETUS
160
III.1.4 Gesellschaft und Gesundheit
Der Zugang zu sauberem Trinkwasser führt zur Reduzierung von Krankheiten und zu wirtschaftlichen Wachstum (UNDP, 2006). Auch wenn Benin zu den wenigen afrikanischen Ländern zählt, die genügend Geld für das Erreichen der Millenniumsziele in Bezug auf die Wasserversorgung investieren, steht das Land immer noch im Ranking des „Human Development
Index“ (HDI) auf dem 161ten Platz von 179 Ländern (UNDP, 2008) und weltweit auf einem
der zehn letzten Plätze der Skala des „Water Poverty Index“ (WPI) (Lawrence, P. et al.,
2003). Im Rahmen der bilateralen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Benin wurden
die Bereiche Dezentralisierung, Wasserversorgung, Umwelt und Schutz ländlicher Ressourcen als Interventionsschwerpunkte definiert. Die Verbesserung des Zugangs zu sauberem
Trinkwasser steht auch im Vordergrund der Entschuldungs- und Armutsbekämpfungsinitiative der Weltbank für Benin. Vor diesem Hintergrund liefern die Forschungsergebnisse zum
gesellschaftlichen Umgang mit Wasser wichtige Informationen für die Umsetzung dieser Politiken. Der Einfluss der globalen Erwärmung und der damit verbundenen Niederschlagsvariabilität auf die Erweiterung von Malariagebieten in Afrika konnte ebenfalls untersucht werden. Die Hauptaktivitäten des Themenbereichs „Gesellschaft und Gesundheit“ im Jahr 2008
wurde die Integration der hervorgebrachten Ergebnisse in die drei Informationssysteme
LISUOC, SIQeau und MaLaRIS fortgesetzt. Die drei Informationssysteme wurden in einer
fast fertigen Version in Ouagadougou auf der Statuskonferenz vorgestellt.
LISUOC (Livelihood Security in the Upper Ouémé Catchment) ist ein Informationssystem
zur Existenzsicherung im oberen Ouémé-Einzugsgebiet und besteht aus den folgenden drei
Modulen: Demographische Projektion (PK Be-G.1), Wassermanagement und Institutionen
(PK Be-G.2) sowie Existenzsicherung und Ressourcen (PK Be-G.3). Für das Modul „Demographische Projektion“ sind die Berechnungen abgeschlossen. Folgen wird eine abschließende
Optimierung auf der Grundlage von Anregungen bezüglich der ersten Version. Im Rahmen
des Moduls „Wassermanagement und Institutionen“ wurde die Datenbank zu den Trinkwasserstellen implementiert. Der Text zum Wassermanagement wird bis Mitte Februar 2009 in
das Modul eingebaut. Für das Modul „Existenzsicherung und Ressourcen“ konnten zahlreiche
Verbesserungen und Datenoptimierungen mit Fertigstellung der ersten Version erwirkt werden. Optimierungsleistungen fanden nicht nur auf visueller Ebene statt, sondern auch bezüglich einer verbesserten Strukturierung der Abrufbarkeit des statistisch repräsentativen Datensatzes zur Existenzsicherung in sieben Kommunen des HVO.
SiQeau (Système d’information „Qualité de l’eau“) soll Entscheidungsträgern Handlungsoptionen aufzeigen, die auf den im Rahmen von PK Be-G.5 (Trinkwasserqualität) ermittelten
Ergebnissen bezüglich der Trinkwasserqualität im Oberen Ouémé Einzugsgebiet beruhen und
eine Prävention von Wasserkontaminationen im Vorfeld ermöglichen. Seit dem Erstellen der
ursprünglichen Brunnendatenbank 2001 hat sich die Situation der Trinkwasserversorgung in
vielen Dörfern verändert, so dass 2008 die Datenbank vollständig überarbeitet und aktualisiert
wurde. Der neue Datensatz wurde in das Informationssystem SIQeau integriert. SIQeau wird
seit September 2008 in Benin erprobt und evaluiert, damit es auf Grundlage des Feed-backs
der Nutzer weiterentwickelt werden kann. Die aktualisierte Brunnendatenbank soll in das,
sich im Entwicklungsstadium befindliche, Informationssystem SIQeau integriert werden.
IMPETUS
161
Für das Informationssystem MalaRis (Malaria Risk in Africa) wurden auf der Basis von
REMO-Temperatur- und Niederschlagsdaten LMM-Ensembleläufe für den Zeitraum von
1960 bis 2000 durchgeführt. Basierend auf entomologischen und parasitologischen Malariastudien aus Westafrika und Kamerun konnte die bisher verwendete LMM-Version erstmals
direkt mit Malariabeobachtungen verglichen werden. Da die simulierte Stichrate als auch die
Anzahl der infizierten Mücken deutlich über den beobachteten Werten liegen, wurde die Modellstruktur des LMM verändert. Aus diesem Grund und zur Absicherung der Einstellung der
Modellparameter wurde eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt. Die Kenntnisse
aus über 160 Artikeln führten u. a. zum Ausbau des Malaria-Archivs im IS MalaRis. Darüber
hinaus wurde das ausgebaute IS MalaRis im Oktober 2008 auf den IMPETUS-Internetseiten
freigestellt.
Informationssystem LISUOC (Be-G.1, Be-G.2, Be-G.3)
Das Informationssystem LISUOC (Livelihood Security in Upper Ouémé Catchment) konnte
erfolgreich erstellt werden. Die im letzten Zwischenbericht angekündigte Kernstruktur konnte
umgesetzt werden:
Abb. III.1.4-1: Struktur des IS LISUOC
Die Fertigstellung des System erfolgte durch die Problemkomplexen Be-G.1,2 und 3. Sie stellen jeweils ein unabhängiges Modul bereit, in dem themenspezifische Datensätze abrufbar
IMPETUS
162
sind. Das Modul „Demographische Projektion“ (Be-G.1) stellt dem Nutzer Informationen zur
Bevölkerungsdynamik in Zentralbenin bereit. Abrufbar sind sowohl demographische Entwicklungen der Vergangenheit (seit 1992) als auch zukünftige Entwicklungstendenzen bis
2025. Erfolgreich abgeschlossen wurde die Option einer vergleichenden Visualisierung dieser
Informationen in zwei Fenstern nach Darstellungsart, Bezugsraum und Zieljahr. In enger Kooperation mit dem Informationssystem SIQeau stellt das Modul „Wassermanagement und
Institutionen“ (Be-G.2) eine gemeinsam entwickelte Datenbank zu Trinkwasserstellen und
zur räumlichen Verteilung moderner Wasserinfrastrukturen im Erhebungsraum Zentralbenin
zur Verfügung. Darüber hinaus liefert es einen umfangreichen Text zu Wassermanagementpraktiken. Auch die Implementierungsprozesse im dritten Modul „Existenzsicherung und
Ressourcen“ (Be-G.3) konnten erfolgreich umgesetzt werden. Als zentraler Datensatz liegt
ein statistisch repräsentativer Survey zur Existenzsicherung und Ressourcennutzung in sieben
Gemeinden zugrunde. Zu den verschiedenen Themenblöcken werden Analysen nach Geschlecht, Kommune, Häufigkeit oder Prozent angeboten. Auch die Abfrage von Einzelfragen
steht zur Option.
Alle Module bieten darüber hinaus Sekundärinformationen, abfragbar über die jeweiligen
Informationsbuttons. Begleitet wird das System von einem umfassenden Handbuch, mit dem
technisches KnowHow, qualitative Sekundärinformationen und Analysebeispiele bereitgestellt werden.
IMPETUS
163
PK Be-G.1 Demographische Projektionen für das Ouémé-Einzugsgebiet
Kinder in Zentralbenin
Problemstellung
Die demographische Entwicklung ist eine wesentliche Antriebskraft des Wandels von Ressourcennutzungsmustern und der wirtschaftlichen Entwicklung. Die Zunahme des Bevölkerungsdrucks auf Naturressourcen verursacht ihre Verknappung und häufig auch ihre Degradation und beeinträchtigt in der Folge die Existenzsicherung der Bevölkerung. Die Aufgabe des
vorliegenden Problemkomplexes besteht in der Untersuchung der demographischen Entwicklung im Ouémé-Einzugsgebiet anhand der IMPETUS-Szenarien und der Erstellung demographischer Projektionen.
Mitarbeiter
M. Heldmann, M. Rubarth
Zielsetzung
Projektionen der demographischen Entwicklung in den IMPETUS-Szenarienregionen HochMittel- und Nieder-Ouémé. Die Projektionen werden auf Grundlage der storylines für die
Ebene der Departements gerechnet und die Ergebnisse anschließend durch dynamisches
downscaling auf die Ebene der Gemeinden und Arrondissements (z. T. bis auf Ebene der Dör-
IMPETUS
164
fer bzw. Stadtviertel) übertragen. Parallel dazu erfolgt eine Projektion der städtischen Bevölkerung im Ouémé-Einzugsgebiet. Alle demographischen Rechnungen haben einerseits zum
Ziel, anderen Problemkomplexen Basisgrößen für eine zentrale Antriebskraft zur Verfügung
zu stellen. Andererseits gilt es, die demographischen Rahmenbedingungen für Bevölkerungsentwicklungen in Benin bis 2025 zu analysieren. Um anderen Problemkomplexen eine größere Datenbasis zur Verfügung zustellen, und um interregionale demographische Prozesse analysieren zu können, wurden die Berechnungen vom Ouémé-Einzugsgebiet auf den Gesamtraum Benin erweitert.
Nutzergruppen
Tab. III.1.4-1: Ausgewählte Anwender des LISUOC-Moduls Demographie
Institution
Nutzer
Departement Borgou
Service régional de l’eau
Departement Donga
Kommune Bassila
Chef technique
Kommune Djougou
Chef technique
Kommune Copargo
Chef technique
Kommune Ouaké
Chef technique
Kommune N’Dali
Chef technique
Kommune Tchaourou
Chef technique
Kommune Parakou
Chef technique
INSAE
Mr. Gomez
Ministère du Développe- Dr. POFAGI, K. Mathias
ment, de l'Economie et des
Finances (MDEF)
IMPETUS
165
Stand der IS-Entwicklung
Im Jahr 2008 wurden die demographischen Berechnungen der Jahre
2005-2007 in das Modul LISUOC-Demographie eingebunden. Die Konzeption des Moduls wurde dabei sehr eng mit den PKs Be-G.2 und BeG.3 abgestimmt, um ein kompaktes und benutzerfreundliches Informationssystem zu gewährleisten. Notwendig waren außerdem letzte Aktualisierungen alter Datensätze.
Die ursprünglich bereits 2006 berechneten und 2007 verfeinerten demographischen Projektionen auf den Ebenen der 77 Gemeinden, 594 Arrondissements und 3742 Dörfer wurden abschließend den anderen Problemkomplexen zur Verfügung gestellt. Die Berechnungen wurden neben weiteren Ergebnissen des PKs im IMPETUS-Atlas für Gesamtbenin veröffentlicht und gehen für
Zentralbenin in das Informationssystem LISUOC ein.
Die Konzeption von LISUOC-Demographie wurde in Zusammenarbeit mit den Entwicklern
und den PK-Verantwortlichen der anderen beiden Module gestaltet. Das Modul soll dem Nutzer Informationen zur Bevölkerungsdynamik in Zentralbenin liefern. Einbezogen werden sowohl demographische Entwicklungen der Vergangenheit (seit 1992) als auch mögliche zukünftige Entwicklungen bis 2025 im Rahmen der von IMPETUS entwickelten Szenarien. Im
Vordergrund steht dabei das Szenario BIII „Business as Usual“, welches von einer Entwicklung unter ähnlichen demographischen Rahmenbedingungen wie zwischen 1992-2002 ausgeht und mit internationalen und nationalen Prognosen (UNDP, INSAE) für Gesamtbenin
weitgehend übereinstimmt. Informationen zu den anderen Szenarien werden dem Nutzer über
Textform übermittelt. Durch die Präferenz des Szenarios BIII wird eine höhere Nutzerorientierung und Stringenz erzielt.
LISUOC-Demographie ist räumlich auf den Bezugsraum des Oberen Ouémé-Einzugsgebietes
fokussiert. Es orientiert sich jedoch an den räumlich-administrativen Einheiten der Region,
um die Relevanz in Planung und Regionalentwicklung zu gewährleisten, und erweitert den
Bezugsraum zusätzlich um die Gemeinde Ouaké, westlich des Einzugsgebiets. Es umfasst
damit 7 Gemeinden und 41 Arrondissements.
IMPETUS
166
Abb. III.1.4-2: Startbildschirm LISUOC-Modul
Dem Nutzer hat zunächst die Möglichkeit, zwischen einer tabellarischen Darstellung der Ergebnisse für
den gesamten Erhebungsraum Zentralbenin und einer Darstellung über
Karten und Diagramme für die administrativen Subeinheiten des Erhebungsraumes zu wählen.
In der tabellarischen Darstellung
kann der Nutzer in zwei Spalten demographische Kerndaten, verschiedener Jahre (1992-2002) und projizierte Daten (2003-2025) miteinander vergleichen: Geschlechtsspezifische Daten, Altersstrukturdaten,
Stadt- und Landbevölkerung, Bevölkerungsdichte. Über ein Pop-downMenü in der ersten Zeile kann der
Nutzer das jeweilige Zieljahr auswählen. Die Daten werden augenblicklich in den beiden Spalten angezeigt. Die Alterstrukturdaten sind außerdem über Alterspyramiden in die Tabelle eingebunden.
IMPETUS
167
Die Darstellung über Karten und Diagramme eröffnet dem Nutzer zunächst Wahlmöglichkeiten, je nachdem auf welcher administrativen Ebene, für welches Jahr und in welcher Darstellungsform er die demographische Entwicklung visualisieren möchte. LISUOC-Demographie
bietet drei Darstellungsebenen (Erhebungsraum Zentralbenin, Communes, Arrondissements)
und drei Darstellungsmodi (Absolute Bevölkerung als Karte, Bevölkerungsdichte als Karte
und geschlechtsspezifische Alterspyramiden). Die kartographische Darstellung erfolgt in statischen Klassen, so dass eine visuelle Vergleichbarkeit über Jahre und Ebenen möglich ist,
wie folgend beispielhaft abgebildet.
Abb. III.1.4-3: LISUOC Demographie: Darstellung von Bevölkerungsdichten auf Arrondissement-Ebene
Über einen Schieberegler am unteren Bildschirmrand kann der Nutzer direkt verschiedene Zieljahre ansteuern. So kann er einerseits für dasselbe Jahr verschiedene
Darstellungsmodi visualisieren oder andererseits den gleichen Darstellungsmodus für
zwei unterschiedliche Jahre anwählen und vergleichen. Im Falle der Bevölkerungspyramiden kann der Nutzer zusätzlich über ein Pop-down-Menü die Daten für die
einzelnen Communes oder dem Gesamterhebungsraum anzeigen.
IMPETUS
168
Abb.: III.1.4-4: LISUOC Demographie: Darstellung von Altersgruppen und Gesamtbevölkerung
Zusätzlich zu den interaktiven Informationen des Systems werden dem Nutzer ausführliche
Hintergrundinformationen in Textform angeboten, die den regionalen Fokus erweitern, die
Berechnunsggrundlage der Projektionen erläutern und grundsätzliche Aspekte der demographischen Entwicklung Benins diskutieren. Im IMPETUS Atlas werden zusätzlich weitere sozio-ökonmische Aspekte erläutert und dargestellt: Ethnizität, Religion, Landrechte und Bildung.
Ausblick
Die Fertigstellung der endgültigen Version von LISUOC-Demographie ist für Ende Januar
2009 vorgesehen. In Zusammenarbeit mit den Entwicklern werden letzte Feinheiten justiert
und einige kleinere Korrekturen und Optimierungen vorgenommen: Dies betrifft vor allem
Layout-Fragen, eine benutzerfreundlichere Einbindung der Legende, einen enggültigen Check
der Exportfunktionen und die Überprüfung und Einbindung der dreisprachigen Hintergrundinformationen. Capacity-Buildingmaßnahmen und die Übergabe des Systems an unsere Beninischen Partner sind für das Frühjahr in Benin geplant.
IMPETUS
169
Literatur
Hadjer, K., Klein, T. & U. Singer (2004): Unveröffentlichter Datensatz des Regionalsurveys zur Existenzsicherung im Oberen Ouémé-Einzugsgebiet
Hadjer, K., Klein, Th. & M. Schopp (2005):Water consumption embedded in its social context, north-western
Benin. In: Physics and Chemistry of the Earth. Special Issue, Vol. 30, Issues 6-7, S. 357-364.
Heldmann, M. and Dovenspeck, M. (2008): Demography: Spatial disparities and high growth rates”. In: Thamm,
H.-P.; Recha, P.; Christoph, M. & Schütz, O. (2008) IMPETUS Atlas Benin. Bonn: University of Bonn.
Also available online: http://www.impetus.uni-koeln.de/iida
Heldmann, M. and Dovenspeck, M (2008).: “Demographic Projections for Benin until 2025”. In: Thamm, H.-P.;
Recha, P.; Christoph, M. & Schütz, O. (2008) IMPETUS Atlas Benin. Bonn: University of Bonn Also
available online: http://www.impetus.uni-koeln.de/iida
INSAE (1992): Troisième Recensement Général de la Population et de l’Habitat de Février 2002. Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique, Cotonou, Bénin.
INSAE (2003): Troisiéme Recensement Général de la Population et de l’Habitat de Février 2002. Institut National de la Statistique et de l’Analyse Economique, Cotonou, Bénin.
IMPETUS
170
PK Be-G.2 Wassermanagement und institutioneller Wandel
Problemstellung
Wasserknappheit in Benin ist weitgehend eine Folge sozial und politisch bedingter Zugangsregeln und äußert sich daher weniger als ein Problem der absoluten Wasserverfügbarkeit als
vielmehr des Zugangs zu sauberem Trinkwasser. Im Zuge der Dezentralisierung und weiterer
administrativer Reformen wurden Zuständigkeiten und die Kompetenzen der kommunalen
Verwaltungen im Wassermanagement nicht klar definiert. Als Konsequenz verhindern die
unterschiedlichen institutionellen Hemmnisse eine effektive Umsetzung der Reformen im
Bereich des Wassermanagements. Als zentrales institutionelles Hemmnis ist die geringe Abflussrate der Finanzmittel innerhalb des Wassersektors zu nennen. Beispiele sind die ausbleibende Wartung des bestehenden Versorgungsnetzes und die verzögerte Standortwahl neuer
Wasserstellen. Von besonderem Interesse ist hierbei, ob das kommunale Wassermanagement
zu einer besseren Versorgungssituation führen wird. Die Umsetzungsprobleme der Reformen
beziehen sich nicht nur auf Trinkwasserstellen, sondern vor allem auf die immer zahlreicheren
Kleinstauseen. Da das Wassermanagement derzeit von institutioneller Unsicherheit geprägt
ist, hängt seine Ausgestaltung stark von den Partikularinteressen und -strategien der beteiligten Akteure ab. Im Rahmen des Informationssystems LISUOC (Livelihood Security in the
Upper Ouémé Catchment) zur Existenzsicherung wurde ein Modul „Wassermagement und
institutioneller Wandel“ entwickelt. Das Modul bietet den zahlreichen Akteuren im Wasserbereich eine Datenbank zu Trinkwasserstellen und Texte zu Wassermanagementpraktiken.
Mitarbeiter
V. Mulindabigwi, N. Bako-Arifari, K. Hadjer, M. Heldmann
Zielsetzung
Ziel des Problemkomplexes ist es, die veränderten Planungs- und Implementierungspraktiken
des Wassermanagements im Kontext der Sektorreformstrategien und der Dezentralisierung zu
verstehen. Dieses Verständnis stellt zum einen eine unabdingbare Vorraussetzung dar, um
IMPETUS-Transferprodukte im Bereich des Wassermanagements sinnvoll zu platzieren. Zum
anderen soll der Wissenstransfer über neue Managementregime im Bereich der Wasserversorgung an zuständige Wasserinstitutionen zu einer effizienteren Planungspraxis im Sinne
eines Capacity Development beitragen. Basis für den geplanten Wissenstransfer sind die analysierten „best“ und „worst practices“, die in einem Vergleich zwischen verschiedenen Verwaltungseinheiten identifiziert werden.
Nutzergruppen
Das Informationssystem LISUOC (Livelihood Security in the Upper Ouémé Catchment) und
damit auch das Modul "Wassermanagement und Institutionen" wurde in erster Linie für die
Gemeinden (Bassila, Djougou, Ouaké, Copargo, N' Dali, Parakou, Tchaourou) und Projekte
der Entwicklungszusammenarbeit im oberen Ouémé-Einzugsgebiet entwickelt. Dieses Modul
dient ebenfalls als Informationstool für die SH (Services Hydrauliques) und für das LASDEL
IMPETUS
171
(Laboratoire d'Etudes et de Recherche sur les Dynamiques Sociales et le Développement Local).
Tab. III.1.4-2: Ausgewählte Anwender des LISUOC-Moduls Wassermanagement und Institutionen
Institution
Département Borgou
Département Donga
Kommune Bassila
Kommune Djougou
Kommune Copargo
Kommune Ouaké
Kommune N’Dali
Kommune Tchaourou
Kommune Parakou
LASDEL
Nutzer
Chef technique
Chef technique
Chef technique
Chef technique
Chef technique
Chef technique
Chef technique
Dr. Nassiro Bako-Arifari
Dr. Imorou
Universität Parakou
Universität Abomey-Calavi
Stand der IS -Entwicklung
Im Laufe des Jahres 2008 wurden vor allem die Aufarbeitung und Implementierung der Datenbank zu den Wasserstellen (traditionelle Brunnen,
geschlossene Brunnen, Pumpen, Wassertürme) in den Gemeinden des oberen Ouémé-Einzugsgebietes durchgeführt. Die Integration dieser Informationen in das IS LISUOC wird durch das Modul Wassermanagement und
institutioneller Wandel geleistet, dessen Struktur inzwischen verfügbar ist.
Die Ergebnisse dieses Moduls sind in Form von GIS-Karten und HTLMTexten abrufbar.
Dezentralisierung und Wassermanagement
Seit der Implementierung der Dezentralisierung (2002) stellt die Gemeinde im Wasserbereich
eine zentrale Rolle in der lokalen Entwicklung dar. Gemeinden verfügen jedoch kaum über
personale und finanzielle Kompetenzen für die Planung und Umsetzung der Entwicklungsprojekte (MULINDABIGWI & SINGER, 2007). Die Bauaufträge für die Wasserinfrastrukturen,
die eigentlich von den Gemeinden vergeben sein sollten, wurden immer noch von den Wasserbehörden auf Ebenen der Departements (Service Eau) gegeben. Trotz diesem Mangel an
einem effektiven Kompetenztransfer der Finanzen und der Verwaltung, gibt es eine positive
Entwicklung des Transferprozesses. Seit zwei Jahren ist das Ministerium für Wasser und
IMPETUS
172
Energie nicht mehr für die Verwaltung und Vergabe von Bauaufträgen für Wasserinfrastrukturen zuständig, sondern stattdessen seine Wasserbehörde in den jeweiligen Departements.
Bis 2010 ist es geplant, den Transfer bis auf die kommunale Ebene zu verwirklichen. Im Vorfeld eines effektiven Kompetenztransfers unterstützen die EZ-Wasserprojekte beispielsweise
PADEAR, AFD und DANIDA die Gemeinden, eigenes Personal im Wasserbereich einzustellen oder auszubilden. In diesem Zusammenhang arbeiten die Geldgeber mit der „Direction
Générale de l’eau“ zusammen, um eine koordinierte Wasserpolitik gemeinsam umzusetzen.
Zurzeit gibt es schon ein „Pot commun pour l’initiative eau“ (gemeinsamer Topf für Wasserinitiative). Wasserprojekte werden nicht mehr von einzelnen Geldgebern (z.B. DANIDA,
AFD oder PADEAR), sondern aus dem „Gemeinsamen Topf für Wasserinitiative“ finanziert.
Auch die Projektsanträge werden nicht mehr bei einem bestimmten Geldgeber, sondern direkt
bei der Verwaltung des „Gemeinsamen Topf für Wasserinitaitive“ gestellt. Einer der Vorteile
dieses neuen Ansatzes ist die Finanzierungsmöglichkeit von Wasserprojekten je nach realen
und realistischen Wasserbedarf der lokalen Bevölkerungen. In der Vergangenheit gab es bei
manchen Geldgebern bestimmte Beträge, die nicht überschritten werden durften, um z.B. ein
Wasserturm zu finanzieren. In vielen Fällen wurden Wassertürme finanziert, deren Kapazitäten nicht dem Wasserbedarf der Dorfbewohner entsprachen. Mit dem neuen Ansatz werden
Wassertürme und andere Wasserinfrastrukturen entsprechend dem Bedarf der Bevölkerung
geplant und umgesetzt. Die Geldgeber fördern aber immer noch individuell bestimmte Wasserprojekte weiter: Sensibilisierung oder Schulung der lokalen Bevölkerung für ein nachhaltiges Wassermanagement,…
Der Prozess des Kompetenztransfers beinhaltet institutionelle, finanzielle und politische Aspekte. Die Planung von Wasserprojekten für das Departement Borgou fand dieses Jahr in Zusammenarbeit zwischen der lokalen Bevölkerung und den Wasserbehörden statt. Die Planung
von unten nach oben (von Lokalität nach Kommune), und nicht umgekehrt, ermöglicht die
Partizipation der Bevölkerung und somit ein besseres Management der Wasserinfrastrukturen.
Bisher sind die institutionellen und politischen Transfers in Benin sehr gut gelungen. Der Prozess des Transfers von Finanzen läuft jedoch sehr langsam. Die Erklärungen dafür sind unterschiedlich:
-
von einem regierungskritischen Standpunkt aus, befürchtet die Zentralregierung
Macht- und Legitimitätsverlust im Falle einer tatsächlichen finanziellen Autonomie
der Gemeinden
-
von einem regierungsnahen Standpunkt aus ist ein tatsächlicher Transfer der Finanzen
zu den Kommunen so lange nicht möglich, solange Buchhaltung und Verwaltung dort
nicht transparent und effizient sind. Die Gemeinden verfügen weder über genügend,
noch über kompetentes Personal.
Im Vergleich zu Benin wird der Transfer finanzieller Kompetenzen im Rahmen der Dezentralisierung in Ruanda erfolgreich umgesetzt. Alle Gemeinden verfügen über genügend Gelder
und kompetentes Personal (Mulindabigwi & Singer, 2007). Ein ruandischer Minister begründet diesen Erfolg als Resultat eines Willens der Zentralregierung und vor allem des Präsiden-
IMPETUS
173
ten: „Es ist nicht einfach, als Minister zu akzeptieren, dass z.B. von 15 Milliarden FRW 7
Milliarden an die Gemeinde transferiert und dort verwaltet werden“.
Während die Dezentralisierung in Ruanda ein zentral gesteuerter und geförderter Prozess ist,
wird der Dezentralisierungsprozess in Benin dagegen von der Zentralregierung verzögert
(Mulindabigwi & Singer, 2007). Von daher ist der Transferprozess der Kompetenzen auch im
Wasserbereich sehr langsam. Aber dieser langsame Entwicklungsprozess der Dezentralisierung in Benin basiert auf einem demokratischen Denken und kann künftig zu einer nachhaltigen und effektiven Dezentralisierung führen.
Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit der Wasserinfrastrukturen
Die beninische Regierung und Geldgeber streben an, viele Wasserprojekte zu planen und umzusetzen, um bis 2015 die Millieniumsziele bezüglich der Trinkwasserversorgung zu erreichen. Im März 2008 wurde ein neues Dekret des Ministeriums für Wasser und Energie eingeführt, das die Eigenbeiträge der lokalen Bevölkerung für die Finanzierung neuer Wasserinfrastrukturen bis zu 70 % reduziert. Für einen Wasserturm liegt z.B. der Eigenbeitrag maximal
bei 2.000.000 CFA (ca. 3000 Euro), anstatt 5.000.000 CFA (7500 Euro). Von 2008 bis 2015
sind z.B. im Departement Borgou 1706 EPE zu realisieren. Ein effektiver und nachhaltiger
Zugang zum Trinkwasser kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn die Wasserinfrastrukturen nicht in einem guten Zustand und funktionsfähig gehalten werden. Im Jahre 2008
sind 735 (30,6%) von insgesamt 2404 EPE (Equivalent Point d’Eau = Wasserstelleäquivalent)
außer Betrieb gewesen. Dies ist ein Ergebnis des nicht auf Nachhaltigkeit ausgerichteten
Wassermanagements der lokalen Bevölkerung.
Im Dorf Sirarou (N’Dali) ist ein von Weltbank finanziertes AEV (Wasserversorgungssystem
mit einem riesigen Wasserturm) längst funktionsunfähig. Die Solarzellenpanelen wurden
durch Kinder komplett zerstört und bisher nicht von den Dorfbewohnern oder der Wasserbehörde repariert bzw. ersetzt. Da es in diesem Dorf der akute Wasserbedarf ständig zunimmt,
haben sich die Dorfbewohner in Zusammenarbeit mit der Wasserbehörde entschieden, das
ganze Wasserversorgungssystem zu rehabilitieren. Obwohl die Rehabilitierung technisch
möglich und finanziell billiger als eine neue Wasserversorgungsanlage zu finanzieren ist, wird
stattdessen ein neuer Wasserturm gebaut. Der Grund dafür ist nicht klar, aber man kann vermuten, dass in einem Land mit Korruptionproblemen, in dem viele Gelder für Wasserprojekte
verfügbar sind, die Behörde versuchen, viele große Bauaufträge zu geben und davon zu profitieren. Dieses Verhalten führt auch dazu, dass die Dorfbewohner sich wenig mit den Wasserinfrastrukturen identifizieren.
Kommentar [H1]: Diesen Satz
finde ich ganz schön hart
IMPETUS
174
Abb. III.1.4-5: Defekte Wasserversorgungsanlage in Sirarou
Obwohl die erneuerbaren Energien im Vordergrund der Entwicklungspolitik stehen, wurde
die Solarenergienanlage bei den EZ-Wasserprojekten in Benin durch Generatoren ersetzt.
Diese sind erstens nicht umweltfreundlich wegen des hohen CO2-Ausstoßes, zweitens erhöht
sich der Wasserpreis entsprechend der Entwicklung des Dieselpreises, was die Nutzung sauberen Wassers negativ beeinflussen könnte. Folgende Gründe für die Anwendung von Generatoren anstatt Solarenergieanlage wurden von lokalen Bevölkerungen und Wasserbehörden
aufgelistet:
-
die Solarzellenpanelen wurden oft durch Kinder beim Spielen kaputt gemacht oder
von Erwachsen geklaut. Hier wäre die Lösung, die Solarzellenpanelen hoch z.B. auf
den Wasserturm anstatt direkt nahe des Bodens zu installieren.
-
ein zweites Problem ist die Schwäche der Solarenergieanlage, nämlich Wasser bis in
die Wasserturmhöhe zu pumpen. Die meisten Solarenergieanlagen sind sehr alt oder
wurden aufgrund dessen mit veralteten Techniken gebaut, so dass ihre Kapazitäten beschränkt sind. Zudem funktionieren sie nur tagsüber während die Generatoren jederzeit auch abends Wasser pumpen können. Hier wären die Leistungen der u.a. in
Deutschland neuesten entwickelten Modelle von Solarzellenpanelen wahrscheinlich
effektiver als bisher und würden zu einem nachhaltigen Wasserzugang in Benin beitragen.
-
bei Pannen der Solarenergieanlagen gibt es zu wenige Techniker, die schnell die Reparaturen machen können. In den 90er Jahren gab es eine beninische Firma, die die Wartung und Reparaturen durchgeführt hatte. In vielen Fällen dauerte es aber recht lange,
IMPETUS
175
bis die Dorfbewohner z.B. eine neue oder reparierte Batterie erhalten konnten. Seit
diese Firma pleite gegangen ist, ist dies noch komplizierter.
Zugangsmodalitäten für Trinkwasser
Die Verfügbarkeit der modernen Wasserinfrastrukturen reicht nicht aus, um eine Nutzung von
sauberem Trinkwasser durch die lokale Bevölkerung dauerhaft zu garantieren. Die Zugangsmodalitäten zu den modernen Wasserinfrastrukturen bestimmen nicht nur den Verbrauch des
sauberen Trinkwassers, sondern auch die nachhaltige Nutzung dieser Infrastrukturen. Für die
traditionellen und modernen Brunnen ist der Zugang zum Trinkwasser kostenlos. Hingegen
kaufen die Dorfbewohner Wasser aus den Wassertürmen und in seltenen Fällen aus den Pumpen. Im oberen Ouémé-Einzugsgebiet wurden zwei wichtige Zugangsmodalitäten zu Trinkwasser identifiziert.
1. Das kollektive Wassermanagementsystem, das seinerseits drei Systeme beinhaltet: Zahlung vor der Wasserentnahme, monatlicher Pauschalbetrag und Beitrag bei Panne. Die Zahlung vor der Wasserentnahme unterteilt sich ebenfalls
in täglicher Zahlung und Barzahlung (bei jeder Wasserentnahme)
2. Das delegierte Wassermanagementsystem, das durch eine Person, eine Personengruppe oder durch ein Unternehmen gewährleistet wird
Am häufigsten begegnet man dem kollektiven Wassermanagementsystem, das aber keine
langfristige und nachhaltige Benutzung der Wasserinfrastrukturen garantiert. Zu weiteren
Nachteilen zählen der Mangel an Motivation der Mitglieder der Nutzerkomitees und die langsamen Reparaturen der Wasserinfrastrukturen. Vor diesem Hintergrund wird von den genannten Akteuren des Wasserbereiches momentan das delegierte Wassermanagementsystem bevorzugt. Dieses System sichert die Nachhaltigkeit der Wasserinfrastrukturen. Seine Implementierung führt jedoch seitens der Bevölkerung zur Beunruhigung, da es mit erhöhten Kosten für die Nutzer/innen verbunden ist und damit in der Folgekette einkommensschwache
oder arme Nutzer/innen zur Nutzung unsauberen Trinkwassers zwingen würde.
Für alle modernen Wasserstellen (Wassertürme, Pumpe), involvieren die Wassermanagementssysteme die Kommunen, die Wasserverbraucher und Privatunternehmer.
Das Gesetz der Dezentralisierung und die Sektorenstrategie über den Zeitraum 2005 – 2015
betonen eine wichtige Rolle der Kommunen im Management der Wasserinfrastrukturen folgendermaßen: (1) Die Kommune ist Inhaber der Wasserinfrastrukturen, (2) Die Kommune
beauftragt die Wasserbewirtschaftung (Produktion und Distribution) und Wartung, (3) Die
Kommune stellt die Kontrolle und Regelung sicher, um die Nachhaltigkeit der Infrastrukturen
zu garantieren. Vier Modelle von Bewirtschaftungs- und Wartungsverträge der Wasserinfrastrukturen ermöglichen es der Kommune, ihre Rolle durchzusetzen: (1) Unternehmervertrag:
Auftrag durch die Kommune an Unternehmer, (2) Dreiervertrag: Kommune – Wasserverbraucherkomitee - Privatunternehmer, (3) Produktion -Distributionsvertrag: Produktionsauftrag
durch die Kommune an einen Unternehmer und der Distribution zu einem Wasserverbrau-
IMPETUS
176
cherkomitee, (4) Vertrag mit Wasserkomitee: Auftrag durch die Kommune an ein Wasserkomitee (IGIP, 2007).
Implementierung der Datenbank zu Wasserstellen in LISUOC
Für jede Gemeinde des oberen Ouémé-Einzugsgebietes wurde eine Datenbank mit den zugehörigen Wasserstellen in LISUOC implementiert. Die Wasserstellen bestehen aus traditionellen Brunnen, modernen Brunnen, Pumpen und Wassertürmen. Die Datenbank enthält hauptsächlich die folgenden Informationen zu den Wasserstellen: Lokalisierung (geographische
Koordinaten, Dorf, Arrondissement, Kommune), Art der Wasserstelle, Anzahl der modernen
Wasserstellen pro 1000 Einwohner, Datum der Realisierung, Geldgeber, Zustand der Wasserstelle, Anzahl der Pumpen oder Wasserhähne, Art der Pumpe und Art der Wasserentnahme.
In Zusammenarbeit mit dem PK Be-G.5 wurde diese Datenbank mit chemischen und biologischen Analyseergebnissen von 1500 Wasserstellen erweitert.
IMPETUS
177
Abb. III.1.4-6.: Beispiele räumlicher Verteilung der Trinkwasserstellen in den Kommunen Oaukè und Tchourou
Ausblick
Bis Mitte Februar 2009 wird das Text zum Wassermanagement in LISUOC eingebaut und die
vollständige Integration des Moduls „Wassermanagement und Institutionen“ in LISUOC abgeschlossen sein.
IMPETUS
178
PK Be-G.3 Existenzsicherung und Ressourcennutzung
Wasser als produktives Gut in der Nahrungsherstellung
Problemstellung
Wie sichern die Menschen in Zentralbenin ihren Lebensunterhalt? Welche Ressourcen nutzen sie
dabei, und wodurch wird ihr Verhalten beeinflusst? Ein fundiertes Verständnis sozialer und ökonomischer Handlungsstrategien der Bevölkerung zählt zu zentralen Grundbedingungen für Entscheidungsfindungen innerhalb der Lokalplanung. Das Modul „Existenzsicherung und Ressourcennutzung“ beantwortet die Frage danach, wie die ländliche und städtische Bevölkerung im oberen Ouémé-Einzugsgebiet ihre Existenz sichert. Die Einschätzung von Nachhaltigkeit und Vulnerabilität
erfordert im ethnologischen Sinne einen holistischen (ganzheitlichen) Analyseansatz, der zumindest
die folgenden Lebensbereiche verknüpft: Arbeit, Produktion, Kapital(-bildung), Medizin, Gabentausch und Netzwerke, Ernährung, Ressourcennutzung, Risikostrategien und Soziale Organisation.
Damit können zentrale Fragestellungen zur Existenzsicherung statistisch repräsentativ beantwortet
werden, darunter: Mit welchem finanziellen Budget wirtschaften Frauen und Männer? Trinkwasser
ist nicht für alle Menschen gleichmäßig zugänglich: Wie viele Menschen sind zum Zukauf von
Wasser gezwungen? Welchen Einfluss hat verunreinigtes Wasser auf die Gesundheit und damit auf
die Existenzsicherung (Arbeitsausfall, Kosten, ...)? Welche Netzwerke werden in Zeiten der Nahrungs- oder Wasserunsicherheit bzw. im Krankheitsfall aktiviert?
Mitarbeiter
K. Hadjer, M. Heldmann, V. Mulindabigwi
IMPETUS
179
Zielsetzung
Der Problemkomplex zielt auf statistisch repräsentative Analysen von Bedingungen und Strategien
lokaler Existenzsicherungsstrategien im HVO. Im Fokus stehen dabei Bezüge zwischen sozialem
und ökonomischem Handeln und der Nutzung von beziehungsweise dem Zugang zu Ressourcen.
Ein übergeordnetes Ziel stellt die Vermittlung und Bereitstellung statistisch repräsentativer Daten(analysen) an verschiedene Nutzergruppen dar. Sie betreffen die Bereiche Arbeit, Produktion,
Kapital(bildung), Medizin, Risikostrategien, Ernährung, Wasserqualität, Ressourcennutzung und –
zugang. Als zentrales Transferprodukt dient das Informationssystem LISUOC.
Nutzergruppen
•
Gemeindevertreter/innen und ReCPA (Responsable Communal pour la Promotion Agricole) der Communes Bassila, Djougou, Copargo, Ouaké, N’Dali, Tchaourou, Parakou
•
Planungsministerium
•
UNDP (United Nations Development Programm)
•
CeRPA (Centre Regional pour la Promotion Agricole)
•
SH (Service Hydraulique) Borgou, SH (Service Hydraulique) Donga
•
GTZ (Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit)
•
UAC (Université Abomey-Calavi): FLASH (Faculté des Lettres, Arts et Sciences Humaines)
•
DED (Deutscher Entwicklungsdienst)
•
Helvetas
Das Informationssystem LISUOC konnte im Jahr 2008 erfolgreich
abgeschlossen und auf der Statuskonferenz in Ouagadougou präsentiert werden.
Letzte laufende Optimierungen finden im Frühjahr 2009 ihren Abschluss.
Anschließend erfolgt eine finale Feedback-Runde mit den beninischen Nutzern.
Der zugrunde liegende Datensatz korreliert Aussagen von 839 Frauen und Männern zur alltäglichen Existenzsicherung in ländlichen und städtischen Gebieten
(7 Gemeinden). Die folgenden Themenblöcke stehen im modulinternen
Startfenster zur Auswahl: (1.) Arbeit, (2.) Produktion, (3.) Weiterverarbeitung,
(4.) Ernährung, (5.) Distribution und Austausch, (6.) Kapital, (7.) Medizin und
Wasser. In diesem Fenster sind weitere Optionen verfügbar.
IMPETUS
180
Ausgangsthese, Konzept und Problemstellung
Der dem Modul zugrunde liegende Datensatz birgt zwei entscheidende Innovationen: (1.) Die Daten sind geschlechtsspezifisch aggregierbar: Erstmalig für Benin und Nachbarländer liegt ein statistisch repräsentativer Datensatz vor, der die Aussagen von Frauen und Männern gleichwertig einbezieht; (2.) Abrufbar sind die Daten entweder in Tabellenform, oder, sofern erwünscht, als räumliche
Daten. Die Parameter lassen sich exportieren und in ein beliebiges anderes Geoinformationssytem
(GIS) einspeisen.
Mehrjährige sozialwissenschaftliche Forschungen in Zentralbenin und ein enges Zusammenleben
mit der Bevölkerung waren nötig, um zentrale Ebenen menschlichen Handelns zu verstehen (Forschungsphase 2000-2003). Dabei erwies sich der akteurszentrierte Ansatz als einzig sinnvoller Zugang zum Verständnis von Risikostrategien der Existenzsicherung. Denn anders als etwa in den
meisten europäischen oder asiatischen Ländern, verwalten Familien- und Haushaltsmitglieder in
Benin ihr Einkommen vornehmlich getrennt. Hinzu kommt, dass Frauen und Männer oftmals hochgradig individuell wirtschaften und meistens keiner so recht weiß, was der oder die andere verdient.
Die Strategie der Geheimhaltung ist eng verflochten mit der Angst vor Neid und Missgunst. Sie
begünstigen den Einsatz okkulter Praktiken wie Schadenszauberei.
Für die Entwicklung des Fragebogens, der den Daten im Modul „Existenzsicherung“ zugrunde
liegt, resultierte aus diesem Sachverhalt die Zugrundelegung der folgenden, zentralen Ausgangsthese: Wirtschaftliches und soziales Handeln in Benin wird maßgeblich vom Geschlecht der Akteure
und Akteurinnen, okkulten Praktiken und ausgeprägt individualisierten Handlungsentscheidungen
und Sozialbeziehungen bestimmt (Hadjer 2006:6). Aus dieser These leiten sich die folgenden Annahmen ab: (1.) Soziales und wirtschaftliches Verhalten lässt sich nur dann adäquat erfassen, wenn
wir Frauen und Männer beobachten und befragen. (2.) Nur wenn wir verschiedenste Themenfelder
zueinander in Bezug setzen, können wir Existenzsicherung ganzheitlich begreifen. (3.) Dazu ist eine
Mixtur aus zwei Datenquellen nötig: quantitative Daten (statistisch repräsentative Umfrage) müssen
ergänzt und erläutert werden durch qualitative Daten (Ethnologische Hintergrundtexte zur Existenzsicherung).
Systemstruktur
Bereits im ersten Fenster erhält der Nutzer die Möglichkeit, die Art der Ergebnisausgabe zu steuern:
Sollen die Ergebnisse der Umfrage im Geschlechtervergleich dargestellt werden oder die Gesamtzahlen? Ist eine Berechnung der Ergebnisse in Prozent oder nach Häufigkeit gewünscht? Wird ein
Vergleich der 7 Kommunen erzielt oder sollen die Ergebnisse zu einer spezifischen Kommune abgebildet werden? Anschließend erfolgt die Wahl eines Oberthemas (z. B. Arbeit, Produktion, Gabentausch oder Kapital). Jedes Oberthema gruppiert spezifische Fragestellungen. Unter der Themenwahl „Gabentausch & soziale Netzwerke“ findet sich beispielsweise die Frage nach der Art
getätigter Gaben innerhalb der letzten Woche vor dem Interview.
IMPETUS
181
Abb. III.1.4-7: ArcGIS-Benutzer-Interface für LISUOC, Modul Existenzsicherung
Für die Ergebnisabfrage besteht neuerdings die Option, zwischen einer tabellarischen oder GISbezogenen Darstellung zu wählen, nachdem man sich entschieden hat, ob die Kommunen einzeln
oder zusammen abgebildet werden sollen:
IMPETUS
182
Abb. III.1.4-8: Ausgabevarianten: Tabelle oder GIS-bezogen
Über den Button „Information / Inhaltliche Erläuterungen“ gelangt der User zur Textsammlung
„ethnologische Hintergrundtexte zur Existenzsicherung“, die dreisprachig über wichtige Zusammenhänge und Hintergründe des sozialen und ökonomischen Handelns im lokalen Kontext infor-
IMPETUS
183
miert. Da der Aufbau der restlichen Datenabfrage im vorherigen Bericht ausführliche Beachtung
fand, liefern die folgenden Ausschnitte einen exemplarischen Einblick in die Hintergrundinformationen.
Beispiel 1: Grundzüge sozialen und ökonomischen Verhaltens (Hadjer 2006, 2008)
„In Benin arbeiten die Menschen solidarisch zusammen – Familien gehen gemeinsam zur Ernte auf
das Feld, Frauen bereiten im Wechsel das gemeinsame Abendessen zu, man arbeitet Hand in Hand.
Neben Kooperation und Austausch tritt eine zentrale Strategie hervor: Frauen und Männer wirtschaften einerseits sehr eigenständig, andererseits in vielen Bereichen strikt getrennt voneinander.
Jede Gesellschaft ist sozial organisiert. In Zentralbenin begünstigt die Sozialstruktur die Strategie
von Frauen, sich unabhängig vom Mann eine eigene Existenz aufzubauen. Denn beispielsweise
Abstammungsregeln, Erbfolge und Namensgebung verlaufen über die männliche Linie. Frauen sichern sich über eigenes Einkommen ab, um beispielsweise beim Tod ihres Ehemannes nicht mittellos dazustehen. Besonders gilt dies für Frauen, deren Ehemänner mit mehreren Frauen zusammenleben.
Bei der Hochzeit zieht die Frau zum Mann, oft in eine neue Umgebung. Sie muss neue Netzwerke
aufbauen, um sich und ihre Kinder abzusichern. Deshalb floriert der Gabentausch besonders zwischen Frauen gemäß dem lokalen Sprichwort “la pâte ne se mange pas avec un seul doigt” (siehe
ausführlicher: “Netzwerke und Gabentausch”).
Regen- und Trockenzeit beeinflussen stark den Zugang zu Ressourcen wie Wasser und Land. Frauen und Männer begegnen diesen Einschränkungen flexibel und nachhaltig: Viele üben im Jahresverlauf mehrere verschiedene ökonomische Tätigkeiten aus, um ihre Existenz zu sichern. Die LISUOC
zugrunde liegenden Daten der Umfrage bestätigen dies. Eindeutig dominieren Männer die Landwirtschaft, was mit der Tatsache harmonisiert, dass nur wenige Frauen Land offiziell besitzen und
der Griff zur Hacke in einigen Regionen für Frauen tabuisiert wird. Lukrativer ist für sie deshalb
der Handel. Er wird häufig von Frauen mit der Umwandlung von Agrarprodukten in Nahrungsmittel kombiniert – einer exklusiven Frauendomäne.
In vielen Ländern praktizieren Eheleute ‘pooling’. Das heißt, die Einnahmen werden zusammen
getan und gemeinsam verwaltet. Dies kommt in den untersuchten Gemeinden nur sehr selten vor.
Eher gilt: Keiner weiß so recht, was der andere verdient. Auch innerhalb von Haushalten kommt es
deshalb zu teils großen Wohlstandsunterschieden. Sie werden begünstigt durch das Schweigen, das
Geheimnis: Es schützt nicht nur vor Neid, der sich über okkulte Praktiken entladen kann. Sondern
es ermöglicht eine individuelle Sicherung der Existenz (siehe ausführlicher: Das Geheimnis des
Geldes).“
Beispiel 2: Hinter den Kulissen von Haushalten (Hadjer 2006, 2008)
„Existenzsicherungsstrategien lassen sich – zumindest in Benin – nur dann verorten, wenn man ihre
Einbettung in den sozialstrukturellen Kontext berücksichtigt. Wie der Blick auf Residenzstrukturen
und Organisationsprinzipien zeigt, begegnet man im ländlichen Benin einer ausgeprägten Hetero-
IMPETUS
184
genität individueller Präferenzen und Interessen – nicht nur im Kontext sozialer Zuständigkeiten
(Pflicht versus Realität), sondern vor allem auch bezüglich ökonomischer Strategien.
Es zeigt sich, dass die patrifokale Sozialstruktur zwar durchaus eine Art interethnisch präsenten
‚Überbau’ familiärer, verwandtschaftlicher und residenzieller Organisationsformen darstellt. Eine
Ableitung dualer Geschlechterhierarchien erweist sich jedoch als verkürzt. Statusverteilungen,
Rechte und Pflichten einzelner Mitglieder variieren nicht nur nach Alter, Geschlecht oder Haushaltszusammensetzung, sondern beispielsweise auch in Abhängigkeit davon, ob sich Personen kontextspezifisch in Allianz- oder Deszendenzbeziehungen bewegen.
Beziehungen sind innerhalb der agnatisch organisierten Verwandtschaft von Respekt, Zuneigung
und Freundschaften geprägt, aber auch von Hierarchien und Konkurrenz. Blutsverwandtschaft stellt
insgesamt einen zentralen und stabilen Referenzpunkt dar. Hingegen sind affinale Beziehungen
über Heiratsbeziehungen häufigem Wandel ausgesetzt, was sich unter anderem in hohen Scheidungsraten niederschlägt.
Die Tatsache, dass erfolgreich praktizierte Polygynie Männern eine Tür zur Akkumulation von
Prestige, Statusgewinn und einer hohen Kinderzahl öffnet und auch Frauen ökonomische und soziale Vorteile verschafft, führt zum Fortbestand der Vielehe. Im Extremfall beinhaltet dies, dass eine
Frau einen Mann (relativ problemlos) verlassen kann, wenn er sich weigert, eine zweite Frau zu
ehelichen (z. B. wegen Geldmangel). Viele polygyn lebende Frauen betonten, dass ihnen die Vielehe durch den Mobilitätsgewinn Tore zur individuellen Akkumulation von Geld öffne. Andere betonen, die normierte Bindung ihrer Kinder aus erster Ehe an den neuen Ehemann sei seinem verantwortungsvollen Einsatz für die Nachkommen förderlich.
Frauen kontrollieren die Kindererziehung und sind an der Beschaffung und Verteilung von Nahrung
beteiligt. Spätestens mit Eintritt der Menopause steigen ihre soziale Macht und Autonomie. Doch
der hohe Grad an Mobilität und Individualität hat seinen Preis. In der sozialen Praxis müssen Neid
und Konkurrenz, Machtverhältnisse und Hierarchien ständig neu ausgelotet werden – etwa, wenn
der Mann eine neue Frau in den Hof holt, wenn eine der Frauen erkrankt und pflegebedürftig wird
oder eine Schwiegertochter ihr Arbeitspensum nicht verrichtet. Zwistigkeiten zwischen Ehefrauen
sind dabei eher als Verteilungskämpfe um die materielle Unterstützung durch den Mann zu bewerten und weniger als Eifersüchteleien um seine affektive Gunst.
Ein Ernteausfall gefährdet nicht nur die Ernährungssicherheit der Familie, sondern bedeutet für den
Mann einen Autoritätsverlust, aus dem weitere Spannungen resultieren können. Kann er seine
Frau(en) nicht adäquat versorgen, schadet dies seinem Ansehen. Gleichzeitig beinhaltet die ökonomische Emanzipation einer Frau für ihren Ehemann einen potentiellen Status- und Legitimitätsverlust.
Haushalte erweisen sich im vorliegenden Kontext nicht als produktive und auch nicht als konsumtive Einheiten, sondern als Sozialgefüge, in denen unterschiedliche Individuen und strategische
Gruppen als Überlebensgemeinschaften kooperieren und konkurrieren. Besonders mit Zunahme der
Haushaltsgröße und der einhergehenden Multiplikation divergierender Akkumulationsinteressen
steigt die Gefahr innerhäuslicher sozialer und ökonomischer Brüche.
IMPETUS
185
Die bewusste Aufrechterhaltung von Geschlechterdifferenzen und strukturierenden Normen wie
Gütertrennung oder getrennte Kassen erweist sich als eine Form der Machtbegrenzung, die für beide Geschlechter das Recht über eigene Arbeitsprodukte und individuellen Besitz beinhaltet. Folglich trifft man unter einem Dach auf eine Vielzahl unterschiedlicher Präferenzen und ökonomischer
Akkumulationsbestrebungen, die soziale Differenzierung begünstigen und dem Einzelnen Chancen
bieten, seine ökonomischen Existenzgrundlagen zu verbessern.“
Beispiel 3: Arm und Reich (Hadjer 2006, 2008)
„Être pauvre (frz.: arm sein) beschreibt in lokalen Sprachen wie Yom oder Lokpa ein Konzept, das
sich eher dem Chambers’schen Verständnis von Vulnerablität (1989) annähert als dem klassischen
Armutsbegriff, wie ihn die WHO bis heute mit dem Fokus auf Einkommenshöhen und Ressourcenzugang verwendet. ‚Reich’ ist nicht unbedingt der, der am meisten Geld hat. Ist seine Akkumulation
plötzlich erfolgt und betreibt er damit keine reziproken Austauschbeziehungen, so lebt er in großer
Unsicherheit, wie etwa ein 32-jähriger Dorfbewohner schildert: „Reich ist jemand, der viele Kinder
hat, der Probleme bewältigen und eine große Familie ernähren kann. Reich ist jemand, dessen Familie und Ahnen mit ihm zufrieden ist. Wer nicht gibt, kann nicht reich sein, denn schon morgen
wird er krank oder mit Nichts dastehen“, so ein anonymer Dorfbewohner aus Bougou.
Den Wohlhabenden zeichnet nicht nur sein potentiell hohes Einkommen, sondern vor allem sein
nachhaltig erfolgreicher Umgang mit Unsicherheiten und Gefahren aus. Er sichert sich beispielsweise durch die Pflege redistributiver Sicherungsnetzwerke prophylaktisch davor, in Zeiten Existenz bedrohender Krisen wie Ernteausfällen allein da zu stehen. Er weiß, sich durch sein Verhalten
vor Gefahren wie Hexereiangriffen und Schadenszauber zu schützen.
Selbstverständlich unterliegen lokale Wohlstandsdefinitionen personen- und generationenspezifischer Variation und lassen sich vor dem multiethnischen Hintergrund nicht pauschalisierend zusammenfassen. Doch die Identifikation von Überzeugungen und Strategien, die von vielen Interakteuren und -akteurinnen geteilt werden, ist gleichzeitig eine notwendige Voraussetzung für ein Verständnis ökonomischer Realitäten.
Der Ältestenrat eines Dorfes identifizierte eine Residenzfamilie als „ärmster Haushalt des Dorfes“
mit der Begründung, der Vorstand sei ein Alkoholiker. Er könne seinen Pflichten nur unzureichend
nachkommen, verpasse wichtige Zeremonien, auf ihn sei kein Verlass. Betritt man den Hof des Betroffenen, lässt sich kein offensichtlicher Unterschied zu als „reich“ eingestuften Gehöften ausmachen: Es ist sauber, es gibt mehrere Zimmer, Hühner, Kinder, einen Hausbrunnen und sogar ein
Fahrrad.
Der Wohlstand einer Person misst sich nicht nur an ihrer Verfügbarkeit von materiellem Kapital
(z.B. Geld), sondern auch an ihrem symbolischen Kapital (z.B. Prestige). Beide lassen sich zum
Beispiel im Kontext von Gaben bei den so wichtigen Beerdigungszeremonien nicht trennen: Ökonomischer und sozialer Status von Gebenden und Empfangenden sind eng verbunden. Wer mehr
hat, kann mehr geben. Integrität misst sich an seiner Partizipation an Austauschprozessen. Wer als
„sehr reich“ eingestuft wird, entlohnt Gastgeber und -geberinnen bereits durch die Gabe seiner
prestigiösen Präsenz. Er macht damit öffentlich, welch ranghohe Netzwerke der oder die Ausrichtenden pflegen. Sein tatsächlicher materieller Beitrag kann dabei nahezu sekundär werden. Somit ist
IMPETUS
186
gerade der Ärmste zum größtmöglichen Aufwand bei Zeremonien verpflichtet, wozu viele Bauern
nur dank eines komplizierten Systems von Krediten und Schulden in der Lage sind.
Wohlstand bedeutet Sicherheiten, und diese sind weniger über Redistribution im Sinne einer egalisierenden Umverteilung von Gütern erreichbar als vor allem über eine hohe Kinderzahl (als Altersvorsorge) und einen erfolgreichen Umgang mit dem bedrohlichen Neid der anderen. Wohlstand
beinhaltet zudem die nötige Pflege reziproker Beziehungen, die nur so lange von Bestand sind, wie
Ungleichheit aufrechterhalten wird („du schuldest mir etwas, ich kriege noch etwas von dir“).
Offenkundige materielle Armut, die sich besonders in der Unfähigkeit ausdrückt, Gaben zu entgegnen, ist gefürchtet und muss verborgen werden, so weit es geht. Wie bereits angedeutet, gilt dies
aber – nur zunächst paradox erscheinend – auch für den so sehr angestrebten Wohlstand: Wer im
Dorf plötzlich teure Kleidung trägt, kann verdächtigt werden, unredlich an Geld gekommen zu sein
oder seine Familie zu vernachlässigen. Er oder sie zieht den potentiellen Neid anderer auf sich,
womit sein oder ihr Risiko steigt, Opfer nivellierender Praktiken zu werden. Wer einmal als reich
anerkannt wurde und sich somit abhebt, wird hingegen zu einer Art Prestigeträger/in, dessen oder
deren Umgang Interaktionspartner und -partnerinnen aufwertet.
Schlussendlich fügen sich lokale Wohlstandsdefinitionen in eine Gesellschaftsstruktur ein, in der
jegliche Transaktion und Interaktion auf höchst anthropozentrische Weise personalisiert wird. Erneut rückt dabei die besondere Relevanz magisch-religiöser Glaubensformen in den Vordergrund.
Denn spektakulärer Zuwachs an ökonomischem Kapital (Geld, Besitz) geht oft mit Hexereiverdacht
einher – besonders, wenn es nicht geteilt wird.
Nicht zuletzt vor diesem Hintergrund wird verständlich, warum Geld im lokalen Kontext zwar ein
allgegenwärtiges, gleichzeitig aber geheimnisumwobenes Gut darstellt. Bei lokalen Definitionen
des bien-être, des Wohlseins, wird Bedürfnisbefriedigung auf Dorfebene vorrangig an einer sicheren Ernährungsgrundlage und Deckung des Konsumbedarfs gemessen, weniger an der Höhe von
Investitionen oder gefüllten Sparbüchern.
Ein weiteres Wohlstandskriterium ist soziales Prestige, das Haushaltsvorstände akkumulieren, wenn
sie ihre Speicher mit der Ernte auffüllen und diese niemals ganz leer werden lassen. Im Extremfall
kann es gar dazu kommen, dass die alte Ernte öffentlich als Zeichen des Überflusses verbrannt
wird. In anderen Fällen werden Ernteüberschüsse gehortet, anstatt sie regelmäßig umzuverteilen,
um einen vollen Speicher vorweisen zu können. Mit solchen Verhaltensweisen streben besonders
ältere Männer Prestigegewinn an. In materieller Hinsicht trägt die Familie davon einen Nachteil, da
– mikroökonomisch formuliert – keine optimalen Kosten-Nutzen-Kalküle vollzogen werden. Derart
ausgerichtete Strategien bergen Konfliktpotential: Was beim Nachbarn für Anerkennung sorgt,
kann in der Familie zu Wut und Schuldzuweisungen führen. Hier zeigt sich erneut und sehr deutlich
die ständige Notwendigkeit innerhäuslicher Verhandlungen.“
Beispiel 4: Das Geheimnis des Geldes (Hadjer 2006, 2008)
„Wie im vorherigen Abschnitt deutlich wurde, verwalten viele Haushaltsmitglieder ihr Einkommen
individuell. Dies gilt besonders für Familien, in denen mehrere Ehefrauen unter einem Dach leben
(Polygynie). Wo die Zurschaustellung von Wohlstand tödlichen Neid produzieren kann, wo Frauen
nach dem Tod ihres Ehemannes oft ohne Erbe in einen neuen Lebensabschnitt entlassen werden,
IMPETUS
187
wird individuelle Akkumulation im Verborgenen zu einer nachhaltigen Strategie der Existenzsicherung. Dies macht verständlich, warum viele westafrikanische Paare Gütertrennung praktizieren und
ihr Geld getrennt verwalten. Die Unkenntnis des finanziellen Budgets von Lebenspartnern oder partnerinnen betrifft nicht nur außergewöhnliche Investitionen, sondern vor allem auch den sozialen
und ökonomischen Alltag.
Gleichzeitig zirkuliert Geld auch in dem entlegensten beninischen Dorf ständig und vor aller Augen
– beim Frühstückskauf, auf dem Markt, in den Anbaugruppen, in Sparclubs oder in Sammelaktionen für Dorffeste. Doch wer kein anerkannter homme publique ist (z. B. Politiker, Geschäftsmänner, Fußballspieler), wer sich nicht zur Position des reichen Rückkehrers aus der Stadt bekannt hat,
kurz, wer sich besonders im ländlichen Kontext im unteren Einkommensbereich bewegt, der vermeidet es tunlichst, seinen Wohlstand zur Schau zu stellen. Und so kleidet sich die reiche Seherin
Lara im Dorf mit alten Stoffen und akkumuliert materiellen Besitz fernab in Togo. Der reichste
Mann des Dorfes wechselt nur selten seine Kleidung, und der 24jährige Issifou holt seine Brille (ein
Prestigeobjekt) nur einmal im Jahr zur islamischen Feier des Hammelfestes hervor. Die Beispiele
sind zahlreich. Auch individuelles Sparverhalten verläuft hinter verschlossenen Türen. Sina, eine
junge monogam lebende Lokpa-Frau, schilderte in nur wenigen Sätzen die zentralen Argumente
befragter Frauen:
„Eine Frau muss [Intonation] ihren Gewinn verstecken. Wenn dein Mann ahnt oder sogar weiß, dass du Geld
hast, dann gibt er dir nichts mehr. (...) Wenn du das machst, dann sei dir sicher, dass du bald eine Nebenfrau haben wirst. Denn wenn du Männern Geld gibst, profitieren sie daraus, um sich eine andere Frau zu holen. (...) Ich
behalte mein Geld auch, weil ich meiner Mutter helfen will. Wenn ihre Töchter sie nicht unterstützen, wer dann?
Genau deshalb gibt er mir ja auch nur das Nötigste, er sagt, wenn ich dir mehr Geld gebe, dann verschwendest du
es nur und gibst es deiner Familie“ (Bougou, anonymisiert)
Sprich: Wenn der andere weiß, wie viel Geld man hat und wenn man ihm mehr gibt, als er gerade
benötigt, „versickere“ es – beim Mann in Investitionen in andere Frauen, bei der Frau in der eigenen
Verwandtschaftslinie. Das Versteckspiel zwischen Ehepartnern und -partnerinnen geht mit einer
permanenten Auslotung von Hierarchien und Machtverteilungen einher. Der Wohlstand einer Ehefrau bedroht die Vormachtstellung des Mannes. Umgekehrt kann die Offenlegung von finanziellem
Besitzes zu Umverteilungsansprüchen, Misstrauen und Streitereien zwischen Ehefrauen oder Verwandten führen.
Es gibt durchaus Bereiche, in denen finanzielle Tabuzonen enden. Sie betreffen besonders kostenintensive Auslagen für die Ausrichtung von Zeremonien. Im Familienrat werden zu diesen Anlässen
häufig anteilige Aufwendungen verteilt. Man bespricht, wie sich zum Beispiel eine Totenfeier finanziell realisieren lässt. Klare Finanzgespräche werden auch dann geführt, wenn der Mann seine
Frau(en) zur Lohnarbeit anstellt oder ihnen Ernteanteile zum Verkauf gibt. In letzterem Fall streicht
die Frau ihren Eigenanteil ein, den sie lagert oder veräußert. Zusammenarbeit wird ausgehandelt,
das Prinzip von Leistung und Gegenleistung verschafft risikomindernde Sicherheiten.
Was kleinere finanzielle Transaktionen (z. B. Investitionen) anbelangt, teilen sich Haushaltsvorstände häufig dem Sohn mit, der später den Hof übernehmen soll. Frauen nannten in Umfragen
Töchter und Söhne gleichermaßen als Ansprechpartner/innen. Eine weitere Ausnahme betrifft die
bereits angesprochene, punktuelle Zurschaustellung von Besitz, wie etwa des Brautpreises bezie-
IMPETUS
188
hungsweise der Aussteuer von Müttern bei Tauffeiern. Das Exponat symbolisiert ihren Status als
verheiratete Mutter und fällt damit in den Bereich anerkannter Rücklagen, womit sie sich nicht von
anderen Müttern absetzt und somit auch keine Erzeugung von Neid zu befürchten hat. Eine weitere
Ausnahme stellt die öffentliche Zurschaustellung von Ernteerträgen aus dem Baumwollanbau dar.
Wer sich nicht in die Karten schauen lässt, kann nur eingeschränkt kollektive Risikostrategien formulieren und umsetzen. Wer getrennt wirtschaftet, um erst bei der Ertragsverteilung innerhäusliche
Verwaltungsgespräche zu führen, ist auf die Etablierung individueller Sicherungsnetzwerke angewiesen. Und so kann es vorkommen, dass ein Bauer über akute Armut klagt, während seine Frau
über genug Bargeld verfügt, um ihn zu verlassen und einen neuen Haushalt zu gründen. Oder umgekehrt. Dass es sich bei der Budgettrennung um ein in ganz Westafrika verbreitetes Phänomen
handelt, ist längst kein Geheimnis mehr. Für den Untersuchungsraum können Gütertrennung und
die getrennte Verwaltung monetärer Finanzen als Angelpunkt lokaler Risikostrategien bewertet
werden, als Symbol grundlegender sozialer und ökonomischer Verhältnisse und als Ausdruck der
allgegenwärtigen Angst vor Neid und potentiell resultierender Hexerei oder Schadenszauberei.“
Capacity Development
Die Ergebnisse von LISUOC und insbesondere des Moduls „Existenzsicherung und Ressourcen“
konnten im Jahr 2008 zahlreichen Institutionen und Einzelpersonen vermittelt werden. Dies geschah
über einen Workshop und Einführungen in die Nutzung des Systems. Ein abschließender Workshop
zwecks Übergabe des fertigen Produktes ist im Frühjahr 2009 vorgesehen.
Ausblick
Das Gesamtsystem LISUOC und damit auch das Modul „Existenzsicherung und Ressourcennutzung“ konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Letzte Verbesserungen erfolgen bis Ende Januar
2009. Geplant sind weitere Capacity-Maßnahmen im Frühjahr 2009. Besonders die Nutzergruppe
„Universitäten, Wissenschaftler/inne/en“ steht im ausbaufähigen Fokus weiterer Unternehmungen.
Das System wird nicht nur den genannten Nutzergruppen übergeben, sondern erzielt wird eine breite Streuung der Information zur Existenz dieses Tools über Publikationen, Vorträge und Konferenzen. Unter anderem steht ein Artikel in der Fachzeitschrift „Field Methods“ in Arbeit, der LISUOC
als Endstück eines vierjährigen Forschungsprojektes zur lokalen Existenzsicherung platziert.
Literatur
Chambers, R. 1989. Editorial Introduction: Vulnerability, Coping and Policy. In: IDS Bulletin 20 (2): 1-7.
Hadjer, K., Klein, T. & U. Singer (2004): Unveröffentlichter Datensatz des Regionalsurveys zur Existenzsicherung im
Oberen Ouémé-Einzugsgebiet
Hadjer, K., Klein, Th. & M. Schopp (2005): Water consumption embedded in its social context, north-western Benin. In:
Physics and Chemistry of the Earth. Special Issue, Vol. 30, Issues 6-7, S. 357-364. Online Version:
<http://authors.elsevier.com/sd/article/S1474706505000434> (15.11.2005).
IMPETUS
189
Hadjer, K. (2008): Das Informationssystem LISUOC. Modul Existenzsicherung und Ressourcennutzung. Ethnologische
Hintergrundinformationen.
Hadjer, K. (2006): Geschlecht, Magie und Geld. Sozial eingebettete und okkulte Ökonomien in Benin, Westafrika.
Dissertation: Institut für Ethnologie, Universität zu Köln. http://kups.ub.uni-koeln.de/volltexte/2006/1852/
INSAE (2003): Troisième Recensement Général de la Population et de l’Habitat de Février 2002. La population des
communes de Tchaourou, N’dali, Parakou, Bassila, Djougou, Cotonou. Institut National de la Statistique et de
l’Analyse Economique, Cotonou, Bénin.
IMPETUS
190
PK Be-G.4: Risikoabschätzung des Auftretens von Malaria in Afrika unter dem
Einfluss des beobachteten und zukünftigen Klimawandels
Anopheles Moskito beim möglichen Übertragen des Malariaerregers auf den Menschen.
Problemstellung
Die Malaria ist eine der wichtigsten Infektionskrankheiten auf der ganzen Welt, die von einzelligen
Parasiten der Gattung Plasmodium hervorgerufen wird. Es wird geschätzt, dass jedes Jahr etwa 273
Millionen Malariafälle und 1,12 Millionen Malariatote auftreten (Touré und Oduola, 2004). Südlich
der Sahara kommen jedes Jahr etwa 90 % der weltweiten über 1 Millionen Malariatoten vor. Besonders betroffen sind Kleinkinder unter 5 Jahren, welche noch keine ausreichende Immunabwehr
besitzen. Die Mortalitätsrate der Malaria beträgt in Afrika in etwa 0,86 % für Kinder zwischen 0
und 4 Jahren, d. h. dass in dieser Altersgruppe jedes Jahr durschnittlich 8,6 von 1000 Kindern an
dieser Tropenkrankheit sterben (Snow et al., 1999). Hauptverantwortlich für diese hohe Mortalität
ist der klinisch bedeutsamste und gefährlichste Erreger Plasmodium falciparum, der in Afrika weit
verbreitet ist (z. B. Snow et al., 1997).
Für die Produktion von Eiern benötigen die weiblichen Stechmücken der Gattung Anopheles Proteine. Viele der Anopheles-Arten, wie zum Beispiel Anopheles gambiae s. l. oder Anopheles funestus,
bevorzugen eine menschliche Blutmahlzeit. Trägt die Mücke oder der Mensch einen der vier für
den Menschen gefährlichen Plasmodien in sich, kann es zwischen dem Moskito und Mensch zur
Übertragung des Malariaparasiten kommen.
Auch wenn die Malaria nicht immer zum Tode führt, können die betroffenen Menschen während
der Krankheit nicht für ihren Lebensunterhalt sorgen. Der entstehende Arbeitsausfall führt zu erheblichen Einkommensverlusten, wovon besonders die arme Bevölkerung betroffen ist. Darüber hinaus
verursacht die Malaria häufig Folgeschäden, welche das Leben der Betroffenen stark beeinträchti-
IMPETUS
191
gen. Für die finanzschwachen, westafrikanischen Staaten bewirkt die Krankheit damit sowohl einen
nicht unerheblichen ökonomischen Schaden als auch eine Schwächung des Wirtschaftswachstums
(Sachs und Malaney, 2002).
Das tropische Klima Afrikas hat einen starken Einfluss auf die Verbreitung der Malaria (z. B. Patz
et al., 1998). Die Witterung hat zur Folge, dass die Temperaturen weit oberhalb des Schwellwertes
für die Parasitentwicklung (sog. sporogonische Temperaturschwelle) liegen. Zusätzlich entstehen
während der Regenzeit stehende Gewässer, welche ideale Brutstätten für die Moskitos darstellen
und die Mückenpopulation stark anwachsen lassen. Der 4. Klimastatusbericht des IPCC (Engl.:
"Intergovernmental Panel on Climate Change") schätzt, dass der Klimawandel unterschiedliche
Effekte auf die Malariaverbreitung haben wird. Es wird damit gerechnet, dass die geographische
Verbreitung in einigen Gebieten zurückgeht. In anderen Regionen ist eine Ausbreitung der Krankheit und eine Veränderung der Malariasaison wahrscheinlich (Confalonieri et al., 2007). Genau diese Sachverhalte sollen im PK Be-G.4 für einen Großteil Afrikas analysiert und modelliert werden.
Mitarbeiter
V. Ermert, A. H. Fink, A. P. Morse, A. E. Jones, H. Paeth,
Zielsetzung
Das Auftreten der Malaria soll zunächst in der Vergangenheit und Gegenwart analysiert werden.
Anschließend wird auf der Grundlage von Klimaszenarien eine Risikoabschätzung für die Zukunft
vorgenommen.
Mit Hilfe von zwei verschiedenen Malariamodellen wird das Auftreten der Malaria in der Bevölkerung simuliert. Dies geschieht durch das sog. „Liverpool Malaria Model” (LMM; Hoshen und
Morse, 2004)" und durch das „MARA Seasonality Model” (MSM; MARA: Engl.: „MApping Malaria Risk in Africa project“; Tanser et al., 2003). Zunächst wird die Sensitivität des LMM in Bezug
auf die Einstellung der Modellparameter als auch auf den Antrieb des Modells durch Tagesmitteltemperaturen und Niederschläge abgeschätzt. Zu diesem Zweck wird die Malariaverbreitung in der
Bevölkerung mit Hilfe von Wetterdaten synoptischer Stationen entlang eines Nord-Süd-Transekts
in etwa 2 °O für die Jahre 1973 bis 2006 als auch an weiteren afrikanischen Orten nachsimuliert. Im
Anschluss an die Analyse der Modellsensitivität werden die Simulationen des LMM durch zahlreiche entomologische und parasitologische Studien validiert.
Die am Besten geeignete Modelleinstellung wird schließlich für die 2-dimensionale Berechnung der
Malaria für 1960-2000 und die beiden transienten Malariaprojektionen A1B und B1 verwendet. Zu
diesem Zweck werden Daten des regionalen Klimamodells REMO (Engl.: „REgional climate MOdel“) verwendet (Paeth et al., 2007), welche die IPCC-Szenarien A1B und B1 (Nakicenovic et al.,
2000) darstellen. Zusätzlich beinhalten die transienten REMO-Szenarien eine sich mit der Zeit ändernde Landoberfläche und Landnutzung, welche einem Szenario der FAO (Engl.: "Food and
Agriculture Organization") entspricht.
IMPETUS
192
Nutzergruppen
• World Health Organization (WHO)
• Ministère de la Santé Publique, Benin, Cotonou
• Directions Départementales de la Santé Publique, Benin, Borgou/Alibori, Parakou
• Centre de Recherche Médicale et Sanitaire, Niger, Niamey
Temperaturkorrektur der REMO-Daten
Die Überprüfung der REMO-Temperaturen mit Hilfe von ERA40 zeigen, dass eine Korrektur der
Daten notwendig ist (vgl. IMPETUS, 2008). Da REMO und ERA40 auf unterschiedlichen
Orographien beruhen können aufgrund der Höhenabhängigkeit der Temperatur die jeweilig modellierten Temperaturen nicht unmittelbar miteinander verglichen werden. Um dieses Problem zu umgehen, werden potenzielle Temperaturen auf dem Referenznivau 850 hPa berechnet. Die potenziellen Temperaturen auf dieser Druckfläche lassen sich mittels der Poissongleichung berechnen, weshalb zusätzlich zu den 2 m Temperaturen auch noch der Bodendruck erforderlich ist. Aus diesen
Differenzen auf der 850 hPa Fläche lassen sich zunächst die potenziellen Temperaturen von REMO
korrigieren. Die korrigierten potenziellen Temperaturen werden schließlich in der Poissongleichung
zur die Berechnung der korrigierten 2 m Temperaturen verwendet.
Validierung der bisherigen LMM-Version
Bisher wurde das LMM in einer leicht abgewandelten Version ggü. Hoshen und Morse (2004) verwendet. Zunächst wurde die Modellsensitivität entlang des Nord-Süd-Transekts in etwa 2 °O getestet. Im Anschluss daran fanden flächige LMM Simulationen auf der Basis von REMO-Daten für
große Teile Afrikas statt. Die erzielten Ergebnisse wurden bereits im IMPETUS-Zwischenbericht
von 2007 ausführlich beschrieben (vgl. IMPETUS, 2008).
Ein Problem entsteht durch die Tatsache, dass das LMM bisher nicht umfassend mit Hilfe von Malariabeobachtungen überprüft wurde. Hoshen und Morse (2004) haben lediglich die Malariaprävalenz des LMM mit klinischen Malariafällen aus Hwang (Simbabwe) der Jahre 1995 bis 1998 verglichen. In der Fläche konnten die Modellsimulationen bisher nur mit Ergebnissen des MSM sowie
des sog. „MARA Distribution Models“ (Craig et al., 1999) kontrolliert werden. Die Validation von
wichtigen Teilen des LMM, wie etwa der Größe der Moskitopopulation und der daraus resultierenden Stichrate oder das Vorkommen des Malariaparasiten in der Bevölkerung konnte nicht durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wurden aus 80 entomologischen und parasitologischen Studien
Daten verschiedener Malariaparameter entnommen. Gleichzeitig wurden in der Nähe der Studienorte tägliche Temperatur und Niederschläge bereitgestellt, um das LMM antreiben zu können.
IMPETUS
193
Abb. III.1.4-9: Darstellung von Feldbeobachtungen (schwarze Punkte und Balken) sowie LMM-Simulationen (Farbpunkte und –balken) der jährlichen menschlichen Stichrate (HBRa) bezüglich (a) des Jahresniederschlages und (b) ihrer Häufigkeitsverteilung. Die unterschiedlichen Farben zeigen Ergebnisse unterschiedlicher LMM-Läufe, die auf verschiedenen Niederschlagsmultiplikatoren (RR•) basieren. Im Zeitraum 1973-2006 wurde das LMM mit Daten von 16 westafrikanischen Stationen angetrieben. Die beobachteten HBRa-Werte stammen aus unterschiedlichen Standorten in Westafrika als auch Kamerun
und basieren auf der Periode 1982-2006. Aufgrund fehlender Messungen wurde den Feldbeobachtungen der durchschnittliche Niederschlag von benachbarten meteorologischen Stationen der Jahre 19732006 zugeordnet. Im oberen Teil der Grafik sind lediglich HBRa-Werte mit weniger als 10.000 Stichen
eingetragen (vgl. die rote senkrechte Linie in b).
Erste Vergleiche zwischen beobachteten und simulierten jährlichen menschlichen Stichraten
(HBRa; Engl.: „annual Human Biting Rate“) zeigen, dass im LMM die Rate der Malariaübertragung oberhalb (unterhalb) eines bestimmten Schwellwertes deutlich zu hoch (niedrig) ist (vgl. Abb.
III.1.4-9). Demnach treten in der Malariasimulation große Unterschiede ab einem bestimmten Jahresniederschlag auf. Der Schwellwert zwischen zu hohen und zu niedrigen Stichraten ist dabei stark
abhängig vom verwendeten Niederschlagsmultiplikator (RR•), der die Anzahl der abgelegten Eier
steuert. In den Modellsimulationen wurde RR• bisher auf den Wert 1 gesetzt (blaue Punkte/Balken
in Abb. III.1.4-9). Der Schwellwert des Jahresniederschlags liegt bei dieser Modellsimulation bei
etwa 200 mm. Die beobachten HBRa-Werte liegen bei Jahresniederschlägen von mehr als 1000 mm
in den meisten Fällen zwischen 1000 und 10.000 Stichen. In der Simulation befinden sich viele der
simulierten jährlichen Stichraten jedoch deutlich über Werten von 10.000 (vgl. die Balken rechts
der roten Linie in Abb. III.1.4-9). An manchen Stationen und während bestimmter Regenzeiten
werden sogar vereinzelt mehr als 500.000 Moskitostiche simuliert (s. Abb. III.1.4-9). Dies ist ein
Wert der in Afrika nicht annähernd beobachtet wird (vgl. Hay et al. 2000, 2005). Mehr als 40 % der
IMPETUS
194
Beobachtungen jährlicher Stichraten liegen zwischen 1.000 und 5.000 Mückenstichen. Auch bei
veränderten RR•-Werten treten in den Simulation des LMM niemals vergleichbare Häufungen in
den HBRa-Werten auf. Das LMM besitzt demnach ein strukturelles Problem in Bezug auf die Berechnung der Größe der Moskitopopulation. Die Moskitopopulation muss oberhalb (unterhalb) des
beschriebenen Schwellwertes im Jahresniederschlag verkleinert (erhöht) werden.
Aufgrund der Probleme bei den Modellsimulationen ist es notwendig Teile des LMM neu zu strukturieren. Deshalb und auch zur Absicherung der Einstellung der Modellparameter wurde im Jahr
2008 eine umfangreiche Literaturrecherche gestartet. Die Recherche umfasste insgesamt über
160 Malariaartikel von entomologischen und parasitologischen Studien. Die Folge der Literaturrecherche sind strukturelle Veränderungen am LMM als auch geänderte Parametereinstellungen.
Veränderungen an der LMM-Modellstruktur
Aufgrund der Probleme des LMM wurden Veränderungen am LMM und die Neujustierung verschiedener Modellparameter beschlossen. Die Veränderungen an der Modellstruktur betreffen die
Produktion der Eier, die Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifezeit von Moskitos als
auch die Übertragung des Malariaparasiten vom Menschen zur Mücke.
a) Prozess der Eiablage
Eine realitätsnahe Simulation der Größe der Moskitopopulation ist eine Grundvoraussetzung für die
Berechnung der Malariaübertragung. In der bisherigen Version des LMM wird die Eiablage der
Moskitos proportional zum 10-tägig akkumulierten Niederschlag (RRΣ10d) gesetzt. Der Proportionalitätsfaktor dabei ist der bereits vorgestellte RR•. Die Anzahl der abgelegten Eier orientiert sich
zunächst nicht mehr am RRΣ10d, sondern hängt fortan von der Anzahl der während des gonotrophischen Zyklus entwickelten Eier ab. Der verwendete Wert für die Anzahl der produzierten Moskitoeier wird zukünftig auf einen Wert zwischen 50 und 150 Eier festgelegt (vgl. Lyimo und Takken,
1993; Hogg et al., 1996; Takken et al., 1998).
Wie viele der produzierten Eier nun wirklich erfolgreich in eine Brutstätte abgelegt werden wird im
Folgenden von den Umgebungsbedingungen abhängig gemacht. Mit Hilfe einer sigmoidalen Funktion (vgl. Craig et al., 1999) wird der Prozess der Eiablage in Bezug auf den gefallenen Niederschlag fuzzifiziert (s. Abb. III.1.4-10). Die Fuzzifizierung unterscheidet einerseits zwischen trockenen wenig geeigneten und geeigneten feuchten Umgebungsbedingungen. Darüber hinaus wird der
häufig beschriebene Prozess der Auswaschung von Brutstätten durch Starkniederschläge imitiert
(z. B. Gimnig et al., 2001; Drakeley et al., 2005; Shaman und Day, 2005). Durch die angewandte
Fuzzifizierung wird die Eiablage im LMM stärker als bisher an die Prozesse in der Natur angepasst.
IMPETUS
195
Abb. III.1.4-10: Veranschaulichung der Fuzzifizierung in Bezug auf des Einfluss vom RRΣ10d auf die Anzahl der
erfolgreich abgelegten Eier sowie die Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifung von Mücken. Die verwendeten Schwellwerte von 0 mm und 500 mm (keine Eignung) sowie von 10 mm (optimale Eignung) sind lediglich Beispielwerte. Die endgültige Festlegung der Schwellwerte erfolgt
durch die Validation des Modells mit Hilfe von entomologischen Daten.
Die Modellierung der Moskitopopulation erfordert ebenfalls eine Limitierung der Anzahl der Eier
legenden Moskitos. Simulationen mit dem LMM zeigen, dass aufgrund des Aufbaus des Malariamodells die Moskitopopulation bei bestimmten Bedingungen während der Regenzeit ohne einen
Limitierungsfaktor exponentiell wächst. Dieser Vorgang kann durch eine einfache Differenzialgleichung verdeutlicht werden. Die Notwendigkeit der Limitierung der Mücken die Eier legen kann
unter realen Bedingungen in der Natur mehrere Gründe haben. Eine Begrenzung kann einerseits
darin begründet sein, dass auf einen Mensch nur eine begrenzte Anzahl an Mücken einwirken können. Beispielsweise können örtlichen Gegebenheiten wie die abschirmende Wirkung eines Hauses
oder die von Moskitonetzen ursächlich sein. Nicht alle der vorhandenen Mücken werden die Möglichkeit erhalten in den Kontakt mit einem Menschen zu treten. Andererseits können sich die begrenzten natürlichen Ressourcen auf die Größe der Moskitopopulation auswirken. Mücken haben
eine begrenzte Reichweite (z. B. Gillies 1961), weshalb den Anopheles Weibchen nur eine begrenzte Anzahl an Brutstellen zur Verfügung steht. Auch bei optimalen Niederschlagsbedingungen ist die
Anzahl der vorhandenen Wasserstellen, welche sich als Brutplätzen eignen begrenzt. Folglich wird
bei einer großen Menge Eier legender Moskitos und einer vergleichsweise geringen Anzahl an
Brutstätten die Larvendichte steigen. Studien haben in diesem Zusammenhang nachgewiesen, dass
die Überlebenswahrscheinlichkeit von Moskitolarven bei steigender Larvendichte sinkt (Lyimo et
al., 1992; Schneider et al., 2000; Gimnig et al., 2002; Munga et al., 2006). Bei einer hohen Larvendichte haben Takken et al. (1998) darüber hinaus gezeigt, dass sich aufgrund der reduzierten Körpergröße und damit verbundenen geringeren Nahrungsreserven die Mortalität der erwachsenene
Moskitos erhöht.
b) Reifezeit der Moskitos
In der bisherigen LMM-Version ist die Reifezeit von Mücken (MMA; Engl.: „Mosquito Mature
Age“) auf 15 Tage festgelegt. Feldstudien in Kenia und Mali haben jedoch gezeigt, dass die Zeit
von der Eiablage bis zum Schlüpfen der Mücke im Mittel innerhalb von etwa 12 Tagen abgeschlos-
IMPETUS
196
sen ist (vgl. Service 1971, 1973, 1977; Edillo et al., 2004; Mwangangi et al., 2006). Aus diesem
Grund wird MMA in der neuen LMM-Version von 15 auf 12 Tage herunter gesetzt.
c) Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifezeit
Der Moskito-Lebenszyklus umfasst insgesamt vier Stadien, dass Ei-, Larven-, Puppen- und Erwachsenenstadium. Das Ei-, Larven- und Puppenstadium ist wassergebunden und damit hauptsächlich von den vorherrschenden Niederschlagsverhältnissen abhängig. Für die Mortalität während der
Reifeperiode spielen neben dem Einfluss der Niederschlagsbedingungen und der Wassertemperatur
die Überbevölkerung, die Wasserqualität, das Nahrungsangebot, der Kannibalismus sowie natürliche Feinde und Krankheitserreger eine wichtige Rolle (z. B. Service, 1973; Koenraadt und Takken,
2003; Bayoh und Lindsay, 2004; Munga et al., 2006; Paaijmans et al., 2007). In der bisherigen
LMM-Version wurde die tägliche Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifezeit (ld) lediglich in Abhängigkeit vom RRΣ10d nach folgender Formel parametrisiert:
ld = (1+RRΣ10d)/(2+ RRΣ10d)
Dies führt dazu, dass auch bei geringen Niederschlägen ein großer Larvenanteil die Reifungszeit
von 15 Tagen (der bisher festgelegte Wert) überdauert. Beispielsweise überleben 27,1 (49,8) % die
Larvenentwicklung bei einem konstant gehaltenen RRΣ10d-Wert von 10 (20) mm. Altersverteilungen
aus sog. vertikalen Lebenstabellen zeigen allerdings, dass meist nur ein Bruchteil (2-8 %) der abgelegten Eier das Erwachsenenalter erreichen (vgl. Service 1971, 1973, 1977; Aniedu et al. 1993;
Mwangangi et al., 2006). Laboruntersuchungen haben hingegen nachgewiesen, dass unter kontrollierten Bedingungen meist über 90 % der Eier, Larven und Puppen einen Tag überdauern (z. B. Lyimo et al., 1992; Schneider et al., 2000; Gimnig et al., 2002; Edillo et al., 2004; Munga et al., 2006).
Die höhere Überlebenswahrscheinlichkeit im Labor ist dadurch begründet, dass unter kontrollierten
Bedingungen verschiedene natürliche Einflussfaktoren auf die Reifung der Mücken ausgeschaltet
werden. In Experimenten werden die heranreifenden Moskitos in der Regel lediglich unterschiedlichen Temperaturen, Larvendichten, Nahrungsangeboten und Wasserqualitäten ausgesetzt. Der Einfluss von Räubern und Krankheitserregern (vgl. Koenraadt und Takken, 2003) kann im Labor nicht
nachgestellt werden, der des Kannibalismus unter den Larven ist jedoch enthalten. Die tägliche
Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifezeit ohne den Einfluss des Niederschlags (ld,¬RR)
wird im Folgenden auf 82,5 % festgelegt, da in Feldstudien in der Regel weniger als 10 % das Erwachsenenstadium erreichen und die Reifeperiode auf 12 Tage festgelegt wird (0,82512=0,099).
Wie bereits beschrieben ist das Überdauern der Reifezeit ebenfalls von den Niederschlagsverhältnissen abhängig. Wenn kein Regen fällt, werden die meisten Brutstätten austrocknen. Bei zunehmenden Niederschlägen wird davon ausgegangen, dass mehr Brutstätten erhalten bleiben und folglich ld steigt. Andererseits führen selbst schwache Niederschläge zu einem Verlust an Larven, welche durch Niederschläge und Winde aus z. B. Pfützen herausgespült werden (vgl. Paaijmans et al.,
2007). Die beschriebenen Prozesse werden in der neuen LMM-Version erneut durch eine Fuzzifizierung in Abhängigkeit vom RRΣ10d nachgebildet. Die Überlebenswahrscheinlichkeit während der
Reifezeit wird schließlich durch die Multiplikation von ld,¬RR mit dem Wert der Fuzzifizierung (fuzzy(RRΣ10d); vgl. Abb. III.1.4-9) berechnet:
ld = ld,¬RR fuzzy(RRΣ10d)
IMPETUS
197
Abschließende Modellsimulationen
Auf Basis der neuen LMM-Struktur wird mit Hilfe der recherchierten Feldbeobachtungen das Modell neu parametrisiert. Durch die Anpassung an entomologische und parasitologische Studien ist
das Modell automatisch validiert. Mit Hilfe des neuen Variablensatzes wird das LMM somit zukünftig die Prozesse der Malariaübertragung wirklichkeitsgetreuer als bisher simulieren können.
Mit dieser realistischeren Modellversion werden schlussendlich erneut die 2-dimensionale Berechnungen der Malaria für 1960-2050 gestartet. Dabei werden diesmal jedoch die korrigierten REMOTemperaturdaten verwendet.
IS MalaRis: Risikoabschätzung des Auftretens der Malaria in Afrika während des Klimawandels
(Engl.: „The impact of climate change on Malaria Risk in Africa“; Franz.: „Estimation du Risque
de Malaria en Afrique sous le changement climatique“)
Das bestehende IS MalaRis soll die WHO sowie nationale und regionale Gesundheitsbehörden in
Afrika über das Malariarisiko in Afrika in den nächsten Jahrzehnten informieren. Den potenziellen
Nutzer von MalaRis soll Auskunft über die möglichen Folgen des Klimawandels bzgl. der Malariaverbreitung gegeben werden. Die durch HTML-Seiten leicht zugänglichen Informationen können
bei der Planung von langfristigen Gegenmaßnahmen behilflich sein. Darüber hinaus können sich
Forscher über Ergebnisse bisheriger Malariastudien informieren. Seit Oktober 2008 ist die das IS
MalaRis auf den IMPETUS-Internetseiten frei verfügbar: http://www.impetus.uni-koeln.de/malaris
Inzwischen wurde die zweite Version (Version 1) des IS MalaRis entwickelt. Das System umfasst
der jetzigen Version etwa 50 englischsprachige und ca. halb so viele französische Internetseiten, auf
denen z. Z. 1346 Grafiken, 17 Textdateien und eine pdf-Datei vernetzt sind. Die Seiten sind in vier
Hauptabschnitte unterteilt: Zusammenfassung und Einleitung, Malaria-Archiv, MalariaModellierung und Malaria-Simulationen. Die Hauptabschnitte „Malaria-Modellierung“ sowie „Malaria-Simulation“ beinhalten weitere Teilabschnitte. Im Fall der Malaria-Modellierung bestehen
diese aus einer Erläuterung der verwendeten Szenarien, LMM- und MSM-Eingabedaten als auch
einer Beschreibung der beiden angewendeten Modelle. Bei den Malaria-Simulationen wird die Analyse der Malariasimulationen des LMM und MSM für die Zeiträume 1960-2000 und 2001-2050
vorgestellt. Weitere technische Abschnitte sind der Ausblick auf anstehende Arbeiten, die Literaturreferenzen, das Abkürzungsverzeichnis sowie ein Glossar mit einer Erklärung von wichtigen Begriffen.
IMPETUS
198
Abb. III.1.4-11: Veranschaulichung von Teilen der englischsprachigen Internet-Startseite des IS MalaRis. Dargestellt
sind die Startseite (links), eine dynamische Ansicht von Grafiken der Malariasaison (rechts oben)
sowie eine Tabelle mit recherchierten Werten aus der Literatur (rechts unten).
Das IS bietet ein Malaria-Archiv, in dem Ergebnisse von zahlreichen öffentlich zugänglichen Malariastudien eingesehen werden können. Das Archiv kann für viele individuelle Zwecke dienen, z. B.
kann mit den vorhandenen Informationen leicht ein Überblick über vorhandene Publikationen gewonnen werden. Darüber hinaus bietet das Archiv dem Nutzer die Möglichkeit von sich aus die
Genauigkeit der Malariasimulationen des LMM und MSM zu prüfen. Aus urheberrechtlichen
Gründen können die vorhandenen Artikel (pdf-Dokumente) nur in Einzelfällen bereitgestellt werden. Jedoch kann der Nutzer im Malaria-Archiv zahlreiche publizierte Grafiken einsehen. Die Grafiken sind in verschiedene Kategorien eingeteilt und mit weiteren hilfreichen Informationen versehen. Des Weiteren werden von Keiser et al. (2004) und Hay et al. (2000, 2005) gesammelte entomologische und parasitologische Daten in Form von zwei unterschiedlichen Tabellenformaten bereitgestellt. Im Zuge der umfassenden Literaturrecherche konnten weitere Tabellen mit Werten aus
zahlreichen Studien zusammengestellt werden (s. Abb. III.1.4-11). Diese umfassen die Dauer des
gonotrophischen Zyklus und der Reifung der Mücken, die Anzahl der produzierten Moskitoeier, die
Überlebenswahrscheinlichkeit während der Reifezeit von Moskitos im Labor und im Feld, den Anteil der Stiche von Anopheles Weibchen am Menschen, die Übertragungseffizienz des Malariaerregers von der Mücke zum Menschen und vom Menschen zum Moskito, Daten bzgl. der Prävalenz
von Gametozyten sowie der Zeitspanne bis Gametozyten Anopheles Weibchen infizieren können.
Auf den Internetseiten bzgl. der Malaria-Modelle wird der Nutzer zunächst über die verwendeten
Szenarien und Eingabedaten informiert. Ferner wird der Aufbau der verwendeten Malariamodelle
LMM und MSM ausführlich skizziert. In der nächsten Version von MalaRis (Version 2) ist ebenfalls die Schilderung der Validierung der Eingabedaten mit Beobachtungs- oder Reanalyse-Daten
geplant.
Im Hauptabschnitt „Malaria-Simulation“ sind Ergebnisse der Simulationen der bisherigen LMMVersion dargestellt. In diesem Teil informiert MalaRis über die mögliche Lage von Gebieten, in
IMPETUS
199
denen das Risiko für Epidemien zukünftig steigt. Sobald neue Malariaprojektionen vorliegen, werden die alten Ergebnisse ersetzt. Inzwischen sind die Simulationen des MSM integriert worden,
welche mögliche Veränderungen in der Malariasaison aufzeigen. Mit Hilfe einer dynamischen Internetseite kann der Nutzer in diesem Fall zahlreiche vorgefertigte Bilder selbstständig analysieren
(vgl. Abb. III.1.4-11). Zusätzlich sollen in der Version 2 die endgültige Validation und Parametrisierung des LMM detailliert beschrieben werden.
Literatur
Aniedu I., M. J. Mutinga & C. M. Mutero (1993): Vertical estimates of survivorship of larvae and pupae of Anopheles
gambiae Giles complex in Baringo district, Kenya. Insect Science and its Application, 14, 39-48.
Bayoh, M. N. & S. W. Lindsay (2004): Temperature-related duration of aquatic stages of the Afrotropical malaria vector mosquito Anopheles gambiae in the laboratory. Medical and Veterinary Entomology, 18, 174-179.
Confalonieri, U., B. Menne, R. Akhtar, K. L. Ebi, M. Hauengue, R. S. Kovats, B. Revich & A. Woodward (2007): Human health. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to
the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, M. L. Parry, O. F. Canziani, J.
P. Palutikof, P. J. van der Linden and C. E. Hanson, Eds., Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom, 391-431.
Craig, M. H., R. W. Snow & D. le Sueur (1999): A Climate-based Distribution Model of Malaria Transmission in SubSaharan Africa. Parasitology Today, 15, 105-111.
Drakeley, C. J., I. Carneiro, H. Reyburn, R. Malima, J. P. A. Lusingu, J. Cox, T. G. Theander, W M. M. M. Nkya,
M. M. Lemnge & E. M. Riley (2005): Altitude-Dependent and -Independent Variations in Plasmodium falciparum Prevalence in Northeastern Tanzania. The Journal of Infectious Diseases, 191, 1589-1598.
Edillo, F. E., Y. T. Touré, G. C. Lanzaro, G. Dolo & C. E. Taylor (2004): Survivorship and Distribution of Immature
Anopheles gambiae s.l. (Diptera: Culicidae) in Banambani Village, Mali. Journal of Medical Entomology, 41,
333-339.
Gillies, M. T. (1961): Studies on the dispersion and survival of Anopheles gambiae Giles in East Africa, by means of
marking and release experiments. Bulletin of Entomological Research, 52, 99-127.
Gimnig, J. E., M. Ombok, L. Kamau & W. A. Hawley (2001): Characteristics of Larval Anopheline (Diptera: Culicidae)
Habitats in Western Kenya. Journal of Medical Entomology, 38, 282-288.
Gimnig, J. E., M. Ombok, S. Otieno, M. G. Kaufman, J. M. Vulule & E. D. Walker (2002): Density-dependent development of Anopheles gambiae (Diptera: Culicidae) larvae in artificial habitats. Journal of Medical Entomology,
39, 162-172.
Hay, S. I., D. J. Rogers, J. F. Toomer & R. W. Snow (2000): Annual Plasmodium falciparum entomological inoculation
rates (EIR) across Africa: literature survey, Internet access and review. Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, 94, 113-127.
Hay, S . I., C. A. Guerra, A. J. Tatem, P. M. Atkinson & R. W. Snow (2005): Urbanization, malaria transmission and
disease burden in Africa. Nature reviews. Microbiology, 3, 81-90.
Hogg, J. C., M. C. Thompson & H. Hurd (1996): Comparative fecundity and associated factors for two sibling species
of the Anopheles gambiae complex occuring sympatrically in The Gambia. Medical and Veterinary Entomology,
10, 385-391.
Hoshen, M. B. & A. P. Morse (2004): A weather-driven model of malaria transmission. Malaria Journal, 3:32.
IMPETUS (2008): Achter Zwischenbericht. Zeitraum: 1.1.2007-31.12.2007. Köln, Bonn, 342 Seiten.
Keiser, J., J. Utzinger, M. Caldas de Castro, T. A. Smith, M. Tanner, and B. H. Singer (2004): Urbanization in subSaharan Africa and malaria control. The American Journal of Tropical Medicine and Hygiene, 71 (Suppl. 2),
118-127.
Koenraadt, C. J. M. & W. Takken (2003): Cannibalism and predation among larvae of the Anopheles gambiae complex.
Medical and Veterinary Entomology, 17, 61-66.
Lyimo, E. O., W. Takken & J. Koella (1992): Effect of rearing temperature and larval density on larval survival, age at
pupation and adult size of Anopheles gambiae. Entomologia Experimentalis et Applicata, 63, 265-271.
Lyimo, E. O. & W. Takken (1993): Effects of adult body size on fecundity and the pre-gravid rate of Anopheles gambiae females in Tanzania. Medical and Veterinary Entomology, 7, 328-332.
Munga, S., N. Minakawa, G. Zhou, E. Mushinzimana, O.-O. J. Barrack, A. K. Githeko & G. Yan (2006): Association
between land cover and habitat productivity of malaria vectors in western Kenyan highlands. The American
Journal of Tropical Medicine and Hygiene, 74, 69-75.
IMPETUS
200
Mwangangi, J. M., E. J. Muturi, J. Shililu, S. M. Muriu, B. Jacob, E. W. Kabiru, C. M. Mbogo, J. Githure & R. Novak
(2006): Survival of immature Anopheles arabiensis (Diptera: Culicidae) in aquatic habitats in Mwea rice irrigation scheme, central Kenya. Malaria Journal, 5:114.
Nakicenovic, N., J. Alcamo, G. Davis, B. de Vries, J. Fenhann, S. Gaffin, K. Gregory, A. Grübler, T. Y. Jung, T. Kram,
E. L. La Rovere, L. Michaelis, S. Mori, T. Morita, W. Pepper, H. Pitcher, L. Price, K. Riahi, A. Roehrl, H.-H.
Rogner, A. Sankovski, M. Schlesinger, P. Shukla, S. Smith, R. Swart, S. van Rooijen, N. Victor & Z. Dadi
(2000): Special Report on Emissions Scenarios: A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental
Panel on Climate Change. Cambridge, 599 Seiten.
Paaijmans, K. P., M. O. Wandago, A. K. Githeko & W. Takken (2007): Unexpected High Losses of Anopheles gambiae
Larvae Due to Rainfall. PLoS ONE, 2: e1146.
Patz, J. A., K. Strzepec, S. Lele, M. Hedden, S. Green, B. Noden, S. I. Hay, L. Kalkstein & J. C. Beier (1998): Predicting key malaria transmission factors, biting and entomological inoculation rates, using modelled soil moisture in
Kenja. Tropical Medicine and International Health, 3, 818-827.
Paeth, H., K. Born, R. Girmes, R. Podzun & D. Jacob (2007): Regional climate change in tropical and northern Africa
due to greenhouse forcing and land-use changes. Eingereicht im Journal of Climate.
Sachs, J. & P. Malaney (2002): The economic and social burden of malaria. Nature, 415, 680-685.
Schneider, P., W. Takken & P. J. McCall (2000): Interspecific competition between sibling species larvae of Anopheles
arabiensis and An. gambiae. Medical and Veterinary Entomology, 14, 165-170.
Service, M. W. (1971): Studies on Sampling Larval Populations of the Anopheles gambiae complex. Bulletin of the
World Health Organization, 45, 169-180.
Service, M. W. (1973): Mortalities of the larvae of the Anopheles gambiae Giles complex and detection of predators by
the precipitin test. Bulletin of Entomological Research, 62, 359-369.
Service, M. W. (1977): Mortalities of the immature stages of species B of the Anopheles gambiae complex in Kenya:
comparison between rice fields and temporary pools, identification of predators, and effects of insecticidal spraying. Journal of Medical Entomology, 13, 535-545.
Shaman, J. & J. F. Day (2005): Achieving Operational Hydrologic Monitoring of Mosquitoborne Disease. Emerging
Infectious Diseases, 11, 1343-1350.
Snow, R. W., J. A. Omumbo, B. Lowe, C. S. Molyneux, J. O. Obiero, A. Palmer, M. W. Weber, M. Pinder, B. Nahlen,
C. Obonyo, C. Newbold, S. Gupta & K. Marsh (1997): Relation between severe malaria morbidity in children
and level of Plasmodium falciparum transmission in Africa. The Lancet, 349, 1650-1654.
Snow, R. W., M. H. Craig, U. Deichmann & D. le Sueur (1999): A Preliminary Continental Risk Map for Malaria Mortality among African Children. Parasitology Today, 15, 99-104.
Takken, W., M. J. Klowden & G. M. Chambers (1998): Effect of Body Size on Host Seeking and Blood meal Utilization in Anopheles gambiae sensu stricto (Diptera: Culicidae): the Disadvantage of Being Small. Journal of Medical Entomology, 35, 639-645.
Tanser, F. C., B. Sharp & D. le Sueur (2003): Potential effect of climate change on malaria transmission in Africa. The
Lancet, 362, 1792-1798.
Touré, Y. T. & A. Oduola (2004): Focus: Malaria. Nature reviews. Microbiology, 2, 276- 277.
IMPETUS
201
PK Be-G.5 Bakteriologische und virologische Belastung von Trinkwasserquellen im oberen Ouémé Einzugsgebiet
Wasserabhängige Infektionskrankheiten stellen ein erhebliches Risiko für die Bevölkerung in einem Versorgungsgebiet dar, mit ökonomischen und gesundheitlichen Folgen für die Konsumenten.
Problemstellung
Weltweit haben 1,1 Milliarden Menschen, also 18 % der Bevölkerung keinen Zugang zu Trinkwasser [WHO/UNICEF, 2005]. In Benin fehlen zwei von fünf Haushalten der Zugang zu einer sicheren
Trinkwasserquelle [INSAE, 2003].
Das siebte Millennium Development Goal der Vereinten Nationen [UN, 2001] sieht vor, die Zahl
von Menschen ohne Zugang zu sauberem Trinkwasser bis ins Jahr 2015 zu halbieren. Für Benin ist
dies ein ehrgeiziges Ziel, denn im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde festgestellt, dass die
Mehrzahl (> 70 %) aller offenen Wasserquellen wie traditionelle oder moderne Brunnen, die im
oberen Ouémé-Einzugsgebiet mit 90 % den Hauptanteil an der Wasserversorgung bilden, mit E.
coli kontaminiert sind. 8 % der registrierten Wasserquellen weisen Kontaminationen durch Salmonellen auf, wohingegen Wasser aus Bohrlöchern, die mit geschlossenen Pumpen-Systemen versehen sind, bakteriologisch unbedenklich ist. Da eine staatliche Überwachung der bakteriologischen
Trinkwasserqualität nicht stattfindet, kommt es in Benin immer wieder zum Ausbruch von CholeraEpidemien [WHO, 2007]. Bislang hat es außer der von IMPETUS initiierten Feldkampagne in Benin nur sehr wenige Untersuchungen zur bakteriologischen Trinkwasserqualität gegeben, die darüber hinaus ausschließlich im Süden des Landes durchgeführt wurden [Bossou B. 2001; Assani
A.K. 1995; Baba Moussa A. 1994].
Mitarbeiter
A. Uesbeck, J. Verheyen, R. Baginski, F. Mazou, M. Dossou, L. Bourgeois, O. Budayeva, M. Timmen-Wego, N. Zobel, B. Kröger
IMPETUS
202
Zielsetzung
Eine nachhaltige Nutzung der bakteriologischen und chemischen Wasser-Analysemethoden des
Impetus-Labors und des Know-hows der Labor-Mitarbeiter in Parakou soll sichergestellt werden,
damit für das zukünftige beninische Trinkwasser-Management eine Evaluierungs-Einrichtung in
Zentral-Benin besteht.
Um dies gewährleisten zu können, wird die Übergabe des Labors nebst Inventar und etablierten
Methoden nach Abschluss der 3. Förderperiode an die staatliche Wasserbehörde DG-Eau, vorbereitet.
Das im Laufe des Jahres entwickelte Informations-System SIQeau („Système dÍnformation Qualité
de léau“), das es Entscheidungsträgern ermöglichen soll, einen Überblick zur aktuellen Lage der
Wasserversorgung und -qualität im oberen Ouémé Einzugsgebiet zu erhalten, soll erprobt und auf
Grundlage des Feed-backs der zukünftigen Nutzer weiterentwickelt werden.
SIQeau wird um die Funktion eines Monitoring Tools erweitert, damit die einzelnen Nutzer neue
Brunnendaten und Analyseergebnisse einfügen können, die in ihrem jeweiligen Verantwortungsgebiet relevant sind.
Nach Fertigstellung des Systems soll es mit der integrierten Impetus-Brunnen-Datenbank, die Informationen aller Wasserstellen des Städtedreiecks Parakou-Bassila-Djougou enthält, an alle Nutzer
einzeln übergeben werden.
Viele der bereits bestehenden Kooperationen des Impetus-Projektes zu Brunnenbau-Projekten und
verschiedenen Organisationen wurden 2008 weitergeführt. Neue Kontakte sind entstanden, aus denen Kooperationen, wie beispielsweise mit der KfW, initiiert wurden.
Nutzergruppen
•
Gemeinden
•
DG-Eau
•
SR-Eau
•
DHAB
•
SHAB
•
Entscheidungsträger auf dem Gesundheitssektor
•
Verantwortliche Chefärzte auf Arrondissement-Ebene
•
Wassernutzer-Komitees auf Dorfebene
•
NGOs aus dem Bereich Brunnenbau, Wasserhygiene
IMPETUS
203
Neuauflage der Brunnendatenbank, Übergabe der Daten und Dorfbefragung
Die Situation der Wasserversorgung hat sich in einigen Dörfern des Oberen Ouémé Einzugsgebietes
im Laufe der vergangenen Jahre geändert. In einigen Dörfern ist eine Vielzahl neuer traditioneller
Brunnen gebaut worden (beispielsweise in Kpawa), es sind einige neue Bohrlöcher realisiert worden und ein großer Anteil der Brunnen, die in den Jahren 2000/2001 bei der Entstehung der Brunnendatenbank noch in Betrieb waren, ist in der Zwischenzeit ausgetrocknet oder versandet.
Die im August 2007 initiierte Aktualisierung der Datenbank und die Erhebung der Daten aller neuen Wasserstellen im Beprobungsgebiet wurde im Juli 2008 fertig gestellt. Alle Quellen, die einem
Dorf zur Trinkwasserversorgung dienen (traditionelle und moderne Brunnen, Pumpen, AEVs, Anschlüsse an nahe gelegene städtische Wasserversorgung, etc.) wurden mit der vorhandenen Datenbank abgeglichen und neue Quellen wurden registriert, fotografiert, georeferenziert und vermessen.
Daten über die Erbauung, das Umfeld und den Zustand der Wasserquelle in der Trockenzeit (trocknet die Quelle nach einer regenfreien Periode aus oder nicht) wurden ebenfalls erhoben, sowie die
bakteriologischen und chemischen Analyse-Ergebnisse des Wassers der zehn am häufigsten genutzten Wasserquellen eines jeden Dorfes.
Die Daten über die Wasserqualität wurden im Zuge dieser Aktualisierungskampagne den Bewohnern der einzelnen Dörfer und insbesondere den „groupements des femmes“ und „Comités de
gestion des points déau“ erläutert und überreicht. Gleichzeitig wurde mit Hilfe eines Fragebogens
ermittelt, wie die Dorfbewohner die Wasserversorgung in ihrem Dorf einschätzen und ob der Zusammenhang zwischen Fäkal-Kontaminationen des Wassers und Durchfallerkrankungen von ihnen
erkannt wird.
Lediglich die Vertreter (meist Chef du village, Comité de gestion des points déau und Groupement
des femmes) von zwei Dörfern von insgesamt 34 befragten Dörfern, haben angegeben, die Versorgung mit Trinkwasser in ihrem Dorf sei sehr gut. Fast die Hälfte aller Befragten schätzte die Situation in ihren Dörfern als unzureichend oder sehr schlecht ein. In knapp 75% der Dörfer wurde angegeben, die Anzahl an sicheren Trinkwasserquellen (Pumpen, AEV) reiche nicht aus. In 60% der
Dörfer steht den Einwohnern in der Trockenzeit nicht genügend Wasser zur Verfügung.
Alle Befragten haben angegeben, dass sie Wasser aus Pumpen bevorzugen, da es im Gegensatz zu
Wasser aus offenen Brunnen sauber ist.
IMPETUS
204
Bakteriologische Wasseranalytik
Studie über Salmonellen in Stuhl - und Trinkwasserproben in dem Dorf Kaki Koka
Die in den vergangenen Jahren durchgerührten bakteriologischen Trinkwasseranalysen haben gezeigt, dass mehr als 8% aller offenen Wasserquellen (Marigots, traditionelle und moderne Brunnen)
mit enteritischen Salmonellen kontaminiert sind.
Die überwiegende Anzahl der isolierten Serotypen ist in Veröffentlichungen wissenschaftlicher
Studien bislang noch gar nicht oder nur sehr kurz beschrieben worden. Das humanpathogene Potential dieser Isolate kann bisher nur abgeschätzt werden. Aus diesem Grund wurde bereits von Oktober 2003 bis Januar 2004 eine Studie in dem Dorf Kaki Koka durchgeführt, die Aufschluss darüber
geben sollte, wie hoch das Infektions-Risiko für die Wasser-Konsumenten ist.
Stuhlproben von Probanden und sämtliche Wasserstellen in Kaki Koka wurden auf Salmonellen
untersucht und die assoziierten Daten zur Anamnese bei Salmonellenerkrankungen erhoben. Ziel
der Arbeit war die Ermittlung der Prävalenz von Keimträgertum und Morbidität in einem geschlossenen und repräsentativen Beobachtungsraum.
Um die Ergebnisse der damaligen Studie zu überprüfen, wurden die Wasser- und Stuhluntersuchungen von den beiden cand. med. Frau Nicola Zobel und Britta Kröger von April - Juni 2008
erneut durchgeführt.
Im Rahmen dieser Studie wurden Wasseranalysen von 25 Trinkwasserquellen (3 geschlossene
Pumpen-Systeme, 5 modere Brunnen, 8 traditionellen Brunnen und 9 offene Wasserlöcher) in Kaki
Koka, sowie Stuhlproben von 201 Einwohnern aller Altersstufen des Dorfes auf Salmonellen und
Shigellen untersucht. Die mikrobiologischen Analysen wurden im Labor in Parakou durchgeführt.
Verdächtige Kolonien wurden kryokonserviert und in Köln durch weitere mikrobiologische und
biochemische Tests verifiziert.
Während das Wasser aus Pumpen frei von enteritischen Salmonellen war, zeigte sich bei den traditionellen Brunnen und offenen Wasserlöchern eine Kontaminationsrate von 62% bzw. 77% (s.
Abb.III.1.4-12).
Weder in Wasser-, noch in Stuhlproben waren Shigellen nachweisbar, wohingegen aus ca. 24% der
Stuhlproben enteritische Salmonellen isoliert wurden, deren genaue Serotypisierung zurzeit noch in
entsprechenden Referenzzentren in Deutschland durchgeführt wird.
Die Befragung der Keimträger bezüglich ihres aktuellen Gesundheitsstatus zeigte, dass 5% von
ihnen am Tag der Probenentnahme an Durchfall litten.
Auf die gesamte Probandenanzahl bezogen, gaben ca. 39% an, im Verlauf des letzten Jahres mehrfach an Durchfall gelitten zu haben. Bei den unter 5-jährigen waren es sogar 65%. Von gastrointestinalen Beschwerden im weiteren Sinne (Durchfall, Erbrechen, Bauchschmerzen, Dysenterie)
berichteten 74% der Probanden.
Nachdem die Analysen der Studie von 2003/2004 unterschiedliche Serotypen enteritischer Salmonellen in Stuhl- und Wasserproben gezeigt hatten, war es nun erneut Ziel dieser Studie, unter anderem den Zusammenhang zwischen dem Konsum Salmonellen-kontaminierten Wassers und
Keimträgertum zu ermitteln, um sowohl Aufschluss über den Infektionsweg, sowie möglicherweise
IMPETUS
205
vorhandene Abwehrmechanismen gegen Salmonellen in der natürlichen Darmflora der Konsumenten zu erlangen. Während sich ca. 30% der Probanden, die mit Salmonellen kontaminiertes Wasser
getrunken hatten, als Keimträger präsentierten, wurden nur in 16% der übrigen Stuhlproben enteritische Salmonellen gefunden (s. Abb.III.1.4-13). Genaue Aussagen über die Zusammenhänge sind
aber noch nicht möglich, da die Serotypisierung der Salmonellen noch nicht abgeschlossen ist.
Um mögliche bakteriozide Stoffe in der Darmflora der Wasserkonsumenten gegen lokale enteritische Salmonellen zu entdecken, wurden spezielle Tests zunächst im Institut für Medizinischen Mikrobiologie in Köln entwickelt und dann in Parakou durchgeführt. Die endgültigen Resultate und
Auswertungen dieser Untersuchungen liegen zur Zeit noch nicht vor, vorläufige Ergebnisse weisen
aber auf Hemmpotential verschiedener Enterobakterien sowie einiger gram-positiver Bakterien der
natürlichen Darmflora hin.
Abb. III.1.4-12: Salmonellen-Kontamination der verschiedenen Trinkwasserquellen in Kaki Koka (Zobel
und Kröger, 2008)
IMPETUS
206
Abb. III.1.4-13: Zusammenhang zw. Konsum Salmonellen-kontaminierten Wassers und Salmonellen im
Stuhl (Zobel und Kröger, 2008)
Risiken bakterieller Kontamination von Trinkwasser während Transport und Lagerung
Der Student des Masterstudiengangs „Management Environnemental et Qualité des Eaux“
an der „Facultés des Sciences et Techniques (FAST)“ der Universität Abomey-Calavi, Mouissou
Lagnika, hat im Rahmen seiner DESS-Abschlussarbeit Trinkwasseranalysen im Impetus-Labor,
Parakou durchgeführt. Ziel seiner Arbeit war es, die Gefahr der Wasserkontamination auf dem
Transportweg von der Pumpe, bzw. dem Brunnen zu den Haushalten zu untersuchen, sowie den
Kontaminationsverlauf während der Lagerung des Wassers festzustellen. Hierzu hatte er ab Februar
2007 in zwei Dörfern, die sich in unmittelbarer Nähe zu Parakou befinden, das Verhalten mehrerer
Familien über einen Zeitraum von einigen Monaten beobachtet. Auf verschiedenen Etappen des
Wassertransports und der -Lagerung sind Proben entnommen worden: an der Pumpe direkt, in der
Transportschüssel, im Lagerbehälter und vom gelagerten Wasser am darauf folgenden Tag. Begleitend zu den Wasseranalysen ist das Hygiene-Verhalten der ausgewählten Familien mittels Fragebogen ermittelt worden. Seine Untersuchungen geben Einsicht in die Auswirkungen des Hygieneverhaltens der Wassernutzer auf die Trinkwasserqualität und zeigen, dass bakteriologisch einwandfreies Trinkwasser aus Bohrlöchern nach einer Lagerung von 24h bereits in 50% der untersuchten
Haushalte Kontaminationen durch E. coli aufweist. In zwei Haushalten konnten sogar Kontaminationen durch enteritische Salmonellen im gelagerten Wasser festgestellt werden. Die Krankheitserreger können von den Händen der Konsumenten über ein Trinkgefäß (häufig Kalebasse), die alle
Hausbewohner zum Schöpfen des Trinkwassers nutzen und das nach dem Trinken wieder in den
Lagerbehälter zurückgelegt wird, ins Wasser gelangen.
IMPETUS
207
Cholera-Epidemie in Cotonou: Identifizierung kontaminierter Brunnen
Während einer Cholera-Epidemie, die im Juli 2008 mit über 400 Fällen in Cotonou ausgebrochen ist, hat der Labor-Mitarbeiter Farouk Mazou in verschiedenen Stadtbezirken Cotonous
Wasserproben genommen und bakteriologisch untersucht. Durch die Analysen konnten die Brunnen
identifiziert werden, die trotz vorheriger Chlor-Desinfektionen mit dem Erreger Vibrio cholerae
kontaminiert waren. Die zuständige Direktorin des Gesundheitsministeriums wurde umgehend über
die Gefährdung der Konsumenten informiert, um entsprechende Sanierungs-Maßnahmen in die
Wege leiten zu können.
Virologische Wasseranalytik
Die virologischen Trinkwasseranalysen wurden fortgeführt und schon bestehende Ergebnisse in das
SQIeau eingepflegt. Eine virologische Kontamination konnte in ca. 13% der Trinkwasserquellen
nachgewiesen werden, wobei in erster Linie Adenoviren gefunden wurden. Durch die Analyse der
georeferenzierten Daten konnte als Risikofaktor für eine virale Kontamination das Vorhandensein
einer Latrine im Umkreis von 50m identifiziert werden. Dieses deutet auf eine mögliche fäkale
Kontamination der Trinkwasserquellen hin als Ursache für den positiven Virusnachweis. Bei Stuhluntersuchungen von Kindern unter 5 Jahren, die wegen Durchfall in der Kinderklinik Parakou behandelt wurden, fanden sich erwartungsgemäß virale Durchfallerreger wie Rotaviren, Adenoviren
Typ 41/40 und Noroviren, aber auch Adenoviren Typ 3/5, die ansonsten eher mit respiratorischen
Erkrankungen assoziierte sind. Durch diese breite Variabilität der Adenovirusinfektionen, die dazu
führen, dass Adenoviren in die Umwelt gelangen können, erklärt dich der häufige Nachweis von
Adenoviren in den von uns untersuchten Trinkwasserproben. Adenoviren wären somit ein mögliches Indikatorsystem für eine virale Kontamination von Umweltproben.
Chemische Wasseranalytik
Um die dem Informations-System SIQeau zugrunde liegende Datenbank mit Brunnendaten und
Analyse-Ergebnisse weiter zu vervollständigen, werden seit September 2008 Bohrlöcher, die sich
außerhalb des Städte-Dreiecks Parakou-Bassila-Djougou befinden, ebenfalls chemisch untersucht.
Die Daten dieser Wasserstellen stammen aus der Brunnendatenbank der SR-Eau, die neben der Impetus-Brunnendatenbank ebenfalls in SIQeau einfließen wird, um den Kommunen des oberen Ouémé-Einzugsgebiet eine umfangreiche Datenbasis zur Verfügung stellen zu können.
Der Labor-Mitarbeiter Martial Dossou beprobt seit September Wasser aus Pumpen, die sich in Dörfern nördlich von Parakou entlang der Straße nach N´Dali befinden. Die Analyseergebnisse werden
in SIQeau eingearbeitet.
Im Rahmen der Kooperation mit der beninischen NGO BETHESDA BENIN wurden WasserAnalysen in Malanville durchgeführt, wobei festgestellt wurde, dass das Leitungswasser der Stadt
IMPETUS
208
eine hohe Nitrat-Kontamination aufweist (s. Ausweitung der Kooperationen/ Capacity Development).
Ausweitung der Kooperationen/ Capacity Development
Der Ausbau weiterer Kooperationen zu Brunnenbau- und Gesundheits-Projekten in denen das Impetus-Labor Trinkwasserqualität und technische Sanierungskonzepte überprüft und eine beratende
Funktion übernimmt, stellt einen Beitrag für die langfristige Verbesserung der wasserhygienischen
Situation im ländlichen Benin dar.
Im Jahr 2007 wurde die Kooperation zu der belgischen NGO PROTOS/PAGIREL («Projet d’appui
à la GIRE locale au Bénin») - ein Projekt zur Unterstützung des lokal integrierten Wassermanagement in Benin - initiiert.
Im März 2008 wurde eine Studie über die Kontamination gelagerten Wassers im Raum Natitingou
zur Überwachung von Hygiene-Sensibilisierungs-Maßnahmen der Bevölkerung, mit PROTOSMitarbeitern geplant und durchgeführt.
Im Zuge der Wasser-Beprobungen und -Analysen sollte vom Impetus-Laborpersonal, Farouk Mazou und Martial Dossou, die Arbeit von zwei von PROTOS beschäftigten Mitarbeitern, die die
Trinkwasserqualität im Raum Naitingou mit Hilfe eines Wasser-Analysekits überwachen sollten,
kontrolliert und bewertet werden. Es stellte sich heraus, dass die Mitarbeiter keine Kompetenz im
Bereich Wasser-Beprobung und -Analytik aufweisen konnten und im Umgang mit sterilen Materialien und Bakterien keinerlei Erfahrung hatten. Folglich sind die Ergebnisse der im Laufe mehrerer
Monate von PROTOS durchgeführten Wasseranalysen wertlos.
Auf Grund dieser Erkenntnisse wurde vereinbart, dass Farouk Mazou im November 2008 einen
einwöchigen Workshop für PROTOS-Mitarbeiter leitet, in dem die Entnahme bakteriologischer
Trinkwasser-Proben, steriles Arbeiten, Umgang mit Mikroorganismen und die Handhabung des von
PROTOS genutzten Wasseranalyse-Koffers erklärt und praktisch gelehrt werden. Ziel des
Workshops ist, dass zukünftig die beiden Mitarbeiter selbständig in ihrem Untersuchungs-Gebiet
Wasserproben entnehmen und analysieren können. Gleichzeitig soll die Verlässlichkeit der Analyse-Ergebnisse des von ihnen genutzten Wasseranalyse-Koffers sichergestellt werden.
Im Rahmen der Kooperation mit der beninischen NGO BETHESDA BENIN, die in den Bereichen
Gesundheit, Mirkofinanzen, Sanierungsprogrammen und Umweltschutz arbeitet, wurden im April
2008 Wasseranalysen durchgeführt, um einen Überblick über die Trinkwasser-Situation in der Stadt
Malanville zu bekommen. Die Ergebnisse der chemischen Untersuchungen des Leitungswassers der
Stadt zeigen, dass eine starke Nitrat-Kontamination des Trinkwassers vorliegt. Die Konzentrationen
liegen bei bis zu 300,65 mg/L NO3, bei einem Grenzwert von 50 mg/L NO3 (s. Abb. III.1.4-14). Die
WHO geht von einer duldbaren Menge Nitrat von 220 mg/Tag aus. Eine lebensbedrohliche Gesundheits-Gefährdung besteht insbesondere für Säuglinge unter 3 Monaten.
IMPETUS
209
Ein möglicher Erklärungs-Ansatz für die hohen Nitrat-Konzentrationen ist die Tatsache, dass das
Bohrloch der SONEB, aus dem die Wasserleitungen der Stadt gespeist werden, sich auf einem
Baumwoll-Feld befindet, wo Nitrat als Bestandteil von Natur- und Kunstdünger in den Boden und
in das Grundwasser gelangen könnte.
Farouk Mazou und Martial Dossou haben im Anschluss an die Analysen die Ergebnisse in Malanville präsentiert und erläutert. Auf dieser Grundlage hat BETHESDA BENIN den Bericht „Stratégie du PHABEP pour améliorer láccès à léau potable à Malanville“ erstellt, der auf die problematische Trinkwasserversorgung in der Stadt hinweist. Die SONEB, die offiziell in Benin für die städtische Wasserversorgung und -qualität verantwortlich ist, soll mit Hilfe dieses Dokuments zum
Handeln aufgefordert werden.
BETHESDA BENIN möchte im kommenden Jahr mit dem Impetus-Labor ein Pilot-Projekt zum
Thema Haushalts-Abwässer durchführen, wofür bereits der Bau einer Kläranlage geplant ist.
Abb. III.1.4-14: Ergebnisse der Wasseruntersuchungen auf Nitrat in Malanville (Quelle: Stratégie du
PHABEP pour améliorer láccès à léau potable à Malanville - rapport final)
Seit Juli 2008 wird eine Kooperation mit der KfW geplant, bei der das Impetus-Labor den Part der
Wasseranalytik ein einem groß angelegten Wasser-Qualitäts-Projekt übernehmen soll. Im Rahmen
des Projektes sollen von 2009 bis 2010 in 300 Dörfern drei verschiedener Departements Wasserstellen und insgesamt 3000 Haushalte in Regen- und Trockenzeit beprobt werden. Gleichzeitig werden
von einem Team der Universität Cotonou sozio-ökonomische Daten erhoben und mit den Wasserdaten in Zusammenhang gebracht.
IMPETUS
210
Im Dezember 2008 fand eine Pilotstudie in dem Departement Mono statt, bei der verschiedene bakteriologische und chemische Wasseranalytik-Kits auf ihre Handhabung und Eignung für das Projekt
getestet wurden.
Ein Kooperationsvertrag soll noch Ende des Jahres abgeschlossen werden, so dass die Wasserbeprobungen ab Mitte Februar 2009 stattfinden können.
Erste Gespräche für eine Zusammenarbeit zum Thema Lagerung von Trinkwasser in Schulen fanden bereits im Oktober 2007 mit Verantwortlichen der amerikanischen NGO MCDI („Medical Care
Development International“) statt. MCDI hatte in den Departements Atacora und Donga Pumpen
für Schulen gebaut und es sollte überprüft werden, wie die Qualität des Wassers sich bei verschiedenen Lagerungs-Formen ändert. Hierfür wurden verschiedene Behältnisse untersucht: offene Tonnen, aus denen jedes Kind mit einem Trinkgefäß Wasser schöpft und geschlossene Wassercontainer, die über einen kleinen Zapfhahn verfügen.
Zwischen Dezember 2007 und Januar 2008 wurden vom Impetus-Labor insgesamt 106 Wasserproben im Rahmen dieser Kooperation entnommen und analysiert auf E. coli, coliforme Bakterien,
Präsenz weiterer pathogener Bakterien, Nitrit, Nitrat, Sulfat, Phosphat, Ammonium, pH-Wert, Leitfähigkeit und Temperatur.
Die bereits seit 2004 bestehende Kooperation mit dem schweizer Projekt Helvetas wurde auch im
Jahr 2008 weitergeführt: im Juni wurden Trinkwasser-Hochbehälter, die Helvetas für mehrere Gesundheits-Stationen errichtet hatte, vom Impetus-Labor untersucht.
Im Mai 2008 erschien die Helvetas/PACEA-Broschüre „Modification des puits à grand diamètre
pour une meilleure qualité de léau“, in der der Umbau großer Dorfbrunnen zu geschlossenen Pumpensystemen und die Untersuchungs-Ergebnisse der vom Impetus-Labor in den Jahren 2004- 2005
begleitend dazu durchgeführten Hygiene-Überwachungen, erläutert werden.
Zukünftiges Bestehen des Labors nach Projekt-Ende
Das Labor in Parakou soll zusammen mit den dort etablierten Methoden, dem Inventar und dem
geschulten Personal nach dem Ende der dritten Phase an die DG-Eau übergeben werden, um so einen nachhaltigen Wissenstransfer und die Weiterführung der Wasseranalytik in Zentralbenin gewährleisten zu können.
Um die Weiterbeschäftigung der Impetus-Mitarbeiter Farouk Mazou und Martial Dossou und somit
die Transmission des Know-hows zukünftig sicherstellen zu können, wurden im September 2008 in
Absprache mit dem Direktor der DG-Eau Anträge auf ihre Übernahme in den Staatsdienst ab August 2009 gestellt und an das entsprechende Ministerium weitergeleitet.
IMPETUS
211
Bei einem Treffen des Impetus-Koordinators Andreas Preu, der KfW-Direktorin in Cotonou, Ina
Joachim und der Labor-Verantwortlichen Alexandra Uesbeck mit dem Direktor der DG-Eau, Monsieur Bani, Samari, wurde das Thema der im Rahmen der KfW-Kooperation durchzuführenden Studien vom im August 2009 an die DG-Eau übergehenden Impetus Labors, besprochen. Ziel war,
vom Direktor eine Zusage der Verfügbarkeit und Funktionalität des Labors auch in 2010 zu erhalten. Der Direktor informierte die Anwesenden zunächst darüber, dass die Impetus-Mitarbeiter in
den Dienst der DG-Eau übernommen werden würden. Zudem sicherte er zu, das Labor in seiner
Funktionalität mit der derzeitigen Analysemethodik zu erhalten. Eine entsprechende Vereinbarung
zwischen DG-Eau und Impetus wird derzeit vorbereitet.
Informationssystem SIQeau
Die vier geplanten Module des Informationssystems zum Thema Trinkwasserversorgung und –
qualität im ländlichen oberen Ouémé Einzugsgebiet, SIQeau „Système dÍnformation sur la Qualité
de léau“, wurden erstellt und in das System implementiert:
-
Basis-Informationen über Trinkwasserqualität und die Situation der Trinkwasserversorgung
im oberen Ouémé Einzugsgebiet
-
eine interaktive GIS-Karte zur räumlichen Darstellung der TrinkwasserversorgungsSituation und von Risiko-Konstellationen in den Dörfern, basierend auf der aktualisierten
Impetus-Brunnendatenbank und der Datenbank der SR-Eau (die Brunnendatenbank der SREau wird zusätzlich zu der Impetus-Brunnendatenbank in SIQeau einfließen, um den Nutzern eine möglichst umfangreiche Datenbasis zur Verfügung stellen zu können - insgesamt
beinhaltet SIQeau dann Daten zu ca. 3700 Wasserstellen).
-
Handlungsoptionen, die auf den im Rahmen von PK Be-G.5 ermittelten Ergebnissen bezüglich der Trinkwasserqualität beruhen und eine Prävention von Wasserkontaminationen und
dem Ausbruch von wassergebundenen Durchfall-Epidemien im Vorfeld ermöglichen sollen
-
eine Kontaktdatenbank, die Daten aller verantwortlichen Ärzte, Krankenhäuser, Gesundheitszentren, Hygiene-Services, etc. der jeweiligen Region beinhaltet und eine Liste von ersten Maßnahmen zur Eindämmung einer Durchfall-Epidemie
Als weiteres Modul wird seit November 2008 in SIQeau die Option eines Monitoring Tools zur
Bearbeitung vorhandener und dem Einfügen neuer Brunnen- und Wasseranalyse-Daten implementiert.
Eine erste lauffähige Version des Systems wurde im Juli 2008 fertig gestellt und im August auf der
GLOWA-Abschlusskonferenz in Ouagadougou präsentiert.
IMPETUS
212
Seit September 2008 wird SIQeau von dem Labor-Mitarbeiter Martial Dossou in Benin den zukünftigen Nutzern einzeln vorgestellt und mit ihnen erprobt und diskutiert.
Durch den direkten Kontakt zu beispielsweise Gemeinde-Mitarbeitern, die die zukünftige HauptNutzergruppe von SIQeau darstellen, können Verständnis-Schwierigkeiten, Logik-Fehler im System, Anregungen und neue Ideen besser erkannt und aufgenommen werden. Das Feed-back der
Nutzer ist in dieser Erprobungs- und Evaluierungsphase für die Weiterentwicklung von SIQeau
grundlegend.
Literatur:
Assani A. K. (1995) Qualité et mode de gestion de l’eau de boisson dans la sous-préfecture de Grand-Popo, Mémoire
IRSP, Cotonou, 124 pages
Baba Moussa A. (1994) Etude de la pollution bactériologique de la nappe phréatique à partir d’une latrine en Afrique
Subtropicale. Thèse de doctorat du 3ème cycle ès sciences Techniques, 185 pages
Bossou B. (2001) Analyse et esquisse cartographique de la contamination bactériologique de la nappe phréatique alimentant les puits traditionnels de la ville de Cotonou et sa banlieue DESS-MEQUE, 81 pages
Dovonon, L. F (2001): Rapport définitif de l´étude physico-chimique des eaux des département lÁlibori et du Borgou,
Département des ressources en eau
Projet PADEAR-DANIDA : Cotonou, 78 pages
INSAE: RGPH3 (Oct. 2003) Synthèse des analyses, 42 pages
UN: Millennium Development Goals
WHO/UNICEF: Water for life, 2005
WHO, 2007, Global Task Force on Cholera Control: Cholera Country Profile BENIN
IMPETUS
213
Existenzsicherung
III.2
IMPETUS
214
Marokko und seine Themenbereiche
III.2.1 Existenzsicherung
Im Projektgebiet ist Wasser die primär limitierende Ressource, welche wirtschaftliche Aktivitäten
eindeutig in ihrer Weiterentwicklung begrenzt. Dabei sind die wesentlichen Einkommensquellen im
Drâa Tal Oasenlandwirtschaft, extensive, teils transhumante Weidewirtschaft und Tourismus. Im
Projektbereich Existenzsicherung stehen die Oasenwirtschaft mit ihren Anpassungsmöglichkeiten
und ökonomischen Aspekten im Vordergrund. Einkommen aus Tourismus und dessen Ansprüche
an den Wasserbedarf wurden im letzen Berichtszeitraum abschließend untersucht.
Die Ressource Wasser wird in der Region Drâa hauptsächlich für die landwirtschaftliche Produktion in den Oasen genutzt. Prinzipiell gibt es für die Bewässerung zwei Wasserquellen: Das staatliche
kontrolliert durch sogenannte Lâchers aus dem Staudamm Mansour Eddahbi zur Verfügung gestellte Oberflächenwasser und das immer mehr an Bedeutung gewinnende Grundwasser. Das Oberflächenwasser aus dem Staudamm ist qualitativ gut, aber zeitlich (nach Lâchers) und räumlich (abhängig von der Entfernung vom Stausee) nur beschränkt verfügbar. Außerdem ist die Verfügbarkeit des
Oberflächenwasser stark klimatisch bestimmt. Dies führt zu einer deutlichen Ertragsminderung und
ggf. zur Aufgabe von Ackerflächen, in trockenen Jahren und insbesondere in den südlichen Oasen
oder am Oasenrand. Zudem nimmt die Versalzung der Böden durch den steigenden Einsatz des
salzhaltigeren Grundwassers immer mehr zu, besonders um und südlich von Zagora. Für Familien,
die hauptsächlich von landwirtschaftlichen Erträgen leben müssen, bedeutet das erhebliche Einkommensverluste oder gar eine Bedrohung ihrer Existenz.
Im PK MaE2 werden daher Strategien zur Steigerung der Wassernutzungseffizienz mit Hilfe von
Feldversuchen und Pflanzenwachstumsmodellen untersucht. Ziel ist die Entwicklung des Informationssystem AGROSIM zur Ableitung der regionalen Ertragserwartungen in den einzelnen Oasen in
Abhängigkeit vom Wasser- und Nährstoffmanagement. Im Berichtszeitraum wurde die Datenbasis
für die Modellierung der Produktivität im Ackerbau in den mittleren Drâa-Oasen überprüft, mit den
Erhebungen aus anderen Problemkomplexen harmonisiert und wo nötig erweitert. Außerdem wurde
die Parametrisierung des Modell SAVANNA zur Abschätzung der Weideproduktivität abgeschlossen. Mit dem räumlich verteilten Modell wurden Klima- und Weidemanagementszenarien für das
gesamte Drâa-Einzugsgebiet gerechnet. In allen Szenarien ist bis zum Jahr 2050 eine Abnahme der
Gesamtproduktivität zu erwarten, wobei mögliche Wechselwirkungen zwischen Klima und Management beobachtet wurden. Weideausschluss führte im Mittel zu einer höheren Produktivität der
Weiden. Allerdings war im Klimaszenario B1 der Rückgang der Nettoprimärproduktion in der beweideten Variante im Laufe der Simulation geringer als in der Ausschlussfläche.
Existenzsicherung
IMPETUS
215
Die ökonomisch optimierte Nutzung und Bewirtschaftung der äußerst knappen Ressource Wasser
sind für die Existenzsicherung im Projektgebiet von fundamentaler Bedeutung. Die Entwicklung
des ökonomisch basierten Planungs- und Optimierungstools MIVAD für die Wasserverteilung ist
daher eine zentrale Aufgabe des PK Ma-E.1. Im Berichtszeitraum wurden unter anderem mit
MIVAD Klima- und Wasserverteilungsszenarien gerechnet und deren Einfluss auf den Anteil der
Grundwassernutzung bzw. auf das landwirtschaftliche Einkommen abgeschätzt. Außerdem wurde
neben weiteren Verfeinerungen im Modell ein Schwerpunkt auf die Konzeption des MIVAD-SDSS
gelegt. Die Berechnung von Szenarien, die in das SDSS eingehen wurde verbessert, und die grafische Nutzeroberfläche mit verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten ausgebaut, die es dem Entscheidungsträger nun ermöglichen individuelle Tabellen und Diagrammformate zu erstellen, und
den Output in verschiedenen Formaten zu exportieren. Während mehrerer Tagungen und
Workshops in Marokko wurde das SDSS MIVAD vorgestellt und die Ergebnisse bzw. das SDSS
selbst stießen auf großes Interesse. Die Rückkopplung aus den Nutzergruppen wurde in das SDSS
eingearbeitet, sowohl hinsichtlich der Funktionalität als auch der berücksichtigten Parameter.
Existenzsicherung
IMPETUS
216
PK Ma E.1 Ökonomische Aspekte des Wassermanagements im Einzugsgebiet
des Drâa
Dattelpalmenproduktion und landwirtschaftliche Anbau in der Oase Mezguita
Problemstellung
Die Zukunft vieler Landwirte des Drâa Einzugsgebietes hängt von einem effizienten Wassermanagement ab. Aufgrund der langen Dürreperioden und Subventionen für Motorpumpen ist in den letzten Jahren vermehrt Grundwasser für die Bewässerung der Felder verwendet worden. Dies führte zu
einem stetigen Absinken des Grundwasserspiegels, zu vermehrten Kosten und zu langfristig steigenden externen Kosten der Ressourcenübernutzung. Daher ist die ökonomische Analyse des Wassermanagements und die Bewertung von Wasser im ökonomischen Sinne ein entscheidender Bestandteil eines effektiven Wassermanagements in der Drâa Region.
Mit der Umstrukturierung der zuständigen Institutionen wird auch zukünftig die Bedeutung von
politischen Eingriffsmöglichkeiten im Wassermanagement des Drâa Tals steigen. Ökonomische
Instrumente wie Wasserpreise, Subventionen, Mengensteuerungen gewinnen an Relevanz für ein
Gebiet, dass bisher von politischen Eingriffen weitgehend ausgenommen wurde. Mit Hilfe des Models MIVAD können unterschiedliche Politikinstrumente simuliert und in verschieden Interventionsszenarien verglichen werden.
Existenzsicherung
IMPETUS
217
Mitarbeiter
C. Heidecke, A. Kuhn, S. Klose
Zielsetzung
Die Zielsetzung des Problemkomplexes ist die Auswirkung von Oberflächen- und Grundwasserverfügbarkeit auf die landwirtschaftliche Produktion und somit auf das landwirtschaftliche Einkommen
abzuschätzen und politische Eingriffsmöglichkeiten zu diskutieren. Dazu wird ein hydroökonomisches Modell verwendet, das den Einfluss von Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität
insbesondere der Salzgehalte im Bewässerungswasser abbildet und die Auswirkungen von landwirtschaftlichen Erträgen und Flächennutzung in den sechs Drâaoasen errechnet. Der Problemkomplex
bezieht Modellierungsansätze aus dem PK Ma. H2, insbesondere aus dem Bilanzierungsmodell, und
Daten aus dem PK Ma. E2 mit ein.
Forschungsansatz und Modellierung
Hauptbestandteil des PK Ma. E1 ist das Plannungsmodell MIVAD, das die sechs Oasen des mittleren Drâatals und die hydrologische Bilanz der Region in einem Knotennetzwerk abbildet. In der
Modelliersprache GAMS werden landwirtschaftliche Deckungsbeiträge unter den zwei wichtigsten
Ressourcenbeschränkungen, Land und Wasser, maximiert. Dabei stellt MIVAD eine Verknüpfung
zwischen landwirtschaftlicher Wassernutzung und Ressourcenverfügbarkeit her und ist somit Bindeglied zwischen verschiedenen Disziplinen und Schnittstelle zu unterschiedlichen PKs. Es werden
Ergebnisse für alle sechs Oasen den mittleren Drâatals sowie für die Hauptanbauprodukte Weizen,
Gerste, Luzerne, Mais, Datteln und Gemüse, errechnet. Alle Anbauaktivitäten sind durch spezifische Input- und Wasserbedürfnisse sowie Ertragsfunktionen definiert.
Fortschritte der Modellierung im Berichtszeitraum
Im Berichtszeitraum wurde ein Schwerpunkt auf die Weiterentwicklung des SDSS MIVAD gelegt.
In der Modellierung wurde vor Allem die Einbindung der Klimaszenarien verbessert. Mit einer Maximum Likelihood Schätzung konnte die derzeitige Verteilung der Stauseezuflüsse sowie die zukünftige Verteilung der Zuflüsse berechnet werden, die als Monte Carlo Simulation in das MIVAD
Modell einfließen. Die Berechnung von zukünftigen landwirtschaftlichen Einkommen und Wassernutzung kann somit genauer abgebildet werden. Zusätzlich wurde eine Studie zur Modellvalidierung im Drâa Tal durchgeführt. Dafür wurde im Rahmen einer Diplomarbeit die Zahlungsbereitschaft der Landwirte in den Drâa Oasen untersucht, um den Wert von Wasser in der Region besser
abschätzen zu können. Die vorläufigen Ergebnisse zu dieser Studie sollen im Folgenden kurz dargestellt werden.
Existenzsicherung
IMPETUS
218
Studie zur Zahlungsbereitschaft von Bewässerungswasser der Landwirte in der Oase Ternata
im Mittleren Drâa Tal- vorläufige Ergebnisse
Ziel der Studie ist es eine Datengrundlage zu schaffen, die zur Schätzung einer Nachfragefunktion
für Bewässerungswasser herangezogen werden kann. Verwendet wurde dazu die Contingent Valuation Method (CVM), bei der die Befragten ihre Zahlungsbereitschaft oder willingness to pay (WTP)
für ein Gut angeben, das ihnen zuvor in einem hypothetischen Szenario beschrieben wurde. In der
Befragung wurden die Landwirte gebeten ihre WTP für eine zusätzliche Einheit Grundwasser (GW)
bzw. Oberflächenwasser (OW) im Sommer und im Winter zu nennen. In Kombination mit ihrem
tatsächlichen Wasserverbrauch und weiteren erklärenden Variablen sollen diese Werte zur Schätzung einer Nachfragefunktion herangezogen werden.
Die Befragung wurde im Zeitraum vom 20.10.08 bis zum 20.11.08 durchgeführt. Aufgrund des
limitierten zeitlichen Rahmens beschränkte sich die Befragungsregion auf die Oase Ternata, die mit
24,6% der gesamten landwirtschaftlichen Fläche im Drâa Tal die größte der sechs Oasen darstellt
(Ouhajou, 1996, S. 20). Nach einem fünftägigen Pretest wurden insgesamt 72 Interviews geführt,
die zur Auswertung herangezogen werden können.
WTP (in DH/m³)
3
Media = 1,18 DH/m³
Y = 1,17 DH/m³
σ = 0,44
2
y = -0.0007x + 1.4271
R2 = 0.1305
1
n=29
0
0
200
400
600
800
1000
Grundw asser
Verbrauch pro Monat im Winter (in m ³/ha)
1200
Abb. III.2.1-1: WTP für eine zusätzliche Einheit Grundwasser im Winter, in Abhängigkeit vom Grundwasser
Verbrauch pro Monat und Hektar (Storm 2008).
Abbildung III.2.1-1 zeigt exemplarisch vorläufige Ergebnisse für das Szenario GW Winter. Anhand
des Streudiagramms lässt sich der erwartete negative Zusammenhang zwischen dem tatsächlichen
Grundwasserverbrauch und der WTP für eine zusätzliche Einheit Grundwasser erkennen (Korr.
nach Pearson (2-seitig) -0,361 (0,054)). Für die Darstellung wurden nur Landwirte ausgewählt, für
die Grundwasser auch im Winter ein limitierender Faktor darstellt. Somit ist es möglich die WTP
für eine zusätzliche Einheit Grundwasser als Schattenpreis zu interpretieren. Mithilfe der Methode
der kleinsten Quadrate lässt sich daraus näherungsweise eine Nachfragefunktion für Grundwasser
ableiten.
Im weitern Verlauf der Arbeit ist zunächst eine genaue Überprüfung der Datengrundlage vorgesehen, insbesondere im Hinblick auf Ausreißerwerte. Anschließend ist geplant die Analyse auf alle
vier Szenarien auszuweiten und neben dem Wasserverbrauch weitere erklärende Variable in eine
Regressionsanalyse einzubeziehen.
Existenzsicherung
IMPETUS
219
Stand der SSDSS/IS/MT-Entwicklung
Wie wird sich die Landwirtschaft im Drâa Tal unter den derzeitigen Bedingungen entwickeln, wenn eine konstante Abnahme der Oberflächenwasserverfügbarkeit angenommen wird? Welche Auswirkungen hat dies
auf die landwirtschaftlichen Erträge, auf das landwirtschaftliche Einkommen sowie auf die Wasserressourcennutzung? Wie entwickeln sich
diese Indikatoren unter den Annahmen der IMPETUS Klimaszenarien A1B und B1? Wie beeinflussen zusätzliche Wasserpreise oder Wasserkosten für die Bewässerung die landwirtschaftliche Flächenausnutzung und den Anteil an Anbaukulturen? Welche Rolle spielt die derzeitige Wasserverteilung auf das Einkommen der Landwirte und wie könnte die Wasserverteilung verändert werden?
Dies sind Kernfragen, die für ein nachhaltiges Wassermanagement im Drâa Tal eine große Rolle
spielen und die mit Hilfe des SDSS MIVAD beantwortet werden können. Daher richtet sich das
MIVAD SDSS an die administrative Ebene in Marokko, die für die Wasserverteilung sowie für die
Strukturen in der Landwirtschaft zuständig sind. Insbesondere sind die DGH und das Landwirtschaftsministerium angesprochen, die in die Konzeption des SDSS verstärkt mit einbezogen worden
sind. Das dem SDSS zugrunde liegende Modell MIVAD ist an der Universität Hassan II verankert.
Dort sind Schulungen zur Modellprogrammierung durchgeführt worden sowie mehrere Masterarbeiten entstanden, die den an der
Universität Bonn entwickelten
Modellansatz auf zwei weitere
Einzugsgebiete in Marokko, Tadla
und Loukkos, übertragen und das
Modell MIVAD für das Drâa Tal
zukünftig weiterentwickeln und
anwenden können.
M IVAD SDSS
DSS
Abb. III.2.1-2: Startscreen des MIVAD SDSS
Das MIVAD SDSS ist als Datenbank konzipiert, in welche die Szenarienergebnisse des Modells
MIVAD eingelesen werden. Der Nutzer kann die Ergebnisse der Szenarien auf eine strukturierte
Weise abfragen. Aus der Szenariendatenbank können spezifische Tabellen für unterschiedliche Parameter abgefragt, Diagramme und Karten erstellt werden. Der Aufbau des SDSS geht aus Abbildung III.2.1-3 hervor.
Existenzsicherung
IMPETUS
Economic analysis
220
Modellergebnisse
(Szenariodatenbank)
Auswahl des Klimaszenarios
(Stauseefüllmengen)
Auswahl der Wasserkosten
Auswahl der Wasserverteilung
Befragung 2005
IMPETUS Daten
Daten ORMVAO
Karten
Tabellen
Diagramme
Abb. III.2.1-3: Aufbau des SDSS MIVAD
Das MIVAD SDSS bietet dem Nutzer am Anfang zwei Auswahlmöglichkeiten. Der Nutzer kann
entweder neu gerechnete Szenarien laden, die in einem .gdx Format vorliegen. Des Weiteren kann
er die neu geladenen und/ oder Szenarien aus der Datenbank paarweise vergleichen.
In der Szenariendatenbank sind eine große Anzahl vorgerechneter Szenarien integriert, die strukturiert oder im Einzelnen abgefragt und mit anderen Szenarien verglichen werden können. Dabei hat
der Nutzer die Möglichkeit aus drei verschiedenen Klimaszenarien auszuwählen, unterschiedliche
Wasserkosten anzunehmen oder die Wasserverteilungsregel zwischen den Oasen zu ändern.
Für die Berechnung der Klimaszenarien im SDSS wurden die IMPETUS-Remo-Läufe bis zum Jahr
2025 auf die Stauseeeinträge umgerechnet, die dann als exogener Parameter in das MIVAD Modell
einfließen. Die Beobachtung einer starken Korrelation zwischen Niederschlag und Stauseezuflüssen
konnte somit genutzt werden, um die Klimaszenarien A1B und B1 in MIVAD umzusetzen. Als
Vergleichsmöglichkeit bietet das Szenario „konstante Reduktion“ eine kontinuierliche Abnahme
der Stauseezuflussmengen bis 2025 an. Mit diesem Szenario kann eine sehr lange Dürreperiode
untersucht werden, aber auch die Wirkung einzelner Parameter wird hier deutlicher.
Existenzsicherung
IMPETUS
221
Abb. III.2.1-4: Auswahl der Klimaszenarien im SDSS MIVAD
Die Kosten für die Grundwassernutzung kann der Nutzer anpassen. Dabei stehen drei Möglichkeiten zur Verfügung. Zum ersten die Möglichkeit abzubilden, dass Grundwassernutzung keine Kosten
verursacht. Diese Möglichkeit ist zum Vergleich mit kostenlosen Oberflächenwasser gut geeignet,
mit der Annahme das beide Ressourcen gratis zur Verfügung stehen. In der Realität sind die Landwirte aber mit Kosten von 0,58 Dirhams pro Kubikmeter konfrontiert, da sie Öl und Benzin für die
Nutzung der Motorpumpen kaufen müssen (Heidecke 2008). Dann gibt es noch die Möglichkeit die
Kosten auf 1 Dirham pro Kubikmeter zu erhöhen. Dies ist denkbar, wenn die Benzinkosten auf dem
Weltmarkt steigen, oder eine Wasserpreispolitik im Drâa Tal eingeführt werden würde.
Abb. III.2.1-5: Auswahl von zwei Szenarien des SDSS MIVAD zum Vergleich
Existenzsicherung
IMPETUS
222
Abbildung III.2.1-6 zeigt Ergebnisse für den Vergleich von einem Klimaszenario (A1B) mit der
konstanten Reduktion der Stausseezuflüsse von 2000 bis 2020. Es wird deutlich, dass die Schwankzungen des Klimaszenarios sich direkt auf die Einkommen und auf die Grundwassernutzung übertragen. Unter dem Szenario der konstanten Reduktion (Red) stiegt die Grundwassernutzung nach
dem vierten Jahr stark an, da nicht mehr genug Oberflächenwasser für die Bewässerung zur Verfügung steht.
600
500
Mm³, MDH
400
300
200
100
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
20
19
20
20
0
A1B_GW USE
A1B_Income
Red_GW USE
Red_Income
Abb. III.2.1-6: Landwirtschaftliches Einkommen und Grundwassernutzung unter eine Dürreperiode (red) und unter
Klimaszenario A1B
Eine dritte Option ermöglicht die Auswahl von zwei Verteilungsregeln zwischen den Oasen. Die
erste Möglichkeit, das Oberflächenwasser an der Flächenverteilung der Oasen zu koppeln, bildet
eine realistische Situation zwischen den Drâa Oasen ab. Die zweite Möglichkeit verteilt Wasser
anhand einer modelloptimalen Verteilung. Letzteres bedeutet, dass die Verteilung über alle Oasen
nach dem Prinzip der Gewinnmaximierung im Modell erfolgt. Tabelle 1 fasst die Unterschiede zwischen den Verteilungsformen zusammen. Das durchschnittliche landwirtschaftliche Einkommen mit
einer Modell „optimalen“ Verteilung erzielt ein leicht höheres Einkommen. Jedoch wird die Varianz zwischen den Oasen im Vergleich zur Wasserverteilung nach Flächenanteilen sehr viel größer.
Dies bestätigen die Standardabweichung und der Variationskoeffizient.
Existenzsicherung
IMPETUS
223
Tab. III.2.1-1: Ergebnisse als Durchschnitt über 20 Jahre
Verteilung nach Fläche
‚Optimale’ Verteilung
Einkommen (Mio. Dirham)
Einkommen (Mio. Dirham)
Mezguita
28.95
24.91
Tinzouline
26.75
21.94
Ternata
37.68
48.74
Fezouata
16.32
18.22
Ktaoua
23.51
24.50
Mhamid
8.81
6.57
Mittelwert
23.67
24.15
Standardabweichung
10.08
13.82
Variationskoeffizient
0.43
0.57
Die benutzerfreundliche Oberfläche vom SDSS MIVAD bietet die Möglichkeit, sich nach der Auswahl von zwei Szenarien Tabellen und Karten ausgeben zu lassen. Die Tabellen lassen sich dann
mit Hilfe einer Umkehrfunktion (siehe Abbildung III.2.1-7) individuell gestalten. So können Zeilen
und Spaltenformate angepasst werden, einzelne Kulturen oder Oasen speziell verglichen werden,
sowie Kreuztabellen in individueller Formatierung exportiert werden.
Abb. III.2.1-7: Pivot Funktion im MIVAD SDSS zur individuellen Erstellung von Tabellen
Existenzsicherung
IMPETUS
224
Dies gilt auch für die Darstellung der Ergebnisse mit Diagrammen und Karten. Abbildung III.2.1-8
zeigt die Modellergebnisse für den Stauseefüllstand, für Stauseezuflüsse, und die Abgabe von Lacher aus dem Stausee. Diese Indikatoren können einzeln oder gemeinsam dargstellt und verglichen
werden. Der Entscheidungsträger hat somit die Möglichkeit, dass die Ergebnisse des SDSS MIVAD
als Diskussionsgrundlage für Wassermanagementpolitiken im Drâa Tal heranzuziehen. Durch verschiedene Ausgabeformate hat der Nutzer die Möglichkeit, die Ergebnisse des SDSS MIVAD beliebig weiter zu verwenden.
Abb. III.2.1-8: Diagrammgestaltung im MIVAD SDSS
Das Capacity Development der vorangegangen Perioden wurde im Jahr 2008 weitergeführt und
verstärkt. Die Kooperation mir Prof R. Doukkali der Universität Hassan II wurde weiterhin gepflegt
und ausgebaut. Die Modellanpassung für das Einzugsgebiet Tadla wurde unter der Betreuung von
Prof. Doukkali erweitert insbesondere mit Verbesserungen von Klimasimulationen.
Der konstante Kontakt zu Kooperationspartnern der ORMVAO ermöglicht eine ständige Anpassung der Modellsimulation an die Bedürfnisse der Projektpartner. Auch konnten während den Konferenzen in Ouagadougou und Ouarzazate die Modellergebnisse und das SDSS MIVAD vorgestellt
und diskutiert werden.
Ausblick
In den kommenden Monaten wird das SDSS MIVAD fertig gestellt. Dafür soll insbesondere die
Dokumentation des SDSS MIVAD in allen Sprachen verbessert und ausgebaut werden. Weitere
Existenzsicherung
IMPETUS
225
Szenarieneinbindung erscheint zusätzlich sinnvoll, um die vollen Möglichkeiten des SDSS auszuschöpfen. Die Maßnahmen im Rahmen des Capacity Development werden fortgeführt; vor allem
die kontinuierliche Diskussion mit den Stakeholdern hilft bei der Verbesserung des Modells und des
SDSS. Dafür ist insbesondere die Auswertung der Studie zur Zahlungsbereitschaft von Wasser der
Landwirte interessant und ein Schwerpunkt, um die Modellsimulationen zu validieren, und die Politikempfehlungen zu fundieren.
Literatur
Heidecke, C. (2008): Irrigation in the Drâa region in 2005. In: Schulz, O., Judex, M.: IMPETUS Atlas Morocco. Cologne: 71-72.
Heidecke, C., Kuhn, A., Klose, S. (2008): Water pricing options for the Middle Drâa river basin in Morocco. African
Journal of Agricultural and Resources Economics 2(2), 170-187
Ouhajou, L. (1996): Espace Hydrolique et Société au Maroc: Cas Des Systèmes D’Irrigation Dans la Vallée du Draa,
Thèses et Mémoires, Publications de la Faculté des Lettres et des Sciences Humaines Agadir, Université Ibn
Zohr.
Storm, H. (in Vorbereitung): Diplomarbeit, Universität Bonn.
Existenzsicherung
IMPETUS
226
PK Ma E.2 Landwirtschaftliche Anbaustrategien in den Drâa-Oasen bei Wasserknappheit
Problemstellung
Die zeitliche und räumliche Variabilität der Niederschläge sowie die Tendenz zu singulären Starkregenereignissen führt zu einem schwierigen Wassermanagement des Stausees "Barrage el Mansour
Eddahbi“ bei Ouarzazate, mit der immer häufigeren Folge von verminderten Lâchergaben. Lâcher
sind staatlich gesteuerte Bewässerungsgaben aus dem Stauseereservoir. Es stehen geringere Mengen Wasser für die Bewässerung zur Verfügung. Die landwirtschaftliche Produktion in den DrâaOasen wird stärker begrenzt und risikoreicher. Um einen ausreichenden Erntertrag zu erwirtschaften, müssen die meisten Landwirte zunehmend auf individuelle Brunnenbewässerung zurückgreifen, welche in Folge das Grundwasserreservoir negativ beeinflusst. Aus diesen Gründen ist die Modellierung von Szenarien der zukünftigen Entwicklung der Wasserversorgung für die landwirtschaftliche Grundversorgung essentiell.
Ein weiterer zu betrachtender Punkt ist die Entwicklung der Vegetation in den Weidegebieten.
Übernutzung und eine Abnahme der Niederschläge führt dazu, dass die Produktivität der Weideflächen abnimmt. Mittels eines Modells sollten Einfluss des Beweidungsmanagements und der Entnahme verholzter Pflanzenteile für Bau- und Brennstoffnutzung abgeschätzt und eine Basis zur Abschätzung der tatsächlichen Tragfähigkeit der Vegetation erhalten werden.
Mitarbeiter:
A. Roth, T. Gaiser, M. Abdel-Razek Mohammad, C. Heidecke, R. Laudien
Existenzsicherung
IMPETUS
227
Zielsetzung:
Die Zielsetzung des Problemkomplexes ist zum einen die Nutzung von On-farm Erhebungen in den
Oasen des mittleren Drâa-Tals aus diesem und anderen Problemkomplexen zur Kalibrierung des
Pflanzenwachstumsmodells EPIC als Grundbaustein des Agrar-Informationssystems (AGROSIM).
An die Kalibrierung soll eine Regionalisierung des Modells anhand von statistischen Daten zur
landwirtschaftlichen Produktion, sowie bereits vorhandener Boden- und Klimainformationen, anschließen. AGROSIM soll im ISDSS Framework die Modellarbeiten anderer Problemkomplexe
(Wasserverbrauch, Grundwassernutzung, Bodenversalzung) ergänzen bzw. abrunden. Zum anderen
sollten im Berichtszeitraum Sensitivitätsanalysen mit dem Modell SAVANNA durchgeführt werden, um die Auswirkungen von Klimaszenarien auf das Futterangebot im Drâa-Einzugsgebiet unterverändertem Temperatur- und Niederschlagsregime abzuschätzen
Methodik:
Die Grundlagen für die Modellierungen des Ackerbaus in den Oasen stellen Datensammlungen aus
Kartenmaterialien, Befragungen und eigenen Erhebungen innerhalb des Bearbeitungsschwerpunktes
der Oase Oulad Youb (Oase Tinzouline, Drâa) dar. Da sich herausstellte, dass die aus dieser Oase
gesammelten Daten zu einer Modell-Validierung nicht ausreichten sollten diese Daten durch Erhebungen auf Feld- und Farmebene in den anderen Oasen (Abb. III.2.1-9) ergänzt werden. Neben der
zentralen Oase Tinzouline mit der höchsten Datendichte wurden weitere Standorte bei kooperierenden Farmern in Agdz, Tamgroute, Zagora, Tagounite und M’Hamid identifiziert. Die Datenerhebungen auf Feldebene stellen die Datenbasis für die Kalibrierung des Modells für Weizen und Luzerne dar (Abb.III.2.1-10). Mit Hilfe der regional verfügbaren Klima- und Bodendaten sowie den
aggregierten Daten aus den Farm surveys und der Agrarstatistik kann das Modell das regionalisiert
werden und Simulationen für die einzelnen Oasen liefern. Das regionale Modell erlaubt dann die
Abschätzung der Produktivitätsfunktionen für einzelne agrarpolitische Maßnahmen sowie der Auswirkungen von Klimaveränderungen für die einzelnen Oasen (Abb.III.2.1-10).
Für die Modellierungen des Futterangebots auf der Ebene des Gesamteinzugsgebiets wurde das
Modell SAVANNA (Coughenor 1993, 2005, Coughenor et al. 1995) gewählt (siehe Zwischenbericht 2006, S.306 ff.). Das SAVANNA Modell wurde entwickelt, um die Vorhersagbarkeit der folgender Systemfunktionen in ariden und semi-ariden Ökosystemen zu verbessern: Reaktion der Vegetation auf Trockenstress, Nährstoffkreisläufe und Wasserhaushalt. Die Randbedingungen für das
Modell sind Klima, Boden, Geländeeigenschaften und Weidemanagement. Das Modell war eines
der ersten, das in der Lage war, die weite Spanne der für Veränderungen in Ökosystemen relevanten
Prozesse wie Pflanzenwachstum, Tierbesatz und Nährstoffumsätze durch Mikroorganismen abzubilden. Im Vergleich zu vielen anderen bio-geochemischen Modellen simuliert es nicht nur Pflanzenwachstum in unterschiedlichen funktionellen Gruppen, Boden- und Nährstoffprozesse, sondern
es schließt auch die Tiere als eine weitere komplexe Einheit ein. Darüber hinaus beschreibt es nicht
Existenzsicherung
IMPETUS
228
nur vertikale Umsatz- und Verlagerungsprozesse sondern schließt die räumliche und zeitliche Variabilität in der Landschaft ein. Es ist ein grid-basiertes Modell, das unterschiedliche Landschaftssegmente gleichzeitig, aber unabhängig von einander simuliert. Die Kalibrierung des Modells wurde inzwischen abgeschlossen und es wurde die Sensitivität des Modells auf die in IMPETUS entwickelten Klimaszenarien getestet.
Abb. III.2.1-9: Übersicht über die Verteilung der Beobachtungsstandorte in den Drâa-Oasen
Abb. III.2.1-10: Arbeitsablauf zur Entwicklung des Regionalmodells als Basis für AGROSIM
Existenzsicherung
IMPETUS
229
Stand der bisherigen Arbeiten:
Wegen der unbefriedigenden Datensituation lag im Berichtszeitraum der Fokus der Arbeiten zur
Modellierung des Ackerbaus mit dem Modell EPIC (IS AGROSIM) auf der Überprüfung der Plausibilität der vorhandenen Daten sowie der Identifizierung neuer Datenquellen (Literatur, Vor-OrtErhebungen). Die Modellierung des Futterangebots mit dem numerischen Simulationsmodell
SAVANNA hat dagegen gute Fortschritte gemacht. Die Kalibrierung des Modells war erfolgreich
und es konnten schon erste Szenarienrechnungen mit dem Modell durchgeführt werden. Sensitivitätsanalysen müssen noch erfolgen und weitere Plausibilitätskontrollen durchgeführt werden, um
das Modell auch für die Anwender in der Region übergeben zu können.
Modellierung des Ackerbaus in den Oasen
Zur Verbesserung der Datengrundlage auf Feldebene wurden On-Farm Standorte ausgewählt auf
denen in Kooperation mit den Bauern in unter unterschiedlichen Managementbedingungen die Ertragsentwicklung beobachtet wird.
Drei Feldversuche wurden angelegt, um den Effekt von Bewässerungsmethoden, Düngemittelintensitäten und Düngerarten auf die Ertragsentwicklung von Weizen zu testen und zu simulieren. Die
Ergebnisse dienen zu einer fundierten Kalibrierung des EPIC Modells für die spezifischen Bedingungen im Drâa-Tal. Weizen wurde als Kulturpflanze in den Versuchen ausgewählt, weil diese
Fruchtart nach der Dattelpalme, die größte ökonomische Bedeutung hat und dazu die größte flächenmäßige Verbreitung besitzt. Die Versuche wurden zusammen mit der zuständigen Landwirtschaftsbehörde ORMVAO angelegt und betreut. Daneben wurden weitere zehn Beobachtungsstandorte ausgewählt auf denen das Wachstum von Weizen und Luzerne (der flächenmäßig zweithäufigsten Kulturpflanze) ausgewählt. Es handelt sich um Versuchstandorte in den Oasen Mezguita,
Tinzouline, Ternata, Fezouata, Ktoua, and M'Hamid. Dort werden von den Bauern in Zusammenarbeit mit der ORMVAO, die Anbaumaßnahmen protokolliert und quantifiziert (insbesondere die
Bewässerungsintervalle und –mengen sowie die Herkunft des Bewässerungswassers), um später zur
Modellkalibrierung genutzt werden zu können. Wichtig war eine weite Streuung der Beobachtungsstandorte über alle Oasen, weil das Problem der Bodenversalzung von den nördlichen zu den südlich gelegenen Oasen zunimmt.
Neben der Nutzung zur Modellkalibrierung und –validierung wurden die Experimente zur Aufklärung folgender Fragen: Experiment (1) soll die Bedeutung der Kaliumversorgung auf den Weizenertrag klären; Experiment (2) Ertragseffekte unterschiedlicher Düngermengen (NPK Volldünger
14/28/14) auf Weizen, (3) Vergleich der Wassereffizienz unterschiedlicher Bewässerungsstrategien
bei Wasserentnahme aus dem Grundwasser. In allen Experimenten werden der oberirdische Trockenmasseertrag, der Kornertrag sowie die Salz- und Natriumgehalte im Boden gemessen. Letzteres
Existenzsicherung
IMPETUS
230
insbesondere deshalb, um eventuelle kurzfristige Anstiege der Salzgehalte durch sehr hohe Düngermengen nachzuweisen.
Besonders die Bewässerungsstrategien sind von großem Interesse für die ORMVAO und die CMV,
weil sie einen Beitrag zur Frage in wieweit die Wassereffizienz erhöht und Einsparungspotentiale
bei der Wassernutzung erschlossen werden können (Tab. III.2.1-2).
Tab. III.2.1-2: Feldversuch in Kooperation mit ORMVAO zu unterschiedlichen Bewässerungsstrategien
Entwicklungsstadium
Strategie 1
Strategie 2
Strategie 3
Strategie 4
Aussaat
70
70
70
50
Bestoc- Ende der
kung
Bestockung
70
70
70
70
40
40
Schossen1
Schossen2
Rispen- Ende der
schieben Blüte
70
70
40
70
40
70
40
70
70
70
40
Szenarienanalysen mit dem Modell SAVANNA:
Das SAVANNA-Modell wurde herangezogen, um vier verschiedene Szenarien als Kombination
aus Klima- und Weidemanagement zu simulieren. Die Szenarien wurden für das gesamte DrâaEinzugsgebiet gerechnet. Nachstehend werden nur die Ergebnisse eines diagnostischen Ausschnittes im Becken von Ouarzazate (Abb. III.2.1-11) dargestellt. Das Ziel war es, die Veränderung der
Weideproduktivität bei unterschiedlicher Besatzdichte und verändertem Klima zu vergleichen. Zuerst wurden Simulationen für eine diagnostische Zelle in einer hypothetischen Weideausschlussflächen im Nordosten des Einzugsgebiets durchgeführt (siehe Abb.III.2.1-11).
Abb. III.2.1-11: Das Drâa Einzugsgebiet und zwei hypothetische Weideausschlußgebiete. (Geographische Projektion:
IMPETUS-Lambert Conform Conical)
Existenzsicherung
IMPETUS
231
Abb. III.2.1-12 gibt einen Überblick über die jährliche Nettoprimärproduktion (ANPP) der oberirdischen Biomasse wenn die hypothetische Ausschlussfläche beweidet („No Reserve“) oder nicht beweidet („Reserve“) wird. Diese zwei Managementstrategien wurden jeweils mit den Klimaszenarien
A1B und B1 kombiniert. In allen Varianten ist ein rückläufiger Trend der ANPP beobachtbar. Wie
erwartet, wurde der stärkste Rückgang im Szenario A1B ohne Weideausschluss vorhergesagt. Der
geringste Rückgang ist im Szenario A1B auf einer Weideausschlussfläche („Reserve ANPP-A1B“)
zu verzeichnen. Interessanterweise ist der Rückgang der oberirdischen Biomasse im Szenario B1
ohne Weideausschluss geringer als auf der Ausschlussfläche. Dies könnte auf einen zeitweise positiven Einfluss der Beweidung auf die Biomasseproduktion von Gräsern und Büschen zurückzuführen sein.
Daraufhin wurden für das gesamte Einzugsgebiet vier Szenarien gerechnet, die auf folgenden Annahmen basierten:
1. IPCC Klimaszenario A1B, mittlere Besatzdichte (200,000 sesshafte und 400,000 wandernde
Ziegen- und Schafe)
2. IPCC Klimaszenario B1 und mittlere Besatzdichte
3. IPCC Szenario A1B und höhere Besatzdichte (350,000 sesshafte und 550,000 wandernde
Ziegen- und Schafe)
Linear (Reserve ANPP-B1)
Linear (Reserve ANPP-A1B)
Linear (No Reserve heavy grazing A1B)
Linear (No reserve ANPP B1)
70.0
60.0
50.0
g m-2
40.0
30.0
20.0
10.0
20
0
20 3
0
20 4
0
20 5
0
20 6
07
20
0
20 8
0
20 9
1
20 0
11
20
1
20 2
1
20 3
1
20 4
15
20
1
20 6
1
20 7
1
20 8
19
20
2
20 0
2
20 1
2
20 2
2
20 3
2
20 4
2
20 5
2
20 6
27
20
2
20 8
2
20 9
3
20 0
3
20 1
3
20 2
3
20 3
3
20 4
35
20
3
20 6
3
20 7
3
20 8
3
20 9
40
20
4
20 1
4
20 2
4
20 3
44
20
4
20 5
4
20 6
47
20
48
20
4
20 9
50
0.0
years of simulation
4. IPCC Szenario B1 und höhere Besatzdichte
Abb. III.2.1-12: Vergleich der linearen Trends der jährlichen Nettoprimärproduktion (ANPP) der oberirdischen Biomasse (Gräser und Büsche) für die Klimaszenarien A1B und B1 in Kombination mit unterschiedlichen Besatzdichten (mittlere Dichte = “Reserve”, höhere Dichte = “No Reserve”)
Existenzsicherung
IMPETUS
232
Im Modell wird der Pflanzenbestand in funktionelle Typen nach Kräutern, Büschen und Bäumen
unterteilt, die wiederum in weitere Unterklassen unterteilt werden können. Die Entwicklung des
oberirdischen Anteils der Grasvegetation wird in Abb. III.2.1-13 beschrieben. Hier wird die Grasvegetation weiter unterteilt in Gräser mit unterschiedlichem Wuchshabitus (Feine, grobblättrige und
alpine Gräser). Im Allgemeinen unterscheidet sich die Biomasseproduktion der Gräser in den einzelnen Szenarien wenig, mit Ausnahme von Szenario 1 (A1B und mittlere Besatzdichte). Der
Grund ist die der Produktion der feinblättrigen Gräser während dieser in den anderen Szenarien
mehr oder weniger konstant bleibt. Das Klimaszenario A1B in Verbindung mit mittlerer Besatzdichte scheint das Wachstum dieses Gräsertypus zu fördern. Im Klimaszenario A1B ist deshalb der
Unterschied zwischen den Managementszenarien in Bezug auf die Biomasseproduktion der oberirischen Pflanzenteile erheblich, während im Klimaszenario B1 kein Unterschied zwischen den Managementszenarien festzustellen ist Die Biomasseproduktion der grobblättrigen Gräser nimmt in
allen Szenarien von anfänglich 5 g m-2 auf unter 0.5 g m-2 ab. Dies deutet darauf hin, dass der Anteil
dieser Gräser bei der Definition der Startbedingungen überschätzt wurde. Die feinblättrigen Gräser
zeigen die beste Anpassung an veränderte Klima- und Managementbedingungen.
1) 5
2)
4.5
6
4
Grass-Fine
Grass Coarse
2
g D WT/ m2
g D WT/ m2
3
2.5
Grass-Fine
5
3.5
1.5
4
Grass Coarse
3
2
Grass Alpine
Grass Alpine
1
1
.5
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Year
Year
c)
3)
4)
d)
6
6
Grass-Fine
4
Grass Coarse
3
Grass-Fine
5
g D WT/ m2
g D WT/ m2
5
4
Grass Coarse
3
2
2
Grass Alpine
Grass Alpine
1
1
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Year
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Year
Abb. III.2.1-13: Entwicklung der oberirdischen Biomasse verschiedener Gräsertypen (feinblättrig =grass Fine: rot; grobblättrig =Grass Coarse:
gestrichelt blau, alpine Gräser =Grass Alpine: grün) in g m-2 für vier Szenarien 1.) A1B Szenario 200,000 sesshafte and 400,000
wandernde Ziegen und Schafe 2.) B1 scenario 200,000 sesshafte und 400,000 wandernde Ziegen und Schafe 3.) A1B Szenario,
350,000 sesshafte und 550.000 wandernde Tiere, 4.) B1 Szenario, 200,000 sesshafte und 400.000 wandernde Ziegen und Schafe
Existenzsicherung
IMPETUS
233
Abb. III.2.1-14 zeigt die Produktivität der Strauchvegetation unterteilt nach immergrünen Sträuchern, laubabwerfende Sträucher mit geringem Futterwert („low DMD shrubs“) und Artemisia
Sträucher („sage brush“). Die immergrünen Sträucher nehmen in allen Szenarien im Laufe des
Simulationszeitraums von 10.0 g m2 auf unter 1 g m2 ab. Dasselbe gilt für die laubabwerfenden
Sträucher mit geringem Futterwert im Szenario 3 stark. In den anderen Szenarien ist die Abnahme
der Produktivität dieser Strauchtypen moderater. Insgesamt liegt die Produktivität dieser Sträucher
in der Größenordnung der Artemisia Vegetation, und mit Ausnahme von Szenario 3 übertrifft sie
diese sogar im Laufe der Zeit. Offensichtlich besitzen beide funktionale Strauchtypen ähnliche Anpassungsstrategien an veränderte Klima- und Managementbedingungen. Die höhere Verdaulichkeit
und damit Vorzüglichkeit der Artemisia Vegetation führt im Laufe der Zeit insbesondere bei höheren Besatzdichten dazu, dass die Produktivität unter derjenigen der laubabwerfenden Sträucher mir
geringem Futterwert fällt.
1.)
2.)
35
35
30
30
Shrub evergree
g D WT/ m2
WT/ m2
m2
gg DDWT/
25
Shrub
Shrubevergree
evergree
25
25
20
20
Shrub
ShrublowlowDMDDMD
20
Shrub low DMD
15
15
15
10
10
10
Shrub-Sage
Shrub-Sage
Shrub-Sage
5
5
5
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Year
Year
Year
3.)
4.)
35
35
30
30
Shrub evergree
Shrub evergree
25
20
Shrub low DMD
15
10
Shrub-Sage
5
g D WT/ m2
g D WT/ m2
25
20
Shrub low DMD
15
10
Shrub-Sage
5
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Year
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045
Year
Abb. III.2.1-14: Produktivität von immergrünen Sträuchern, (Shrub-Evergreen-rote Linie), laubabwerfenden Sträuchern mit geringem Futterwert(
Shrub low DMD- gestrichelte blaue Linie) und Artemisia Sträuchern (Shrub-sage-grüne Linie) in g m-2 für vier Szenarien: 1.)
A1B Szenario 200,000 sesshafte and 400,000 wandernde Ziegen und Schafe 2.) B1 scenario 200,000 sesshafte und 400,000 wandernde Ziegen und Schafe 3.) A1B Szenario, 350,000 sesshafte und 550.000 wandernde Tiere, 4.) B1 Szenario, 200,000 sesshafte
und 400.000 wandernde Ziegen und Schafe
Existenzsicherung
IMPETUS
234
Das Modell SAVANNA stellt ein nützliches Werkzeug zur Abschätzung von Maßnahmen zur Begrenzung von Besatzdichten und Beweidungssteuerung dar. Es sind noch weitere Fragen der Anwendbarkeit und Übertragbarkeit des Modellansatzes zu prüfen, wobei Modelläufe noch mit längeren Vorlaufzeiten zu testen sind hinsichtlich der Stabilität der Ergebnisse. Nach erfolgreicher weiterer Modellvalidierung und –Anpassung wird dann das Modell der ORMVAO zur Verfügung gestellt und die Betreiber in die Modellnutzung eingeführt.
Monitoring der Bodenversalzung:
In den südlichen Drâa-Oasen wird Bodenversalzung zu einem immer akuteren Problem für die Bevölkerung. In den achtziger und neunziger Jahren wurden bereits großangelegte Messkampagnen in
der Oase Ktaoua durchgeführt an geo-referenzierten Probepunkten. Um die Entwicklung der Bodenversalzung, insbesondere in jüngerer Zeit durch die zunehmende Bedeutung der Grundwassernutzung besser quantifizieren zu können, wurden im November 2008 einige der Bohrpunkte neu
beprobt. Außerdem wurden die Versalzungskarten, die aus den letzten Messkampagnen hervorgegangen sind, digitalisiert (Abb. III.2.1-15).
Abb. III.2.1-15: Versalzungskarte der Oase Ktaoua und Lage der im
November 2008 beprobten Bohrpunkte
Capacity development
Im Rahmen der Aufenthalte im März und Juni 2008 wurde das Konzept von AGROSIM auf verschiedenen Ebenen des landwirtschaftlichen Beratungsdienstes (ORMVAO) vorgestellt. Die Feldversuche wurden in Kooperation mit der ORMVAO bzw. den untergeordneten Behörden (CMV)
sowie den beteiligten Bauern konzipiert. Die CMV (Center for Agricultural Investment) und auch
die Bauern erwarten, dass die Feldversuche Aufschluss geben über drängende Fragen der landwirt-
Existenzsicherung
IMPETUS
235
schaftlichen Praxis in den Drâa-Oasen, insbesondere der Entscheidungshilfen für die Nutzung oder
Aufgabe von Ackerflächen.
Ausblick
In den kommenden Monaten wird die weitere Modellprüfung und –Anpassung von SAVANNA
fertig gestellt. Dafür sollen noch a posteriori Validierung und Sensitivitätsanalyse die Tauglichkeit
des Modells weiter prüfen. Eine weitere Szenarieneinbindung erscheint sinnvoll, um die vollen
Möglichkeiten des Modells auszuschöpfen. Die Maßnahmen im Rahmen des Capacity Development werden fortgeführt; vor allem die kontinuierliche Diskussion mit den Stakeholdern hilft bei
der Verbesserung der Modelle und des SDSS.
Literatur
Coughenour M (1993). The SAVANNA landscape model–documentation and user´s guide. Natural Resource Ecological Laboratory, Colorado State University, Ft. Collins, USA.
Coughenour M (2005). Bison and elk carrying capacity in Yellowstone National Park – An assessment based upon
spatial ecosystem modelling. Final Report to U.S. Geological Survey. Biological Resources Division, Bozeman, Montana. USA.
Coughenour M B a und Chen D X (1997). Assessment of grassland ecosystem responses to atmospheric change using
linked plant-soil process models. Ecological Applications 7(3): 802-827.
Gresens F (2006). Untersuchungen zum Wasserhaushalt ausgewählter Pflanzenarten im Drâa-Tal - Südost Marokko.
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Universität Bonn, Bonn.
IPPC (2007a). Climate Change 2007 - The Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Fourth
Assessment Report of the IPCC, Cambridge University Press,
Paeth H (2004). Key factors in African climate change evaluated by a regional climate model. Erdkunde 58: 290-315.
Roth A, Coughenour M B und Goldbach H (2006). Future scenarios of biomass dynamics under pastoral conditions and
regional water balance aspects for the Draa catchment in SE Morocco. Proceedings of the 14th Conference of
International Soil Conservation Organization on Water Management and Soil Conservation in Semi-Arid Environments, Marrakech, Morocco
Hydrologie
III.2.2
IMPETUS
236
Hydrologie
Im Themenbereich „Wasserdargebot, Wasserverbrauch, Wasserqualität“ sind alle Problemkomplexe zusammengefasst, bei denen das Wasser im Mittelpunkt des Interesses steht. Darüber hinaus ist
das Thema Wasser jedoch für eine Vielzahl weiterer Problemkomplexe wichtig.
Der Themenbereich umfasst vier Problemkomplexe. Im PK Ma-H.1 wurden 2008 im SDSS
HYDRAA die Kernmodelle ergänzt. Das Modellkonzept von SWAT2005 wurde um eine detaillierte Höhengliederung erweitert. Die Bewässerungsmodellierung mit CropWat wurde erfolgreich auf
der Grundlage vorhandener Informationen parametrisiert. Weitere über den Abflussvergleich hinaus
gehende Validierungsmethoden wurden entwickelt. Szenarienrechnungen auf Basis unterschiedlicher Ausprägungen der IMPETUS-Klimaszenarien wurden durchgeführt. Im Capacity-Building
wurden die grundlegenden Kenntnisse zum Umgang mit den Systemen vermittelt, darauf aufbauend
werden in 2009 einzelne SDSS-Verantwortliche in Marokko gezielt intensiv geschult.
Im Rahmen des PK Ma-H.2 wurde im engen Dialog mit den Partnerinstitutionen bei der Vorstellung des lauffähigen Prototyps des SDSS IWEGS während eines Workshops in Ouarzazate/Marokko eine Anpassung des SDSS an deren Bedürfnisse initiiert. Anregungen und Kritikpunkte
der marokkanischen Partner führten zu einer Optimierung des SDSS IWEGS. Beispielsweise wurde
in das Modell BIL eine Funktion zur Berücksichtigung von Gerinnebettverlusten für die Abschätzung der Verfügbarkeit von Oberflächenwasser für die Bewässerung der Oasen implementiert. Die
technische Umsetzung und die Implementierung von Bedienungselementen für das SDSS IWEGS
erfolgten in enger Zusammenarbeit mit Teilprojekt C2.
Im PK Ma-H.3 wurde das Monitoringtool PRO-RES weiterentwickelt und umfasst jetzt eine bei
jedem Programmstart aktualisierte Tabelle der Datengrundlage. MODIS-Satellitenbilder können
vom Anwender in die Datenbank eingelesen und automatisch auf der Basis der räumlichen Diskretisierung der Teileinzugsgebiete ausgewertet werden. Das Kernmodell Snowmelt Runoff Model
(SRM) sowie die PRO-RES-Module zur Berechnung des Stauseefüllstands wurden mit weiteren
Daten kalibriert und validiert. Der Vergleich mit Messdaten ist zufrieden stellend, so dass auf der
Basis von Klimaszenarien des Wettergenerators SMGHydraa zukünftige Stauseezuflüsse berechnet
werden können.
Im Rahmen des PK Ma-H.5 wurde die meteorologische Datenbasis für die Anwendung des regionalen Downscalings verbessert, indem erstmals eine Rekombination von Niederschlag und Verdunstung für das vergrößerte Simulationsgebiet (Hoher Atlas und Becken von Ouarzazate) erstellt
wurde. Dazu sind die Bodenarten aus der IMPETUS-Bodenkarte in das FOOT3DK-Kataster integriert und die verwendbare Anzahl von Bodenarten im Modell erhöht worden. Ähnlich wie in den
Arbeiten für das kleinere Gebiet im nordöstlichen Einzugsgebiet werden Kriterien zur Auswahl von
Repräsentanten der CWT ausgewählt. Eine Simulation dieser Repräsentanten erfolgt mit dem Modell FOOT3DK.
Hydrologie
PK Ma-H.1
IMPETUS
237
Natürliche und anthropogene Einflüsse auf die Dynamik von
Wasserressourcen im Drâa-Einzugsgebiet
Problemstellung
Der Wasserkreislauf semi-arider Wüstenrandgebiete ist in hohem Maße von variablen Niederschlägen abhängig. Neben den klimatischen Rahmenbedingungen ist die Entwicklung der Wasserressourcen auch von der Wirtschaftsweise des Menschen und seinem Bedarf an Wasser gesteuert. Die
natürliche Ungunstlage des Drâa-Tals und die hohe wirtschaftliche Abhängigkeit vom Wasser, sowohl in der Landwirtschaft als auch im Tourismussektor, erfordern einen nachhaltigen Umgang mit
der knappen Ressource. Ein nachhaltiges Managementkonzept muss jedoch nicht nur den aktuellen
Zustand des Systems kennen, sondern auch künftige Entwicklungen, natürlich wie anthropogen, in
ihren Auswirkungen abschätzen können. Daher ist es wichtig, die raum-zeitliche Variabilität der
Wasserflüsse zu erfassen und Simulationsmodelle zu entwickeln, die die Auswirkung des Globalen
Wandels auf die Wasserressourcen quantifizieren können.
Mitarbeiter
H. Busche, K. Born, P. Fritzsche, A. Klose, S. Klose, O. Schulz
Hydrologie
IMPETUS
238
Zielsetzung
Das Ziel dieses Problemkomplexes ist eine quantitative Bewertung der verfügbaren Wasserressourcen für das gesamte Drâa-Einzugsgebiet. Ausgehend von einer Erfassung und Modellierung des IstZustandes, werden die verschiedenen IMPETUS-Szenarien sowie Interventionsszenarien gerechnet.
Auf der vorliegenden Datenbasis (DRH, ORMVAO, eigene Arbeiten) werden mit einem konzeptionellen Modellansatz quantitative Änderungen in den einzelnen Subsystemen (Schneespeicher,
Bewässerung, Grundwasser, Stausee) abgeschätzt. Das niederschlagsgesteuerte hydrologische System des oberen Drâatals endet am Stausee Mansour Eddahbi, der für das Wassermanagement der
Oasen des mittleren Drâatals von großer Bedeutung ist. Das anthropogen überprägte hydrologische
System südlich des Stausees hingegen ist vorrangig vom Lâcher-Management und der Bewässerung
in den Oasen geprägt. Die hydrologische Szenarienmodellierung, das Kernstück der Arbeit im PK
Ma-H.1, berücksichtigt daher geänderte naturräumliche Bedingungen, um das künftige Wasserdargebot zu bestimmen, aber auch sozioökonomische Szenarien um die Wassernachfrage und Bewässerungspraxis zu berücksichtigen. Das Produkt dieses PKs stellt das SDSS HYDRAA (Hydrologisches Modell für das Drâa-Einzugsgebiet) dar, das die Auswirkungen der IMPETUS-Szenarien, der
Interventionsszenarien und benutzerbestimmter Einflüsse auf die Ressource Wasser quantifizieren
kann.
Modellierung
Die Anpassung und Anwendung hydrologischer Modelle steht im Mittelpunkt der PK-Arbeit. Das
zentrale Modellsystem SWAT (Soil Water Assessment Tool) ist räumlich differenziert und kann
die im Untersuchungsgebiet relevanten hydrologischen Prozesse auf monatlicher Basis darstellen.
Das Modell SWAT ist lose mit dem Modell CropWat gekoppelt, das den Bewässerungsbedarf der
Landwirtschaft ermittelt (Abb.III.2.2-1). Die Parametrisierung der Bewässerungspolitik und Bewässerungspraxis fußt auf dem Dialog mit den marokkanischen Kooperationspartnern auf lokaler,
regionaler und staatlicher Ebene.
SDSS HYDRAA
Das im PK Ma-H.1 entwickelte SDSS HYDRAA (Hydrologisches Modell für das DrâaEinzugsgebiet) soll die natürlichen und anthropogenen Einflüsse auf das Wasserdargebot im DrâaEinzugsgebiet quantifizieren. Ein mit dem Modell SWAT vertrauter Nutzer kann die Gestaltung
von Szenarien direkt in den Modelldateien vornehmen und die Modellierung mit den veränderten
Inputdaten durchführen. Die Wahl der Szenarien kann jedoch auch über eine grafische Benutzeroberfläche erfolgen. Hier besteht die Möglichkeit, auf vorgefertigte Szenarien zurückzugreifen,
oder für die Anpassung freigeschaltete Parameter über Schieberegler zu verändern. Ein tief greifendes, technisches Modellverständnis ist hierfür nicht zwingend erforderlich. Ein grundsätzliches Modellverständnis hingegen ist unabdingbar, allein um die Aussagekraft der Ergebnisse abschätzen zu
können.
Hydrologie
IMPETUS
239
Zu den in HYDRAA implementierten Klimaszenarien zählen die REMO-Klimaszenarien A1B und
B2. Als relevante sozioökonomische Größen sind die Oasenflächen und eine variable Gewichtung
unterschiedlicher Feldfrüchte in das System integriert.
Für eine bedarfsgerechte Implementierung von Interventionsszenarien ist der Dialog mit den örtlichen Planungsbehörden intensiviert worden. Insbesondere werden marokkanische Partner im Rahmen der letzten Capacity-Building-Maßnahmen Deutschland besuchen, intensiv am System geschult werden und eigene Ideen in das System integrieren. Diese Partner entstammen den Planungsbehörden, die als Empfänger des Systems vorgesehen sind:
Direction Générale Hydraulique (Rabat), Agence de Basin Sous Massa (Agadir), Organisation Régional de Mise en Valeur Agricole (Ouarzazate), Service Eau (Ouarzazate)
Abb. III.2.2-1: Struktur des SDSS HYDRAA
Die vom PK Ma-H.1 durchgeführten Capacity-Building-Maßnahmen bereiten die Übergabe des
SDSS HYDRAA an die marokkanischen Kooperationspartner vor. Die Teilnehmer sollen die
grundlegende Modellstruktur verstehen, die Aussagekraft der Ergebnisse bewerten sowie die
zugrunde liegenden Datensätze aktualisieren und in das Modell einpflegen können. Zu diesem
Zweck ist im März 2007 ein Workshop zu den benötigten, grundlegenden Computerfähigkeiten im
Bereich der Tabellenkalkulation und der Geographischen Informationssysteme durchgeführt worden.
Hydrologie
IMPETUS
240
Darauf aufbauend hat im März 2008 ein Workshop zum SDSS stattgefunden, in dessen Rahmen die
Handhabung des SDSS HYDRAA vermittelt wurde. Das Ziel war die Vermittlung eines Grundverständnisses für das Kernmodell SWAT und dessen Konzepte sowie die Vermittlung der Fähigkeit,
Ausgaben des SDSS im Rahmen der gegebenen Unsicherheiten beurteilen zu können.
Eine tiefer gehende, abschließende Schulung ist für das Frühjahr 2009 in Deutschland vorgesehen.
In diesem Rahmen wird eine vertiefte und kritische Auseinandersetzung mit den Modellkonzepten
von SWAT stattfinden und die Befähigung zur Beschaffung, Aufbereitung und Einarbeitung von
Klima- und Landnutzungsdaten vermittelt.
Hydrologische Modellierung mit SWAT
Das in Fallstudien erlangte Prozessverständnis wurde auf das gesamte Drâa-Einzugsgebiet oberhalb
des Stausees übertragen. Außerdem wurden Niederschlagsanomalien analysiert und in Ihrer Bedeutung für die Abflußbildung bewertet (Schultz et al. 2008). Darauf aufbauend wurde das Modellkonzept von SWAT um eine detaillierte Höhengliederung ergänzt, um den Besonderheiten eines semiariden bergigen Einzugsgebietes Rechnung zu tragen. Insbesondere wurde ein Algorithmus entwickelt der ausgehend von den IMPETUS-Klimamessungen (2000-2008) eine Höhenanpassung für
Niederschläge vornahm (Abb. III.2.2-2). Somit konnten Simulationen des Wasserhaushaltes im
Stauseeeinzugsgebiet auch für die Zeiträume durchgeführt werden, in denen keine Niederschlagsmessungen für die Höhenlagen verfügbar sind. Dieses auf das Einzugsgebiet angepasste Modell
bildet die Grundlage für das SDSS HYDRAA, das vorrangig die Wasserverfügbarkeit im Stausee
prognostiziert.
Abb. III.2.2-2: Schema zur Höhenanpassung von Niederschlägen in SWAT
Hydrologie
IMPETUS
241
Abb. III.2.2-3: Gemessene und simulierte Zuflüsse des Mansour-Eddahbi (15.000 km²) 1972-2003.
HYDRAA ist in der Lage die monatliche Abflussdynamik im oberen Drâa-Tal auf monatlicher Basis gut abbilden (Abb. III.2.2-3). Da die Pegeldaten im Untersuchungsgebiet hohen Unsicherheiten
unterworfen
sind
(extremes
Abflussgeschehen,
selten
aktualisierte
DurchflussWasserstandsbeziehungen etc.) erfolgt derzeit eine Validierung des Modells über weitere Variablen.
Schulz (2006) hat über den Zeitraum 2000-2008 mittels MODIS-Daten ein SchneedeckenMonitoring durchgeführt. Ab einem Normalized Difference Snow Index (NDSI) von 0,3 gilt eine
Gitterzelle (463*463 m²) als schneebedeckt. Auf Grundlage eines Vergleichs mit höher aufgelösten
Landsat-Daten ist dies als eine tatsächliche Bedeckung von mindestens 50% zu werten. MODISBedeckungsgrade sind daher eher als maximale Bedeckung aufzufassen. Insbesondere da die Niederschläge in den höheren Lagen weitestgehend simuliert werden, ist die Dynamik der Schneebedeckung von SWAT hinreichend gut erfasst (Abb. III.2.2-4).
Abb. III.2.2-4: Gemessene und simulierte mittlere monatliche Schneebedeckung in der Höhenzone 2500-3000 m (1235
km²) für die Jahre 2000-2003.
Hydrologie
IMPETUS
242
Derzeit wird geprüft, inwiefern Oberflächenabfluss und Sedimentfracht über einen Modell-ModellVergleich (PESERA, siehe PK Ma-L.3) sowie Stausee-Bathymetrien validiert werden können.
Ferner wurde in HYDRAA eine Datenausgabe integriert, die es erlaubt, beliebige Wasserhaushaltsgrößen regional differenziert auszugeben, und somit den Nutzern für Modell-Modellvergleiche oder
als Eingangsdaten für sonstige Modelle zur Verfügung zu stellen.
Landnutzung
Die agrarische Nutzung im Untersuchungsgebiet ist hochvariabel hinsichtlich der Anteile unterschiedlicher Kulturen, der bewässerten Fläche und auch der Bewässerungsquelle (Grund- oder
Oberflächenwasser). Ferner stehen viele Parameter für einen deterministischen Modellansatz nicht
zur Verfügung. Daher wurde die statische Landnutzungskomponente in SWAT durch den empirisch-konzeptionellen CropWat-Ansatz ersetzt. CropWat wurde für das Referenzjahr 1998/1999
parametrisiert (Ministère des travaux publics 1998). Ein Vergleich mit den verfügbaren Agrarstatistiken (Heidecke in Vorb., Abb. III.2.2-5) legt nahe, dass dieser Ansatz praktikabel ist.
Abb. III.2.2-5: Vergleich von HYDRAA ermittelter Bewässerungsmengen
mit tatsächlich bewässerter Fläche 1979-2003 (Heidecke in
Vorb.)
Meteorologie
Da die Klimadaten aus großskaligen Klimamodellen nicht direkt in täglich auflösenden hydrologischen Modellen verwendet werden können, wurden im PK Ma.H-1 mehrere Alternativen erprobt,
die mit REMO ermittelten Klimatrends für die hydrologische Impact-Modellierung zu verwenden:
Mit Hilfe eines jährlich auflösenden Regressionsmodells können REMO-Daten direkt verarbeitet
werden (Abb. III.2.2-6). Diese Daten können weitere Verwendung in jährlich auflösenden Grundwassermodellen des mittleren Drâatales (PK MaH.2 IWEGS) finden.
Hydrologie
IMPETUS
243
Abb. III.2.2-6: Entwicklung der Stauseezuflüsse und –abflüsse
Mit SMGHydraa wurde im Rahmen von IMPETUS ein Wettergenerator entwickelt, der den Gegebenheiten eines (semi-)ariden Raumes Rechnung trägt (siehe PK Ma-L3). Dieses DownscalingVerfahren bereitet großaufgelöste Klimamodelldaten für die Verwendung in SWAT auf und berücksichtigt dabei von REMO nicht erfasste subskalige Effekte wie Niedertschlagsintensitäten, Höhengliederung, und lokale Niederschlagsmuster. Erste SWAT-Läufe mit diesen Klimadaten zeigen
viel versprechende Ergebnisse (Abb. III.2.2-7).
Abb. III.2.2-7: Stauseezuflüsse berechnet mit SWAT, Klimadaten (REMO/SMGHyDraa)
Derzeit werden weitere Wettergeneratorkonzepte (LARS-WG, Semenov & Barrow 1997; WGEN,
Richardson & Wright 1984) getestet.
Hydrologie
IMPETUS
244
Literatur
Heidecke, C. (in Vorbereitung): The effects of pricing irrigation water for sustainable resource use in the Drâa region,
Morocco.
Ministère des travaux publics (1998): Etude du plan directeur de l'aménagement des eaux des bassins sud-atlasiques,
Misssion 3: Etude des schemas d'aménagement, Volume 4: Unités du Draa, 1998 (S. 54, Nr. 7032)
Richardson, C.W., and D.A. Wright. 1984. WGEN: a model for generating daily weather variables. U.S. Department of
Agriculture, Agricultural Research Service, Washington, D.C., ARS-8, 88p.
Schulz, O. (2006): Analyse schneehydrologischer Prozesse und Schneekartierung im Einzugsgebiet des Oued M’Goun,
Zentraler hoher Atlas (Marokko). Dissertation, Math.-Nat. Fakultät der Universität Bonn. 149 p.
Schulz, O.; Busche, H & Benbouziane, A (2008): Decadal Precipitation Variances and Reservoir Inflow in the SemiArid Upper Drâa basin (South-Eastern Morocco). In: Climatic Changes and Water Resources in the Middle East
and in North Africa, Zereini and Hoetzl (Hrsg.), Springer Verlag, Wien, p 165-178
Semenov MA & Barrow EM (1997) Use of a stochastic weather generator in the development of climate change scenarios. Climatic Change, 35. p 397-414
Hydrologie
PK Ma-H.2:
IMPETUS
245
Wechselwirkungen zwischen Wassernutzugsstrategien und
den Grundwasser- und Bodenverhältnissen im mittleren DrâaTal
Pumpe für die Bewässerung (Feija de Zagora); Traditioneller Ziehbrunnen (Ouled Yaoub) (v. li. n. re.).
Problemstellung
Im mittleren Drâa-Tal basiert die Wasserversorgung sowohl auf Grundwasser- wie auf Oberflächenwasservorkommen. Für Trinkwasserzwecke wird Grundwasser, für Bewässerungszwecke
Grund- und Oberflächenwasser genutzt. Das Vorkommen von Oberflächenwasser ist hauptsächlich
von behördlich geregelten Lâchers (Auslässen) aus dem Stausee Mansour Eddhabi nahe der Stadt
Ouarzazate abhängig. Die herrschende klimatische und nutzungsbedingte Wasserknappheit resultiert in der vermehrten privaten Entnahme von Grundwasser vor allem zu Bewässerungszwecken.
Diese Entnahme hat eine Absenkung des Grundwasserspiegels sowie eine Beeinflussung der Wasserqualität und eine Versalzung der Böden zur Folge. Zudem ist die traditionelle Grundwassergewinnung an Ziehbrunnen für häusliche Zwecke von den Auswirkungen der modernen Grundwassernutzung betroffen. Diese lokal variierenden Nutzungsstrategien bergen daher ein erhebliches
Konfliktpotential.
In diesem Wirkungsgefüge werden die natürlichen und anthropogenen Einflüsse wie Zu- und Abfluss von Grundwasser, Grundwasserneubildung, Grundwasserentnahmen und die Bodenversalzung
untersucht. Räumliche Schwerpunkte dieser Untersuchungen liegen auf lokaler Ebene um den Ort
Ouled Yaoub (Oase Tinzouline) sowie auf regionaler Ebene um die Oase Fezouata.
Mitarbeiter
S. Klose, C. Rademacher, A. Klose
Hydrologie
IMPETUS
246
Zielsetzung
Die Weiterentwicklung des SDSS IWEGS sowie die Optimierung und Validierung der Modellierungen (häuslicher Wasserverbrauch, Wasserbedarf der Kulturen, Grundwasservorkommen und
Bodenversalzung) standen auch im Jahr 2008 im Vordergrund der Arbeiten. Zusätzlich wurde im
engen Dialog mit den Partnerinstitutionen bei der Vorstellung des lauffähigen Prototyps des SDSS
IWEGS im Rahmen eines Workshops in Ouarzazate/Marokko eine Anpassung des SDSS an deren
Bedürfnisse initiiert.
SDSS IWEGS
Das SDSS IWEGS ist ein modelbasiertes System, welches die Notwendigkeit für weitergehende
Untersuchungen zur Grundwasserverfügbarkeit und Bodenversalzung abschätzt. Es kann Szenarienberechnung im regionalen Maßstab auf jährlicher Basis durchführen. Zudem dient das System
der Prüfung und Bewertung einzelner Parameter im Systemzusammenhang.
Dem SDSS IWEGS liegt die Kopplung von vier Modellen zugrunde, C.E.M. Drâa, CropDem, BIL
und SahysMod (Abb. III.2.2.-8). Das Modell C.E.M. Drâa berechnet den häuslichen Wasserbedarf
in Abhängigkeit von Bevölkerungswachstum und Siedlungsraum. CropDem ist eine look-up table,
mit deren Hilfe der vorgerechnete Wasserbedarf der Kulturen (mittels des Models CropWat, FAO,
http://www.fao.org/nr/water/infores_databases_cropwat.html) auf die Skala der sechs Drâa-Oasen
gebracht wird. CropDem gibt den Pflanzenwasserbedarf in Abhängigkeit von Klima, Größe der
bewirtschafteten Fläche und Zusammensetzung der Kulturen aus. BIL ist ein Bilanzmodell zur Abschätzung der Grundwasserverfügbarkeit auf Basis der hy-draulischen Aquifereigenschaften sowie
unter Berücksichtigung von Zu- und Abflüssen, Speichervermögen und Entnahmen. SahysMod ist
ein numerisches Modell zur Berechnung der Boden- und Grundwasserversalzung und arbeitet auf
der Grundlage von landwirtschaftlichen Nutzungsoptionen (z.B. Bewässerung) und naturräumlichen
Gegebenheiten
wie
Bodeneigenschaften
und
Grundwasserdynamik
(http://www.waterlog.info/sahysmod.htm).
Abb. III.2.2.-8: Prinzip der Modellkopplung im SDSS IWEGS.
Die Modellreihe startet mit der Berechnung des häuslichen Wasserverbrauchs pro Oase durch das
Model C.E.M. Drâa und der Abschätzung des Wasserbedarfs der Kulturen pro Oase mit der look-up
Hydrologie
IMPETUS
247
table CropDem. BIL bilanziert das mittlere jährliche Grundwasservorkommen pro Oase und nutzt
die Ergebnisse aus C.E.M. Drâa und Cropdem als negative Bilanzposten (Abb. III.2.2.-8). Der Wasserbedarf der Kulturen wird in BIL um einen vom Nutzer modifizierbares Vielfaches korrigiert, um
der Bewässerungseffizienz und den realen Entnahmebedingungen Rechung zu tragen. So wird der
Gesamtbedarf an Bewässerungswasser mit den Gesamtentnahmen für Bewässerung gleichgesetzt
und abgeschätzt. Der Bewässerungsbedarf wird vornehmlich aus dem Oberflächenwasser des Drâa
während Lâchers gedeckt und durch Grundwasserentnahmen ergänzt. Für die Berechnung des verfügbaren Bewässerungswassers aus den Lâchers werden die Gerinneverluste entlang des Drâa von
den Abflussvolumina abgezogen. Reicht dieser Anteil nicht aus, um den Bewässerungsbedarf zu
decken, wird auf das Grundwasserreservoir zurückgegriffen. Ein Teil des Bewässerungswassers
kann als Rückfluss das Grundwasserreservoir erreichen und stellt daher einen positiven Bilanzposten in den Berechnungen von BIL dar. Parallel zur Bilanzierung der Grundwasserressourcen berechnet das Model SahysMod basierend auf den Ergebnissen von CropDem den mittleren jährlichen
Bodensalzgehalt (als elektrische Leitfähigkeit) pro Oase (Abb. III.2.2.-8).
Die Ergebnisse des SDSS IWEGS (jährlicher prozentualer Füllstand und mittleres jährliches
Grundwasservolumen der Aquifere sowie die mittlere jährliche Bodenversalzung der sechs DrâaOasen) werden in regionalen Karten, Tabellen und als Zeitreihen in Form von Balkendiagrammen
dargestellt. Im Kartenbild wird anhand einer dreigliederigen Schwellenwertabfrage der Handlungsbedarf visualisiert. Dabei wird der Status des Handlungsbedarfes in drei Farbabstufung wiedergegeben, wobei z.B. bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwerts für die Bodenversalzung die
jeweilige Oasenfläche im Kartenbild von grüner auf gelbe Darstellung überspringt. Die Auswahl
der Schwellenwerte wurde im Prototyp seitens der Bearbeiter vorläufig implementiert und wird in
Zusammenarbeit und Absprache mit den potentiellen Nutzern angepasst (siehe Capacity Development). Zurzeit ist eine ergänzende Dokumentation in Arbeit, in der Informationen zu möglichen
Untersuchungskonzepten und –kosten mit Verweisen auf Fallbeispiele abrufbar sein werden.
Die Vorstellung des SDSS IWEGS sowie der Austausch über Methoden und Modelle waren Thema
des 2,5-tägigen Workshops „Interaction des stratégies d’utilisation d’eau, des eaux souterraines et
des sols dans la Vallée du Drâa Moyen“ (Club Drâa, Ouarzazate, 5. – 7. Mai 2008). Die probeweise
Anwendung eines Prototyps des SDSS IWEGS, aber auch der disziplinären Einzelmodelle zeigte,
dass seitens der marokkanischen Partner Ergänzungen sowie Anpassungen erforderlich sind.
Die Teilnehmer wurde von den Impetus-Partnerinstitutionen Service Eau Ouarzazate und
ORMVAO gestellt. Darüber hinaus konnte mit dieser Maßnahme der Kontakt zur ONEP Ouarzazate wiederbelebt werden. Als sehr hilfreich bei der Auswahl geeigneter Teilnehmer erwies sich der
„SDSS-Workshop“ unter der Leitung von Andreas Enders (11.-12. März 2008), sowie der Leiter
des Impetus-Büros in Ouarzazate Jamal Ait El Hadj, der nicht nur die Organisation der Workshops
übernommen, sondern durch seine Teilnahme an dem Workshop eine wichtige integrative Rolle
gespielt hat.
Um den Workshop-Charakter zu unterstreichen wurde die Vorstellung der Methoden, der Modelle
und des SDSS IWEGS nur durch kurze frontale Präsentationen eingeleitet. Die in Themenblöcke
Hydrologie
IMPETUS
248
gegliederten Inhalte wurden weitestgehend in Diskussionen behandelt, ergänzt durch angeleitete
Testläufen der Modelle und des SDSS IWEGS.
Einleitend zum Workshop wurden Ansichten zum Thema Wasserressourcen, zum Systemverständnis und zu Forschungsvorhaben ausgetauscht. Dabei wurde für alle grundlegenden Auffassungen
Übereinkünfte und somit eine solide Diskussionsbasis gefunden. So stellt das Systemverständnis
die Voraussetzung für die Modellbildung dar und sollte durch verschiedene Methoden verifiziert
werden. Folglich streben alle Teilnehmer die Anwendung von Methodenkombinationen, um unsichere oder nicht gemessene Größen, wie z.B. die Grundwasserentnahmemengen eingrenzen zu
können.
Das seitens IMPETUS vorgestellte hydrogeologische konzeptionelle Modell traf auf allgemeines
Einverständnis, wobei vor allem unter den Teilnehmern die Aktualisierung der Datenbasis für die
Beschreibung des Systems intensiv diskutiert wurde. Betreffs der hydraulischen Aquiferkenndaten
basiert die aktuelle Literatur auf die Arbeit von Chamayou (1966). Um den offensichtlichen Untersuchungsbedarf hinsichtlich der Aktualisierung der Datenbasis zu decken wurden verschieden Vorschläge formuliert, wie z.B. erneute Geländekampagnen in Zusammenarbeit mit internationalen
Projekten, die Aufarbeitung der Archivdaten des Service Eau Ouarzazate und die Wiederaufnahme
von regelmäßigen Grundwasserbeobachtungen etc. Hierbei wurde konkreter Untersuchungsbedarf
hinsichtlich der Grundwasserhöffigkeit in Kluftaquiferen, und potentieller Bohransatzpunkte bzw.
Brunnenstandorte formuliert.
Die Vorstellung der hydro-geochemischen Untersuchungen, die im Rahmen von IMPETUS durchgeführt wurden, stieß auf großes Interesse, da Untersuchungen dieser Art selten sind und für den
Raum außerhalb der Oasen gänzlich fehlen. In diesem Kontext wurde die Idee Tracer-Tests durchzuführen seitens der ORMVAO aufgeworfen.
Ein Schwellenwert-Ansatz wurde für die Differenzierung der Szenarien betreffs des Füllstands des
Stausees Mansour Eddahbi vorgeschlagen. Ferner regten die Teilnehmer an, für die Klimaszenarien
zusätzliche ein Klassifikation nach Perioden „trocken“, „humid“ und „normal“ einzuführen.
Zum Thema Bodenversalzung entstand eine intensive Diskussion über das Prozessverständnis und
die resultierende Modellbildung. Die präsentierte Modellvorstellung eines offenen Systems, dem
via Flusswasserzuflüsse sowie durch Evapotranspirationsverluste während der Bewässerung sowie
Grundwasserflüssen Salze zu- und abgeführt werden können, wurde allgemein akzeptiert. Die Fallstudie „Ouled Yaoub“ regte den Vergleich mit Untersuchungen der ORMVAO (in Zusammenarbeit
mit dem belgischen Projekt „Sigmadra“) an. Nach näheren Erläuterungen zur Entnahme von
Mischproben aus dem Boden etc. wurde der Wunsch geäußert, weitere Bodenversalzungsstudien zu
organisieren, wobei eventuell eine Erweiterung in Bezug auf Ionenanalysen aus dem Bodenwasser
resp. Bodeneluat sinnvoll wäre.
Verschiedene Auffassungen bestanden über den Parameter Bewässerungseffizienz, der allgemein
mit ca. 45-60% bei Überstaubewässerung angegeben wird. Seitens der ORMVAO wird sie jedoch
mit 75% höher eingeschätzt, wobei dieser Einschätzung eine mehrfache Wertung der Bewässerungsmenge im Stockwerksanbau der Oasen zu Grunde liegt. Die Modellannahmen innerhalb von
IWEGS beziehen sich jedoch auf eine einfache Wertung der Bewässerungsmenge.
Hydrologie
IMPETUS
249
Die Teilnehmer äußerten ihr generelles Einverständnis und ihre Interesse hinsichtlich der vorgestellten Modelle. Die ORMVAO nutzt gemäß eigener Auskünfte ebenfalls die aktuelle Modellversion von CROPWAT (FAO) zur Ermittlung der Evapotranspiration. Im Falle von CropDem bzw.
CROPWAT schlugen die Teilnehmer die Parametrisierung von monatlich differenzierten KcWerten für Dattelpalmen und Gemüse vor. Ferner schlugen sie eine Validierung der Berechnungen
mit den Klimadaten aus Asrir für die 4 Jahre vor, in denen um diese Klimastation Ackerbau betrieben wurde. Zu diesem Zwecke bot die ORMVAO den Vergleich mit einer „belgischen Studie“ an,
der noch aussteht. Um die Parametrisierung des Modells BIL zu verbessern bietet die ORMVAO
die Einsicht in einen Fachbericht von SOGHREA an. Als Ergebnis der Diskussion soll die Verteilung des Lâchervolumes auf die einzelnen Oasen verändert werden, da im Flussbett der obersten
beiden Oasen die volle Lâchermenge, in der untersten Oase nichts von der Lâcher für die Versickerung zu Verfügung steht.
Nach dem Testlauf des SDSS IWEGS regten die potentiellen Nutzer an, die „Entwicklung des Wasserbedarfs“ im Modell C.E.M. Drâa modifizierbar zu gestalten. Für die Parametrisierung von BIL in
IWEGS wünschten sich die Teilnehmer 6 unabhängige Einzelschieber für die „Verteilung der
Lâchermenge“ in Kombination mit einer Fehlerbehandlung, die den Modellstart so lange verhindert, solange die Summe der Lâchermenge nicht 100% beträgt.
Modellanpassungen und Modellvalidierung
Anregungen und Kritikpunkte der marokkanischen Partner führten zu einer Optimierung des SDSS
IWEGS. Beispielsweise wurde im Model BIL die Verteilung der Lâcher-Anteile auf die Oasen entsprechend der Workshop-Ergebnisse (vgl. Capacity Development) geändert. Die technische Umsetzung, wie z.B. die Implementierung der dafür nötigen Schieberegler im SDSS IWEGS erfolgte in
Zusammenarbeit mit Teilprojekt C2. Daneben wurden die einzelnen Modelle weiterhin inhaltlich
geprüft und gemäß der Datenlage optimiert.
Mit Hilfe des Models C.E.M. Drâa wurde der häusliche Wasserverbrauch in den urbanen Zentren
zu dem in den ruralen Gegenden für die einzelnen Drâa-Oasen vergleichen (Abb. III.2.2.-9). Der
häusliche Wasserverbrauch der urbanen Bevölkerung im Mittel mit 50 l pro Kopf und Tag wirkt
sich auf der regionalen Skala überproportional höher aus, als der von der ruralen (30 l pro Kopf und
Tag). Eine mögliche Verzerrung dieser Ergebnisse könnte infolge der inkonsistenten Datenbestände
und der Definition des urbanen und ruralen Siedlungsraums liegen. Aufgrund der räumlichen Begrenzung der vorliegenden Daten ist zusätzlich die Regionalisierung der Wasserverbrauchstudien
kritisch zu bewerten. Mit ergänzenden Datenerhebungen zum häuslichen Wasserverbrauch in Dörfern der Oase Tinzouline im Kontext einer Diplomarbeit im Herbst 2008 sollen vorhandenen Lücken aufgefüllt werden. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Erfassung des Wasserverbrauchs in
Abhängigkeit zur Art des Wasserzugangs (ONEP-Anschluss, kollektiver Wasserturm, Ziehbrunnen,
gemischte Nutzung).
Hydrologie
IMPETUS
Mm³ / a
250
Inhabitants
70000
urban water consumption
1
rural water consumption
0.9
urban population
0.8
rural population
60000
50000
0.7
0.6
40000
0.5
30000
0.4
0.3
20000
0.2
10000
0.1
0
0
Mezguita
Tinzouline
Ternata
Fezouata
Ktaoua
M'Hamid
Abb. III.2.2.-9: Vergleich des häuslichen Wasserverbrauchs in den Drâa-Oasen für urbane und rurale Siedlungsräume
für das Jahr 2000 (C.E.M. Drâa).
Auf der regionalen Skala beträgt der Wasserbedarf der Kulturen ein Vielfaches im Vergleich zum
häuslichen Wasserverbrauch (Abb. III.2.2.-9 und III.2.2.-10). Eine Besonderheit in diesem Verhältnis entsteht zwischen den Oasen Ternata und Fezouata, da die Trinkwassergewinnung für die Stadt
Zagrora (Oase Ternata) im Zuflussgebiet der Oase Fezouata lokalisiert ist (Abb. III.2.2.-9 und
III.2.2.-10). Auch wenn der häusliche Wasserverbrauch auf der regionalen Skala erwartungsgemäß
nur einen Bruchteil des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs für die Bewässerung (Abb. III.2.2.-9
und III.2.2.-10) ausmacht, ist die laufende Studie für das Aufzeigen von potentiellen Nutzungskonflikten auf der sub-regionalen und lokalen Ebene in Zeiten von Wassermangel unerlässlich.
Mm³ / a
50
ha
Total water demand
8000
Cultivated surface
40
6000
30
4000
20
2000
10
0
0
Mezguita Tinzouline Ternata Fezouata Ktaoua
M'Hamid
Abb. III.2.2.-10: Vergleich des mittleren jährlichen Wasserbedarfs der Kulturen und der Größe der bewirtschafteten
Flächen in den Drâa-Oasen (2001-2006) (CropDem).
Hydrologie
IMPETUS
251
Ein flächendeckender Datensatz zur Überprüfung der aktuellen Situation zur Bodenversalzung besteht derzeit nicht, wobei zu diesem Zwecke ein Austausch mit der ORMVAO besteht. Im Vergleich von bisher gemessenen Bodensalzgehalten und modellierten Werten (als spezifische elektrische Leitfähigkeit der Gleichgewichtsbodenlösung) zeigt sich, dass die modellierten Werte im Jahre
1980 für die geringe Versalzungsklasse (0 bis 4 mS/cm) höher und für die höhere Versalzungsklasse (4 bis 8 mS/cm) geringer liegen als die gemessenen (siehe Abb. III.2.2.-11). Somit wird die Bodenversalzung vom Modell unterschätzt. Im Beobachtungszeitraum 1968 bis 1998 ist den Messwerten eine zunehmende Bodenversalzung zu entnehmen, da zum späteren Zeitpunkt im Verhältnis
mehr Messwerte in die höhere Versalzungsklasse (4 bis 8 mS/cm) fallen (Abb. III.2.2.-11). Dieser
Trend setzt sich in der Modellierung fort
100
1968 measured
1980 measured
1980 modelled
1998 modelled
90
80
% of the oases surface
70
60
50
40
30
20
10
0
0-4
4-8
8-16
16-32
> 32
Salinity class [mS/cm]
Abb. III.2.2.-11: Vergleich von gemessener (1968, 1980) und mit SahysMod modellierter (1980, 1998) Bodenversalzungsklassen in der Oase Mezguita.
Das Modell BIL wurde gemäß den Anregungen und den Ergebnissen der Diskussion im Rahmen
der Vorstellung des Prototyps von IWEGS angepasst (vgl. Capacity Development). Demnach wurde z.B. eine Funktion zur Berücksichtigung von Gerinnebettverluste implementiert, um die verfügbare Menge an Oberflächenwasser für die Bewässerung besser abzuschätzen. Ferner war eine Anpassung der Speicherkoeffizienten für die Berechung der verfügbaren Grundwasservolumina notwendig. Hiefür diente der Abgleich der Bohrgutansprachen aus Sondierungen (Datenquelle: Service
Eau Ouarzazate) mit allgemeinen Literaturwerten. Folglich wurden die Speicherkoeffizienten von 2
bis 5 % auf 10 bis 12 % angehoben. Weitere Anpassungen und Plausibilitätstests werden zurzeit
durchgeführt, wobei der lückenhafte Datenbestand hauptsächlich die Überprüfung von Stützpunkten
anhand von einzelnen Messwerten zulässt. Die Ergebnisse des Modells BIL wurden mit Grundwasserstandsmessungen des Service Eau Ouarzazate in der Oase Tinzouline verglichen und ergaben
Hydrologie
IMPETUS
252
eine zufriedenstellende Übereinstimmung von gemessenen zu modellierten Aquiferfüllständen
(Abb. III.2.2.-12).
100
Tinzouline modeled
Filling level of aquifer [%]
90
Tinzouline observed
80
70
60
50
40
30
20
10
23/24
21/22
19/20
17/18
15/16
13/14
11/12
09/10
07/08
05/06
03/04
01/02
99/00
97/98
95/96
93/94
91/92
89/90
87/88
85/86
83/84
81/82
79/80
77/78
75/76
73/74
0
Hydrological year
Abb. III.2.2.-12: Vergleich der gemessenen (dunkelblau) und modellierten (hellblau) mittleren prozentualen
Füllstände des Aquifers der Oase Tinzouline (1973/74 bis 2024/25) – nach 2006 Fortschreibung
des beobachteten Klimatrends.
Die Berechnung und Auswertung von kombinierten Szenarien und Interventionsszenarien basierend
auf den IMPETUS – Klimaszenarien und den sozio-ökonomischen Szenarien stehen im Fokus der
aktuellen und zukünftigen Arbeiten.
Literatur
Heidecke, C., Kuhn, A. and Klose, S. (2008): Water pricing options for the Middle Drâa River Basin in Morocco. AfJARE Vol 2 No 2.
url: http://www.aaae-africa.org/afjare/docs/AfJAREHeidecke%20FINAL.pdf.
Klose, S., Reichert, B. and Lahmouri, A. (2008): Management options for a sustainable groundwater use in the Middle
Drâa Oases under the pressure of climatic changes. In: Zereini, F and Hötzl, H.: Climatic changes and water resources in the Middle East and North Africa. Contributions to the 3rd Environmental Symposium of the GermanArab Society for Environmental Studies, Frankfurt, September 18.-19., 2006. Springer. Heidelberg.
Hydrologie
IMPETUS
253
PK Ma-H.3: Saisonale Abflussprognosen aus der Schneeschmelze für das Management des Mansour Eddahbi Stausees
Oued Dadès im Becken von Ouarzazate vor schneebedecktem Hohem Atlas
Problemstellung
Der Stausee Mansour Eddahbi bei Ouarzazate vereint die Zuflüsse aus dem südlichen Hohen Atlas.
Ein Teil der Niederschläge fällt hier im Winter überwiegend als Schnee. Für die Wasserversorgung
des Drâatals (Qualität des Trinkwassers, Quantität des Bewässerungswassers, Anzahl der Lâchers)
sind sowohl die kurz- bis mittelfristige als auch die langfristige Entwicklung dieser Niederschläge
und ihres Schneeanteils von Bedeutung.
Die beiden Leitfragen, an der sich die Arbeit im PK Ma-H.3 orientiert, sind:
1. Wie wirkt sich der Klimawandel auf den Schneespeicher und die Zuflüsse zum Stausee
Mansour Eddahbi bei Ouarzazate aus?
2. Wie viel Wasser werden die Hochgebirgsflüsse voraussichtlich in den nächsten Monaten für
den Stausee liefern?
Frage 1 hat die langfristige Entwicklung der Wasserverfügbarkeit der Region im Focus. Die zukünftig zu erwartenden Schneemengen sowie die Gesamtniederschläge im Hohen Atlas und im Becken
von Ouarzazate werden in Klimaszenarien abgeschätzt, die auf Ergebnissen der meteorologischen
Modellkette beruhen. Die Auswirkungen der Klimaszenarien auf den hydrologischen Kreislauf und
letztlich auf die Zuflüsse zum Stausee werden im Schneeschmelz-Abflussmodell SRM (Snowmelt
Runoff Model) modelliert. Die Gesamtmenge der Zuflüsse sowie der Füllstand des Stausees werden
auf der Basis von Wasserverlusten aus dem Flussbett über die jeweilige Flusslänge im Monitoring
Hydrologie
IMPETUS
254
Tool PRO-RES (PROnostic de la fonte de neige pour un barrage REServoir; PROgnosis of snowmelt runoff for a water REServoir) berechnet.
Eine Antwort auf Frage 2 setzt die Kenntnis der zu einem Stichtag vorhandenen Schneemenge sowie eine Abschätzung der Witterungsentwicklung in den darauf folgenden Monaten voraus. Dieser
interdisziplinäre Ansatz wird mit der Entwicklung des Monitoring Tools PRO-RES beschritten. Hier
werden aktuelle Beobachtungsdaten und statistische Witterungsprognosen mit dem SchneeschmelzAbflussmodell gekoppelt und die berechneten Abflüsse in den Stausee geleitet.
Mitarbeiter
O. Schulz, K. Born, H. Busche, K. Piecha
Zielsetzung
Ziel des PKs für 2008 war der Ausbau des Monitoringtools PRO-RES für eine saisonale Abflussvorhersage im Gesamteinzugsgebiet des oberen Drâa bis zum Stausee Mansour Eddahbi. Dazu war
die Beschaffung und Aufbereitung weiterer und aktueller Klima-, Abfluss- und Schneebedeckungsdaten notwendig. Für die Pläne des PK konnten der Betreiber des Stausees sowie die übergeordnete
nationale Behörde für Wasserressourcen gewonnen werden. Die Behörden sicherten ihre Unterstützung zu und halfen bei der Datenbeschaffung. In einer Grundlagenschulung für die Mitarbeiter der
Behörden wurde eine gemeinsame Basis für den Umgang mit Klima- und Geodaten gelegt, auf der
eine speziellere Schulung im Monitoringtool PRO-RES aufbauen kann.
Ein weiteres Ziel war die Programmierung einer Schnittstelle zum Wettergenerator SMGHydraa
(Statistical Model for the Generation of Climate Data for Hydrological Applications in the Draa
Region), der die Grundlagen für eine statistische Vorhersage der Witterung vom späten Winter bis
zum Sommer liefert. Trotz der relativ hohen Unsicherheit statistischer Vorhersagen sind sie für eine
Abschätzung des Schmelzverlaufs einer winterlichen Schneedecke sowie der neuen Niederschläge
und somit für die verfügbaren Wassermengen, die über die Gebirgsflüsse bis in den Stausee transportiert werden, notwendig. Dazu wurden die Klimamodelldaten auf die in PRO-RES verwendeten
Höhenzonen abgebildet.
Nutzergruppen
• Ministère de l'Energie, des Mines, de l'eau et de l'environnement, Direction de la Recherche et
de la Planification en Eau (DRPE), Rabat
- Abddaim Lahmouri
- Reddouan Bouaicha (Chef DRPE)
- Mitarbeiter : M’Hamed Slimani
Hydrologie
IMPETUS
255
• Service Eau de Ouarzazate
- Mustapha Sabbar (Chef du Service)
- Mitarbeiter : Hassan Rida
• ORMVA de Ouarzazate
- Abdellouahed El Gharbaoui (Chef)
Im März 2008 fand eine Schulung für die Nutzer aller Systeme in Ouarzazate statt. Darüber hinaus
gab es für PRO-RES und SMGHydraa im April Schulungen bzw. Diskussionen an der Universität
Hassan II und bei der Direction Nationale de la Météorologie in Casablanca. Weitere Schulungen
mit ausgewählten Mitarbeitern oben genannter Institutionen sind für das Frühjahr 2009 geplant.
Das Monitoringtool PRO-RES
Die Entwicklung des Monitoringtools PRO-RES wurde in folgenden Punkten vorangetrieben:
•
Integration weiterer Messdaten zu Klima und Abfluss in die Datenbank
•
Update der MODIS-Satellitenbildprodukte zur Berechnung der Schneebedeckung in den
Einzugsgebieten
•
Integration der neuesten Version des Wettergenerators SMGHydraa für einen Zugriff auf
Klimaszenarien
•
Ausbau und Verfeinerung der Funktionen sowie der Benutzeroberfläche von PRO-RES im
Framework
•
Berechnung von Szenarien der Stauseezuflüsse
Die räumliche Diskretisierung des oberen Drâa-Einzugsgebiets orientiert sich an den Abflusspegeln
des Service Eau (Ouarzazate), so dass neun Teileinzugsgebiete definiert wurden. Die Höhendifferenzen vom Stausee bei Ouarzazate (1050 m) bis zum Gipfelgrat des Jebel M’Goun (4071 m)
betragen 3000 m. Um jeweils annähernd homogene Niederschlags- bzw. Temperaturwerte für die
Modellierung zu gewährleisten, die über Niederschlagsart bzw. der Schneeschmelze zur Verfügung
stehende Energie entscheiden, wurde eine Höhenzonierung in 250 m-Schritten vorgenommen.
Die tägliche Schneebedeckung in den einzelnen Höhenzonen der neun Teileinzugsgebiete des Stausees ist eine Eingangsvariable des SRM. Zur Extraktion der erforderlichen Werte aus täglichen
MODIS-Daten (Satellitenbildprodukt MOD09 des United States Geological Survey, USGS) dient
das Modul MODISsnowmap. Dafür wurde unter Einbindung des frei verfügbaren Modis Reprojection Tools MRT (USGS) eine Routine definiert und im SDSS-Framework programmiert.
Hydrologie
IMPETUS
256
In der Routine werden aus dem MOD09 zwei von sieben Spektralkanälen angesteuert und in die
Kartenprojektion Lambert-IMPETUS-Marokko gebracht. Nachfolgend wird der Normalized Difference Snow Index NDSI berechnet und das Ergebnis anhand eines regional angepassten Schwellwerts in die beiden Klassen „schneebedeckt“ bzw. „schneefrei“ eingeteilt. Diese Schneemaske wird
mit der Zoneneinteilung des Untersuchungsgebietes (oberes Drâa-Einzugsgebiet) verschnitten. Ergebnis ist eine Tabelle mit prozentualer Schneebedeckung in den einzelnen Höhenzonen aller neun
Teileinzugsgebiete für jeden Aufnahmezeitpunkt des Satelliten. Im SRM werden die Werte an nicht
durch Satellitenbilder abgedeckten Tagen durch Interpolation mit einem internen Algorithmus ergänzt. Die Datenbank umfasst zurzeit ca. 400 Satellitenbilder aus dem Zeitraum 2001 bis 2008 und
wird weiterhin aktualisiert.
Nach dem Start des Monitoringtools erfolgt zunächst eine Aktualisierung der vorhandenen Datengrundlage zur Modellierung (Abb. III.2.2-13). In der Tabelle erscheinen die in PRO-RES verwendeten Temperatur- und Niederschlagsdaten sowie Abflüsse und Schneebedeckungsgrade für jedes
Teileinzugsgebiet.
Abb. III.2.2-13: Tabelle mit aktuellem Stand der Datengrundlage in PRO-RES.
An dieser Stelle können auch neue Satellitenbilder in die Datenbank geladen werden (Abb. III.2.214). Es wird erklärt, welche Rolle die MODIS-Satellitenbilder in PRO-RES spielen und von wo die
Satellitenbilder bezogen werden können (Land Processes Distributed Active Archive Center des
United States Geological Survey). Eine Recherche- und Bestellfunktion für MODIS ist im PRORES nicht vorgesehen, wohl aber das Öffnen eines Fensters mit Internet browser und Start auf der
in Abb. III.2.2-14 dargestellten Seite des USGS.
Hydrologie
IMPETUS
257
Abb. III.2.2-14: Aktualisierungsseite für MODIS-Satellitenbilder in PRO-RES.
Die Berechnung des NDSI-Schneeindex der neu eingeladenen Bilder und die Verschneidung mit
den vordefinierten Höhenzonen finden im Anschluss automatisch statt. Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis alle gewünschten neuen Satellitenbilder geladen und verarbeitet sind.
Der nächste Schritt ist die Auswahl der Datengrundlage und der Simulationsperiode für die Abflussmodellierung (Abb. III.2.2-15). Dazu gehören die Auswahl der Teileinzugsgebiete – wobei der
Anwender darauf hingewiesen wird, dass für die Berechnung des gesamten Stauseezuflusses und
des Stauseefüllstands alle Teileinzugsgebiete benötigt werden – sowie der Klimadaten. Hier hat der
Anwender nun die Wahl, mit Messdaten oder Klimaszenarien zu modellieren sowie für mittelfristige (saisonale) Vorhersagen bis zu einem Stichtag Messdaten und danach Szenariendaten zu verwenden.
Hydrologie
IMPETUS
258
Die Auswahl der Simulationsperiode ist abhängig von der Datengrundlage und liegt für Messdaten
zwischen 2001 und 2007, für Szenarien zwischen 2001 und 2020 und für saisonale Vorhersagen
zurzeit zwischen 2001 und 2007, da hierfür bis zu einem vom Anwender festgelegten Zeitpunkt
Messdaten verwendet werden.
Abb. III.2.2-15: Auswahlseite zur Klimadatengrundlage in PRO-RES.
SMGHydraa
Die Daten der Klimamodellierungen werden in SMGHydraa für Zonen geliefert, die je nach Fragestellung unterschiedlich definiert sind. Sie werden mit Hilfe rein klimatologischer Bedingungen
(Aridität), Abflusscharakteristika (Fluss-Untereinzugsgebiete) oder als Höhenzonen definiert. Der
Vorteil dieser Darstellungsweise liegt in der Kombination räumlicher Heterogenität, Berücksichtigung der Fragestellung und möglichst geringem Datenumfang.
Im Jahr 2008 wurden folgende Arbeiten vorgenommen: Die digitalen Geländedaten wurden in den
Problemkomplexen vereinheitlicht, weshalb die Definitionen der Zonen neu vorgenommen und die
Klimadaten neu präprozessiert werden mussten. Für die Regionalisierung der Klimadaten wurden
die Transferfunktionen überarbeitet, um die Modellniederschläge so anzupassen, dass ihren Häufigkeitsverteilungen möglichst nahe an denen der Beobachtungen sind. Die Auswertungen der Niederschlagsdaten bezüglich der Extremereignisse auf der interannuellen Skala (Dürren) und täglichen
Skala (Starkniederschläge) wurde in das Framework implementiert. Die Änderungen besonders der
täglichen Niederschlagsraten und der Anzahl der Niederschlagstage pro Monat als räumlich verteilte Größen beeinflusst die Ergebnisse sowohl der Abflussmodellierungen als auch in der Berechnung
der Bodenerosionsraten außerordentlich stark.
Die Arbeiten konzentrierten sich auch auf Telekonnektionen mit den tropischen und extratropischen
SST (Sea Surface Temperatures) des Atlantischen Ozeans. Bislang liefern die Beziehungen zwi-
Hydrologie
IMPETUS
259
schen SST und Winterniederschlägen jedoch keine statistische Basis, die eine saisonale Vorhersage
für PRO-RES verbessern würde. Mit den bis 2007 aktualisierten Beobachtungsdaten, sowohl für
Stationen als auch für auf ein Gitter interpolierte Produkte (CRU TS 2.1 und VASCLIMO) wurden
die REMO Klimaszenarien evaluiert (Born, 2008a). Es wurden sowohl ein Bias der Modellszenarien als auch ein zukünftiger Trend zu trockeneren Klimaten in den IMPETUS-Szenarien bestätigt.
Um die Vergleichbarkeit von Beobachtungen mit Modelldaten zu ermöglichen, wurde ein standardisierter Regenindex (standardized precipitation index, SPI, McKee et al., 1993) aus den Beobachtungsdaten und den Szenarien berechnet (Born et al., 2008b). Die Arbeiten zeigten, dass auch hier
Häufigkeit und Stärke der Trockenperioden in den Szenarien zunehmen wird, die Feuchtperioden
hingegen unverändert bleiben. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wurde die Statistik für die Analyse der
Trockenperioden auf das Untersuchungsgebiet übertragen. Bei der Auswertung der Szenarien wurde deutlich, dass ab etwa 2020 eine deutlich Zunahme der Auftrittswahrscheinlichkeit trockener
Jahre zu erwarten ist.
Ergebnisse der Modellierung mit PRO-RES
Der Kern des MT PRO-RES, das Schneeschmelz-Abfluss-Modell SRM, konnte durch eine erweiterte Datengrundlage (Klima- und Abflussdaten sowie Satellitenbilder) auf den Zeitraum 2000-2006
angewendet werden. Die Daten für 2007 und 2008 waren noch lückenhaft, konnten aber durch Vereinbarungen mit den marokkanischen Partnern anlässlich der IMPETUS-Konferenz in Ouarzazate
Ende Oktober 2008 inzwischen akquiriert werden. Eine Modellierung der jüngsten Vergangenheit
ist somit jetzt möglich und wird vorbereitet. Die Ergebnisse der Kalibrierung des Abflussmodells
sind als zufrieden stellend zu bewerten, die der Validierungsphase sind gerade noch zufrieden stellend (Abb. III.2.2-16). Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Stauseefüllung auch durch ein
inneres Einzugsgebiet beeinflusst wird, welches nicht über einen Pegel erfasst und wird, ist die
Qualität der Ergebnisse als viel versprechend zu bezeichnen. Durch die Verlängerung der Datenreihe werden sich weitere Verbesserungen ergeben. Die gesamte monatliche Zuflussmenge aller
Zuflüsse in den Stausee Mansour Eddahbi kann somit als Basis für weitere Abschätzungen dienen,
zum Beispiel für den monatlichen Füllstand des Stausees (Abb. III.2.2-17). Da hier noch weitere
Prozesse eine Rolle spielen (Verdunstungsverluste sowie die Entnahme von Wasser), wurde dieser
in das PRO-RES eingebettete Teil separat kalibriert und validiert. Auch hier sind die Ergebnisse
insgesamt zufrieden stellend. Eine Nutzung des PRO-RES für die Modellierung von Szenarien ist
somit möglich.
Die Berechnung der Klimaszenarien A1B und B1 fand für die Teileinzugsgebiete im Wettergenerator SMGHydraa statt. Aufgrund der statistisch-dynamischen Modellierung ist ein direkter zeitlicher
Vergleich mit Messdatenreihen nicht mehr möglich. Aus den bisherigen Ergebnissen ist abzuleiten,
dass es bei hoher intraannueller Variabilität der Abflüsse zu keiner signifikanten Veränderung der
monatlichen Abflussmengen bis zum Jahr 2020 kommen wird (Abb. III.2.2-18 und 19). Eine weitergehende statistische Analyse nach Integration weiterer Daten ist in Vorbereitung. Ebenso vorgesehen ist eine statistische Abschätzung der vorläufigen Ergebnisse für die saisonale Vorhersage,
welche zurzeit nur auf der Basis der Szenariendaten erfolgen kann. Die Arbeiten zur saisonalen
Vorhersage der Abflüsse bilden den Abschluss der PRO-RES-Entwicklung und werden im Frühjahr
Hydrologie
IMPETUS
260
2009 abgeschlossen. Darauf aufbauend werden Capacity Development-Maßnahmen durchgeführt
werden.
Stauseezufluss (Mio. m³/Monat)
120
Kalibrierungsphase (2000/01-2002/03) :
R² = 0,68
Validierungsphase (2003/04-2005/06) :
R² = 0,54
100
80
60
40
20
31
.1
31 0.2
.0 00
30 1.2 0
.0 00
31 4.2 1
.0 0 0
31 7.2 1
.1 0 0
31 0.2 1
.0 0 0
30 1.2 1
.0 0 0
31 4.2 2
.0 0 0
31 7.2 2
.1 0 0
31 0.2 2
.0 0 0
30 1.2 2
.0 0 0
31 4.2 3
.0 0 0
31 7.2 3
.1 00
31 0.2 3
.0 00
30 1.2 3
.0 00
31 4.2 4
.0 0 0
31 7.2 4
.1 0 0
31 0.2 4
.0 0 0
30 1.2 4
.0 0 0
31 4.2 5
.0 0 0
31 7.2 5
.1 0 0
31 0.2 5
.0 0 0
30 1.2 5
.0 0 0
31 4.2 6
.0 0 0
7. 6
20
06
0
MODELLIERT
GEMESSEN
Stausee-Zufluss (Mio. m³/Monat)
Abb. III.2.2-16: Mit PRO-RES modellierter monatlicher Gesamt-Stauseezufluss, Modellierungsantrieb durch Klimamessdaten.
250
200
150
100
Kalibrierung 2001-04: R² = 0.75
Validierung 2004-06: R² = 0.58
(hydrol. Jahre)
50
modelliert
31.07.2006
30.04.2006
31.01.2006
31.10.2005
31.07.2005
30.04.2005
31.01.2005
31.10.2004
31.07.2004
30.04.2004
31.01.2004
31.10.2003
31.07.2003
30.04.2003
31.01.2003
31.10.2002
31.07.2002
30.04.2002
31.01.2002
31.10.2001
0
gemessen
Abb. III.2.2-17: Mit PRO-RES modellierter mittlerer monatlicher Stauseefüllstand, Modellierungsantrieb durch Klimamessdaten.
31
.1
31 0.2
.0 00
30 8.2 1
.0 00
30 6.2 2
.0 00
28 4.2 3
.0 00
31 2.2 4
.1 00
31 2.2 5
.1 00
31 0.2 5
.0 00
30 8.2 6
.0 00
30 6.2 7
.0 00
28 4.2 8
.0 00
31 2.2 9
.1 01
31 2.2 0
.1 01
31 0.2 0
.0 01
30 8.2 1
.0 01
30 6.2 2
.0 01
28 4.2 3
.0 01
31 2.2 4
.1 01
31 2.2 5
.1 01
31 0.2 5
.0 01
30 8.2 6
.0 01
30 6.2 7
.0 01
29 4.2 8
.0 01
2. 9
20
20
Abflussmenge (Mio. m³/Monat)
31
.1
31 0.2
. 0 00
30 8.2 1
.0 00
30 6.2 2
. 0 00
28 4.2 3
. 0 00
31 2.2 4
. 1 00
31 2.2 5
. 1 00
31 0.2 5
.0 00
30 8.2 6
. 0 00
30 6.2 7
. 0 00
28 4.2 8
. 0 00
31 2.2 9
. 1 01
31 2.2 0
. 1 01
31 0.2 0
. 0 01
30 8.2 1
.0 01
30 6.2 2
. 0 01
28 4.2 3
. 0 01
31 2.2 4
. 1 01
31 2.2 5
. 1 01
31 0.2 5
. 0 01
30 8.2 6
. 0 01
30 6.2 7
.0 01
29 4.2 8
. 0 01
2. 9
20
20
Abflussmenge (Mio. m³/Monat)
Hydrologie
IMPETUS
261
120
100
80
60
40
20
0
Abb. III.2.2-18: Mit PRO-RES modellierter monatlicher Gesamt-Stauseezufluss, Modellierungsantrieb durch Daten
zum Klimaszenario A1B des Wettergenerators SMGHydraa für 2001 bis 2020.
120
100
80
60
40
20
0
Abb. III.2.2-19: Mit PRO-RES modellierter monatlicher Gesamt-Stauseezufluss, Modellierungsantrieb durch Daten
zum Klimaszenario B1 des Wettergenerators SMGHydraa für 2001 bis 2020.
Die Darstellung aller hier vorgestellten Ergebnisse in PRO-RES ist als Grafik und als Tabelle sofort
nach Ende eines Modellierungsdurchgangs möglich, beides kann exportiert oder direkt ausgedruckt
werden.
Hydrologie
IMPETUS
262
Literatur
BORN, K., M. CHRISTOPH, A. H. FINK, P. KNIPPERTZ, H. PAETH AND P. SPETH (2008a): Moroccan Climate in the Present
and Future: Combined View from Observational Data and Regional Climate Scenarios. In: ZEREINI AND HOETZL
(EDS.): Climatic Changes and Water Resources in the Middle East and in North Africa. Springer Verlag, Wien,
ISBN 978-3-540-85046-5, p. 29-45.
BORN, K., A. H. FINK AND H. PAETH (2008b): Dry and Wet Periods in the northwestern Maghreb for Present Day and
Future Climate Conditions. Meteorol. Zeitschrift 17, 533-551.
KIRSCHT, H. AND SCHULZ, O. (2008): Morocco. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008): IMPETUS Atlas Morocco.
Research Results 2000-2007, p. 5-6. Bonn, Cologne.
MCKEE, T. B., N. J. DOESKEN, J. Kleist (1993): The relationship of drought frequency and duration to time scales. -Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, Jan. 17-22, Anaheim, CA, 179-184.
SCHULZ, O., BUSCHE, H. AND A. BENBOUZIANE (2008): Decadal Precipitation Variances and Reservoir Inflow in the
Semi-Arid Upper Drâa basin (South-Eastern Morocco). In: ZEREINI, F. AND H. HÖTZL (Eds.): Climatic Change
and Water Resources in the Middle East and North Africa, p. 165-178. Heidelberg.
SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008): IMPETUS Atlas Morocco. Research Results 2000-2007. Bonn, Cologne.
SCHULZ, O. (2008): The Drâa Catchment. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008): IMPETUS Atlas Morocco. Research Results 2000-2007, p. 7-8. Bonn, Cologne.
SCHULZ, O. (2008): The IMPETUS Climate Monitoring Network. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008):
IMPETUS Atlas Morocco. Research Results 2000-2007, p. 17-18. Bonn, Cologne.
SCHULZ, O. (2008): Precipitation in the Upper and Middle Drâa Basin. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008):
SCHULZ, O. (2008): Snow Cover Variability in the High Atlas Mountains. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008):
SCHULZ, O. (2008): Snowmelt Modelling in the High Atlas Mountains. In: SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008):
Hydrologie
PK Ma-H.5
IMPETUS
263
Auswirkung von Klimawandel und veränderter Wassernutzung
auf den Niederschlag und die Verdunstung
Überschussbewässerung in der Flussoase, auch gerne als „Ozean der Palmen“ bezeichnet, in der
Nähe von Agdz. Die bewässerte Fläche ist deutlich an der dunklen Färbung zu erkennen (Foto: K. Born).
Problemstellung
Für klimatologische Zeiträume (≥30 Jahre) mit gleichzeitig hoher räumlicher Auflösung (≤3km) ist
Niederschlag und Verdunstung weder aus Messungen noch aus Simulationen für die Region südlich
des Hohen Atlas verfügbar. Auf diesen Skalen sind jedoch präzise Informationen zum Verständnis
des aktuellen Klimas und zur Abschätzung möglicher zukünftiger Entwicklungen unerlässlich. Interdisziplinäre Untersuchungen über die Zusammenhänge zwischen z. B. Bevölkerungswachstum,
Landnutzung, Hydrologie und Klima sind notwendig, um Änderungen realistisch einschätzen zu
können. Besonders für Fragen der Erosion und der Niederschlagseinträge in verschiedene hydrologische Einzugsgebiete ist eine hohe zeitliche und räumliche Auflösung der meteorologischen Daten
bedeutsam.
Mitarbeiter
K. Piecha, K. Born, A. Klose, O. Schulz
Zielsetzung
Im PK Ma-H.5 bestand die Zielsetzung des Jahres 2008 in einer Ausdehnung des Simulationsgebiets auf den Hohen Atlas und das Becken von Ouarzazate bis nach Asir. Weiterhin wurde mit den
Hydrologie
IMPETUS
264
Arbeiten im PK eine Verbesserung der bereits existierenden Rekombinationsvorschrift zur Verbesserung der Berechnung der Evapotranspiration auf Grundlage von aktuelleren Bodeninformationen
angestrebt. Hierzu sollte die Aufstellung von Kriterien für das Simulationsgebiet zur Auswahl geeigneter Repräsentanten ausgearbeitet werden. Repräsentanten sind die Termine, die die verschiedenen Circulation Weather Types (CWT) in der Rekombination vertreten. Für diese Auswahl stand
ein Zeitraum von November 2001 bis Dezember 2002 zur Verfügung. Die Simulation der gewählten Termine erfolgte mit dem mesoskaligen meteorologischen Modell FOOT3DK. Mit Hilfe der
Klassifikation der CWT für das gegenwärtige und zukünftige Klima wurden erste Rekombinationen
von Niederschlag und Verdunstung für das neue Simulationsgebiet durchgeführt. Darüber hinaus
wurde eine erste Version des Informationssystems IMPETUS -Développements possibles de l'Évaporation et des Précipitations dans le bassin versant du Drâa (IDEP-Drâa) weiterentwickelt.
Mögliche Nutzergruppen
•
Information Centre on Sustainable Energy & Environment
•
Université Hassan II
In den ersten beiden Projektphasen ist zunächst die Modellkette etabliert und anhand von Sensitivitätsstudien die Anwendbarkeit von FOOT3DK (s. a. Shao et al., 2001 und Huebener et al., 2007) im
südlichen Untersuchungsgebiet nachgewiesen worden. Verschiedene Anpassungen (z. B. Einführung einer Methode die Bewässerung in den Oasen darzustellen, sowie die Implementierung eines
tief liegenden Grundwasserspeichers) sind umgesetzt worden, um die realen Bedingungen im Untersuchungsgebiet angemessen abzubilden. Die Erstellung von Rekombinationen für Niederschlag
und Verdunstung (Huebener und Kerschgens, 2007 und 2007b) auf Basis von statistischdynamischen Downscaling (vgl. Fuentes und Heimann, 2000; Heimann, 2001) ist für Oasen südlich
von Ouarzazate abgeschlossen.
Anfang der dritten Projektphase ist die Anwendbarkeit von FOOT3DK für den Hohen Atlas getestet
worden. Dazu wurde ein Simulationsgebiet in der nordöstlichsten Ecke des Drâaeinzugsgebiets gewählt (Abb. III.2.2-20, rote Box), welches die Höhenunterschiede des Hohen Atlas gut repräsentiert. Dieses Simulationsgebiet wurde im Folgenden nach Westen und Süden vergrößert und mit
neueren Informationen über die Bodenarten (Abb. III.2.2-20) betrieben (Klose, 2008). Mit diesem
Schritt wurde die Simulation der Evapotranspiration verbessert, da in der in IMPETUS erstellten
Bodenkarte neben einer höheren Auflösung auch die Anzahl der Bodenarten größer ist als zuvor
berücksichtigt. Nach einer Modifikation in FOOT3DK können 11 statt vorher 5 Bodenarten berücksichtigt werden. Pro Gittermasche wird die Bodenart verwendet, die in der Bodenkarte den Hauptanteil in der jeweiligen Gittermasche aufweist.
Hydrologie
IMPETUS
265
Abb. III.2.2-20: Vergrößertes Simulationsgebiet mit den neu in FOOT3DK verwendeten Bodenarten. Die rote Box
zeigt das alte Simulationsgebiet.
CWT-Berechnung für 2002
Die zehn klassifizierten CWT können in zwei Zirkulations- und acht Richtungstypen unterschieden
werden (Methode siehe Jones et al, 1993). Auf Grund ähnlicher Charakteristiken im Bezug auf Niederschlag werden sie für die später dargestellte Rekombination zu sechs Gruppen zusammengefasst.
Die CWT werden für ein Gebiet berechnet, dass um den Punkt 30° N und 5° W zentriert ist. Die
Verteilung der CWT in Prozent basiert auf Bodendruckdaten aus NCEP-Reanalysen im Jahr 2002
(Abb. III.2.2-21). Den größten Anteil hauptsächlich in den Sommermonaten nimmt der CWT mit
Strömung von Nordost ein. Sie wird später mit der Wetterlage Ost zusammengefasst, welche über
das gesamte Jahr recht gleichmäßig verteilt vorkommt. Die anderen CWT treten wesentlich seltener
oder nur während bestimmter Jahreszeiten auf.
Hydrologie
IMPETUS
266
Abb. III.2.2-21: Häufigkeitsverteilung der CWT in Prozent nach Monaten unterteilt für das Jahr 2002
Auswahl der Repräsentanten
Als Antrieb für die Simulationen der verwendeten Repräsentanten mit FOOT3DK dienen Antriebsdaten des COSMO-LM (Consortium for Small-scale Modeling-Lokal Modell). Mit FOOT3DK
werden Episoden von 24 h mit einer Auflösung von ca. 9 km² pro Gitterbox auf einem Gebiet von
etwa 220 km x 227 km Gesamtgröße modelliert. Das Gebiet umfasst Teile des Hohen Atlas und des
Beckens von Ouarzazate. Das Haupt-Kriterium bei der Auswahl der Repräsentanten ist, dass die
Maschen, in denen sich die IMPETUS-Stationen Imeskar, Taoujgalt, Trab Labied und Asrir sowie
die WMO-Station Ouarzazate befinden, Niederschlag simulieren, wenn Niederschlag an der zugeordneten Station gemessen wird. Wenn es an der jeweiligen Klimastation nicht geregnet hat, soll
auch in der Simulation in den zugeordneten Maschen kein Niederschlag auftreten (das Kriterium
soll für 60 % der Vergleiche zutreffen). Je Termin ‚ohne Niederschlag’ werden simulierte Werte
kleiner 0,05 mm als ‚kein Niederschlag’ gewertet. Bei diesen Simulationen kommt es abhängig von
der Anströmung zum Teil zu Niederschlag auf der Nordseite des Hohen Atlas. Die Verwendung
dieser Simulationen ist sinnvoll, da der Hohe Atlas als Wetterscheide dient und es somit zu erwarten ist, dass es dort zu Niederschlägen kommt wenn es südlich des Atlas nicht regnet. Ein Vergleich
zwischen Messstation und simuliertem Wert einer Gitterbox ist in diesem Bereich mangels Messwerten jedoch nicht möglich.
Hydrologie
IMPETUS
267
Rekombination für das Jahr 2002
Auf der Basis des statistischen-dynamischen Downscalings wird eine Rekombination von Niederschlag und Verdunstung für das Jahr 2002 durchgeführt. Dazu werden zunächst die CWT für das
Jahr klassifiziert (Abb. III.2.2-21). Nach der sich dabei ergebenden Auftrittshäufigkeit werden die
Niederschlags- bzw. Evapotranspirationswerte der Repräsentanten aufsummiert.
Abb. III.2.2-22: Rekombinierter akkumulierter Niederschlag des Jahres 2002 in mm auf Basis von CWT aus NCEPReanalysen (grau: Einzugsgebietsgrenze des Drâa, schwarze Isolinien: Orographie aus FOOT3DK,
Punkte: gemessener Stationsniederschlag).
Der rekombinierte akkumulierte Niederschlag des Jahres 2002 (Abb. III.2.2-22) zeigt die zu erwartende Verteilung. Auf der Nordseite des Hohen Atlas fällt sichtbar mehr Niederschlag als auf der
Südseite. Bei einem Vergleich zwischen dem gemessenen Niederschlag an den IMPETUSKlimastationen (Abb. III.2.2-22, eingefärbte Stationspunkte) und dem simulierten und rekombinierten Niederschlag in der entsprechenden Gitterbox wird deutlich, dass FOOT3DK im Jahr 2002 den
Niederschlag an einigen Stationen unterschätzt an anderen wiederum überschätzt. Es muss berücksichtigt werden, dass der Niederschlag, der in einer Gitterbox simuliert wird, nur bedingt mit einem
punktuell gemessenen Niederschlag vergleichbar ist. Für die Evaluierung der Evapotranspiration
(Abb. III.2.2-23) liegen an den Stationen keine Messwerte vor, die zum Vergleichen dienen können.
Die negativen Werte der Evapotranspiration (also Kondensation) treten in den Simulationen auf,
wenn eine Übersättigung der Feuchte in Bodennähe vorliegt. In einzelnen Maschen überwiegen die
negativen Werte in der Rekombination für das Jahr 2002, was sich in Abb. III.2.2-23 zeigt.
Hydrologie
IMPETUS
268
Abb. III.2.2-23: Rekombinierte akkumulierte Evapotranspiration des Jahres 2002 in mm auf Basis von CWT aus
NCEP-Reanalysen (grau: Einzugsgebietsgrenze des Drâa, schwarze Isolinien: Orographie aus
FOOT3DK).
Anwendung auf die SRES-Szenarien A1B und B1
In Abb. III.2.2-24 ist die relative Häufigkeit der CWT-Verteilung für den 15-jährigen Zeitraum von
2036 bis 2050 für die verwendeten Szenarien A1B und B1 abgebildet. Weiterhin sind die jeweiligen
Differenzen zur Kontrollperiode von 1986 bis 2000 dargestellt. Die Verteilungen, die mit REMOModelldaten berechnet werden, differieren zwischen den unterschiedlichen Szenarien lediglich gering. Das liegt daran, dass für die Szenarien B1 und A1B im Forcingzeitraum von 2036 bis 2050 ein
ähnlicher Verlauf des Strahlungsforcings vorliegt (stärker in A1B), der die Häufigkeit der CWT
ähnlich beeinflusst (Houghton et al.: IPCC, 2001).
Hydrologie
IMPETUS
269
Abb. III.2.2-24: Relative Häufigkeit der CWT für den 15-jährigen Zeitraum von 2036 bis 2050, basierend auf REMOModelldaten der Szenarien A1B und B1 (linke y-Achse), und deren Differenzen zur REMOKontrollperiode von 1986 bis 2000 (rechte y-Achse).
Im Vergleich zur betrachteten Kontrollperiode weichen die beiden Szenarien-Verteilungen um weniger als 4 % von der Kontrollperiode ab, wobei das A1B-Szenario deutlichere Signale zeigt. Hier
kommt es im Vergleich mit der Kontrollperiode zu einer Abnahme der antizyklonalen CWT und
einer Zunahme der nordöstlichen und nördlichen Lagen von etwa 3 %, während im B1-Szenario die
Abnahme der antizyklonalen CWT und Zunahme der Lage Nord und Nordost geringer ausfällt. Interessant für den Niederschlag in der Region ist die Zunahme der südwestlichen und westlichen
Anströmungen, da diese feuchte Luft vom Atlantik ins Drâa-Einzugsgebiet transportieren.
Unter der Annahme, dass das Verhältnis der Tage mit Niederschlag und der Tage ohne Niederschlag innerhalb der einzelnen CWT gleich bleibt, werden in Kürze Rekombinationen für verschiedene Forcingabschnitte durchgeführt werden.
Informations-System (IS)
Das hier vorgestellte Informations-System (IS) (schematisch in Abb. III.2.2-25) trägt den Titel
„Niederschlag und Verdunstung - mögliche zukünftige Entwicklungen“ (IMPETUS Développements possibles de l'Évaporation et des Précipitations dans le bassin versant du Drâa,
IDEP-Drâa). Es liefert Informationen, bzgl. der möglichen Entwicklungen von Niederschlag und
Verdunstung unter der Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen, die künftig zu erwarten
sind.
Auf Grund des hohen Rechenzeitbedarfs und der großen produzierten Datenmengen ist es nicht
beabsichtigt, das Modell FOOT3DK in das IS zu integrieren. Dem Nutzer werden die unter dem
Kapitel Stand der Forschung beschriebenen Ergebnisse als Datengrundlage im IS zur Verfügung
gestellt (Abb. III.2.2-25, grauer und roter Bereich). Es stehen die folgenden Auswahlmöglichkeiten
zur Verfügung: Der Anwender kann zwischen den beiden SRES-Szenarien A1B und B1 wählen. Er
Hydrologie
IMPETUS
270
kann den Startmonat und den Zeitraum der Klimatologie bestimmen (grüne Boxen oben rechts).
Nachdem der Nutzer eine für sich optimierte Auswahl getroffen hat, werden IS-intern die Auftrittshäufigkeiten für den gewählten Zeitraum zusammengestellt und die damit rekombinierten Parameter Niederschlag oder Verdunstung als Tabelle und/oder Grafik ausgegeben. Dieses IS-Ergebnis
kann bereits als Informationsquelle genutzt oder in weitere Simulationen integriert werden. Später
soll noch die Möglichkeit geboten werden, für bestimmte Zeiträume Zeitreihen zu extrahieren. Das
IS wird z. Z. ausschließlich mit Niederschlagsdatensätzen betrieben, die noch nicht die letztendlich
gewählten Repräsentanten berücksichtigen. In der ersten Jahreshälfte des nächsten Jahres werden
die Daten für Niederschlag und Verdunstung aufgearbeitet und in das IS eingepflegt werden.
Abb. III.2.2-25: Flowchart des Informationssystems IDEP-DRÂA
Literatur
Fuentes, U.; Heimann, D., 2000: An improved statistical-dynamical downscaling scheme and is application to the Alpine precipitation climatology. Theor. Appl. Climatol., 65, 119-135
Heimann, D., 2001: A model-based wind climatology for the eastern Adriatic coast. Meteorologische Zeitschrift, 10, 516
Houghton, J. T., Y. Ding, D. J. Griggs, M. Noguer, P. J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell and C. A. Johnson: IPCC
2001: Climate Change 2001: The Scientific Basis: Contribution of the Working Group I to the Third Assessment
Report of an Intergovernmental Panel on Climate Change. University Press, Camebridge
Huebener, H.; Schmidt, M.; Sogalla, M.; Kerschgens, M., 2005: Simulating Evapotranspiration in a Semi-Arid Environment. Theor. Appl. Climatol., 80, 153-167
Hydrologie
IMPETUS
271
Huebener, H.; Kerschgens, M., 2007: Downscaling of current and future rainfall climatologies for southern Morocco.
Part I: Downscaling method and current climatology. Int. J. Climatol. , Published Online, DOI: 10.1002/joc.1491
Huebener, H.; Kerschgens, M., 2007b: Downscaling of current and future rainfall climatologies for southern Morocco. Part II: Climate change signals. Int. J. Climatol. , 27, 1065 - 1073, DOI: 10.1002/joc.1457
Huebener, H.; Born, K.; Kerschgens, M., 2007c: Downscaling heavy rainfall in the subtropics - a simple approach for
dynamical nesting. Advances in Geophysics, 10, 9-16
Jones, P. D., M. Hulme und K. R. Briffa, 1993: A Comparison of Lamb Circulation Types with an objective Classification Scheme. Int. J. Climatol. , 13: 655-663
Klose, A.; Soil Properties in the Drâa Catchment. IMPETUS Atlas Morocco - Research Results 2000 - 2007
Shao, Y.; Sogalla, M.; Kerschgens, M.; and Brücher, W., 2001: Effects of land surface heterogeneity upon surface
fluxes and turbulent conditions. Meteorol. Atmos. Phys., 78, 15
Landnutzung
III.2.3
IMPETUS
272
Landnutzung
Im Themenbereich „Landnutzung“ sind alle Problemkomplexe zusammengefaßt, bei denen die natürliche Vegetation sowie die Weidegebeite im Fokus der Untersuchungen stehen. Ökologische und
sozioökonomische Aspekte zur Landnutzung sind jedoch in einer Vielzahl weiterer Problemkomplexe integriert und stellen häufig wichtige Eingangsdaten dar.
Der Themenbereich umfasst drei Problemkomplexe. PK Ma-L.1 untersucht die Wasser- und Weidenutzung. Es ist davon auszugehen, dass diese nicht nur von naturräumlichen Faktoren bestimmt
wird, sondern zu einem wichtigen Teil vom sozialen und politischen Handeln, also den Nutzungsstrategien der Akteure vor Ort, abhängig ist. Die tatsächlich in einem Anbaugebiet verfügbaren
Ressourcen hängen dabei aber nicht nur von der naturräumlich bedingten lokalen Ressourcenverfügbarkeit ab, sondern auch von historisch gewachsenen und sozial kontrollierten Verfahren der
Ressourcenverteilung und –Nutzung. Neben der Oasenlandwirtschaft die sich im Arbeitsgebiet nur
wenig verändert hat gab es bei der transhumanten Weidewirtschaft in den letzten Jahrzehnten spürbare Veränderungen der Nutzungsmuster.
Im Zentrum von PK Ma-L.2 steht das raum-zeitliche Verhalten der Pflanzendecke vor allem in den
Weidegebieten des Drâa Einzugsgebietes. Bekanntlich ist die Verteilung des Niederschlagwassers
wesentlich von der Dichte und der Struktur der Pflanzendecke abhängig. In Feldexperimenten wird
deshalb vergleichend die Vegetationsdynamik auf Flächen mit bzw. ohne Beweidung untersucht.
Parallel und auf der Basis der Geländemessungen wurden die verschiedenen IS und SDSS fertig
gestellt (IS PLANT) bzw. weiterentwickelt (SDSS VegSat und SDSS PADRÂA). Im PK Ma-L.3
wurde die modellgestützte Entwicklung von zweier IS und SDSS zur Abschätzung von Risiken und
Gefahren durch extreme Niederschlagsereignisse und durch Bodenerosion fortgesetzt. Während mit
dem IS SMGHydraa (Statistical Model for the Generation of Meteorological Data for Hydrological
Modelling in the Draa Region) ein Prozessor zur Aufbereitung und Visualisierung vom klimatologischen Daten erfolgreich weiterentwickelt wurde, erlaubt das SDSS SEDRAA (Soil Erosion in the
Draa Region) die Berechnung von flächenhaften Bodenerosionsraten in Abhängigkeit von verändeter Landnutzung.
Landnutzung
IMPETUS
273
PK Ma-L.1 Strategien der Landnutzung unter limitierten Wasserressourcen im
Zentralen Hohen Atlas
Hirte im Hohen Atlas
Problemstellung
Unter der Maßgabe die Untersuchungen zu Strategien der Landnutzung unter limitierten Wasserressourcen im Zentralen Hohen Atlas in ein Informationssystem einzubinden wurden die ethnologischen Untersuchungen aus den beiden für die Landnutzung relevanten Bereichen Anbau und Viehzucht abgeschlossen. Diese sich ergänzenden Wirtschaftsweisen nutzen unterschiedliche Nischen
im Ökosystem: die bewässerten Oasen, die weniger als 5 Prozent der Gesamtfläche des Gebietes
ausmachen und die zu verschiedenen Vegetationszonen gehörenden Weidegebiete außerhalb dieser
Flächen. Anbau und Viehzucht stellen komplementäre Formen der Landnutzung dar und ermöglichen so unterschiedliche, sich ergänzende Strategien der Existenzsicherung. In der gesamten Region kommt es, wie in anderen Teilen des Drâa-Einzugsgebietes auch, immer wieder zu Engpässen
bei der Versorgung mit Wasser für die Landwirtschaft und bei der Verfügbarkeit von Futterpflanzen
für die Tiere. Neben den natürlichen saisonalen Schwankungen wirken sich vor allem die starken
inter-anuellen Veränderungen der Wasserverfügbarkeit negativ auf Anbau und Tierhaltung aus. Die
tatsächlich in einem Anbaugebiet verfügbaren Ressourcen hängen dabei aber nicht nur von der naturräumlich bedingten lokalen Ressourcenverfügbarkeit ab, sondern auch von historisch gewachsenen und sozial kontrollierten Verfahren der Ressourcenverteilung und –Nutzung. Neben der Oasen-
Landnutzung
IMPETUS
274
landwirtschaft die sich im Arbeitsgebiet nur wenig verändert hat gab es bei der transhumanten Weidewirtschaft in den letzten Jahrzehnten spürbare Veränderungen der Nutzungsmuster. Die idealtypischen Transhumanzzyklen werden seltener ausgenutzt und dorfnahe Weideflächen dafür stärker
beansprucht. Diese Veränderung wirkt auch auf den Umgang mit Kollektivland, wo Viehzüchter in
Konkurrenz mit Bauern treten (vgl.: El Alaoui 2002: 8ff.). Während an der feuchteren Nordflanke
des Atlas Gebirges auf Kollektivland auch Regenfeldbau betrieben wird (vgl.: Kraus 1991: 55-56
und 73-76) ist im Arbeitsgebiet des PK am Südabhang des Gebirges Kollektivland fast ausschließlich Weideland. Die während der vergangenen Phasen gesammelten Informationen und die daraus
hervor gegangenen Analysen, vor allem über Strategien der Land- und Wassernutzung in der Oasenlandwirtschaft sowie Agrarökonomische Modellierungen über Vegetationsentwicklung auf Weideflächen flossen in das Informationssystem LUD-HA ein. Im Berichtzeitraum wurde vor allem die
Bearbeitung weidewirtschaftlicher Themen in der PK-Arbeit verstärkt und Berechnungen und Projektionen zum Zustand der Weideflächen mittels SAVANNA in das Informationssystem integriert.
Der Vergleich von naturwissenschaftlichen Ergebnissen und durch ethnologische Befragungen gewonnenen emischen Konzepten und Klassifikationen hat interessante Erkenntnisse über die Bedeutungen bestimmter Vegetationstypen und ihre Nutzung durch mobile Viehhirten erbracht. Die durch
sozialwissenschaftliche Befragungen gewonnenen Erkenntnisse zur transhumanten Weidewirtschaft, wurden durch die Modellergebnisse zur Berechnung der Weidekapazität ergänzt.
Mitarbeiter H. Kirscht, A. Linstädter, G. Baumann, B. Kemmerling, A. Roth, A. Enders
Zielsetzung
In der Gemeinde Ighil N’Oumgoun, die weitgehend deckungsgleich mit dem hydrologischen Teileinzugsgebiet Ifre ist, wurden die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen natürlicher Wasserverfügbarkeit und anthropogen gestalteter Wasser- und Weidenutzung untersucht. Die dabei festgestellte Bandbreite aktueller Strategien der Landnutzung wurde dargestellt und wird derzeit für die
Nutzer des Informations-Systems LUD-HA aufbereitet. Hierbei zeigen sich deutliche Schnittstellen
und Synergieeffekte mit den Arbeiten in anderen PKs. Die PKs Ma-L.2, „Auswirkungen von
Landnutzungs-und Klimawandel auf die Resilienz und Regenerationsfähigkeit der Vegetation in
Südmarokko“ sowie Ma-G.2 „Wasser- und Weidenutzung im Spannungsfeld zwischen traditionellen Entscheidungsprozessen und staatlichen Institutionen“, liefern auch weiterhin wichtige inhaltliche oder methodische Beiträge zur vorliegenden Arbeit. Die Analyse der Techniken und Managementsysteme die, von der lokalen Bevölkerung entwickelt wurden, flossen als qualitative Informationen direkt in die Auswertungen des PKs und in die Konzeption des Informationssystems LUDHA ein. Darüber hinaus stehen Ergebnisse des stärker formalisierten Systems SAVANNA als Informationsebenen für LUD-HA zur Verfügung. Der Umgang der lokalen Bevölkerung mit den
knappen Ressourcen und die dabei implizit oder explizit verfolgten Strategien, bilden, neben der
Untersuchung der naturwissenschaftlichen Disziplinen, weiterhin die Ausgangsbasis für die durchgeführten Analysen.
Landnutzung
IMPETUS
275
Stand zur IS-Entwicklung
Die Entwicklung des aus einer Kombination von naturwissenschaftlichen und sozialwissenschaftlichen Systemanalysen bestehenden Informationssystems (IS) ist für die erste Version abgeschlossen.
Der dialogische Prozess mit institutionellen Vertretern in Marokko wurde fortgesetzt und erste erfolgreiche Anpassungen wurden vorgenommen. In weiteren Schritten sollen lokale Experten diese
Daten ergänzen und in einem Prozess mit lokalen Entscheidungsträgern nutzen. Diese können daraus Handlungsstrategien zur Optimierung der Ressourcennutzung entwickeln. Darüber hinaus werden Verfahren erstellt, das hierfür notwendige Wissen zu transferieren. Die Untersuchungen zur
Veränderung der Bevölkerungsstruktur die einen wichtigen Einfluss auf mögliche Strategien der
Landbevölkerung hat, wurden zu Beginn der Berichtsphase abgeschlossen.
Ethnologische Ergebnisse
Um Aussagen über Strategien der Bevölkerung aus den Bereichen Land- und Weidenutzung sowie
außerlandwirtschaftliche Einkommensgenerierung zu treffen kombiniert der PK Ma-L1 Daten aus
den Bereichen Sozio-ökonomie und Ökologie. Dabei werden die Ergebnisse verschiedener disziplinärer Erhebungen und Modelle zusammengefasst und gemeinsam mit den qualitativen Ergebnissen
der ethnologischen Untersuchungen zur Entwicklung des Informationssystems LUD-HA verwendet. Landwirtschaftliche Konzepte und lokale Entscheidungsfindung werden dabei in Relation zu
naturräumlichen, sozialen und demographischen Entwicklungen gesetzt. Auf Grundlage der gesammelten sozialwissenschaftlichen Daten werden Strategien der lokalen Bevölkerung in Nutzungsgrafiken dargestellt. Mit Hilfe des Moduls DemProj/SPECTRUM (Betreiber: Platt, vgl. Policy Project 1997), wurden demographische Variablen in unterschiedlichen Bevölkerungsprojektionen auf der kommunalen Ebene verarbeitet. Die zeitliche Auflösung bewegt sich in Ein-JahresSchritten zwischen 2004, in dem der derzeit aktuelle Zensus erhoben wurde, und dem Jahr 2020,
dem Projektionsziel der IMPETUS-Szenarien.
Das Pastorale Ökosystemmodell SAVANNA
Das pastorale Ökosystemmodell SAVANNA (Betreiber: Roth) ist ein flächenhaft explizites, prozessorientiertes Modell zur Ökosystemanalyse, das die Produktivität der Weideflächen und die
Auswirkungen von Weidewirtschaft und Klimaverlauf auf die Vegetation der natürlichen Ökosysteme im Drâa-Einzugsgebiet berechnet. SAVANNA wurde für Teilökosysteme parametrisiert und
kalibriert. Dieses Modell dient der Modellierung der Dynamik von Pflanzenpopulationen basierend
auf spezifischen Pflanzenverteilungsmustern (Habitatmustern), sowie der Modellierung ihrer Biomasseproduktion unter dem Einfluss von Beweidung und ihrer Funktion auf den Wasserhaushalt.
Modell BUFFER
Mit Hilfe des regelbasierten ökologisch-ökonomischen Modell BUFFER (Betreiber: Linstädter)
sollen die Auswirkungen von unterschiedlichen Beweidungsstrategien von Hirtennomaden auf
Weidegebiete im Drâa-Einzugsgebiet untersucht werden. Das Modell befindet sich nach einem
Wechsel des Bearbeiters noch in der Entwicklungsphase. Die Arbeit an Buffer ruhte seit März 2007
mit dem Ausscheiden von Oliver Jakoby aus IMPETUS und wird seit Anfang 2008 durch Romina
Landnutzung
IMPETUS
276
Drees fortgeführt. Da die Konzipierung des Modells zu Beginn 2007 weitgehend abgeschlossen
war, konnten in den vergangenen beiden Jahren Datenlücken identifiziert und entsprechende Nacherhebungen sowohl weideökologischer als auch ethnologischer Daten initiiert werden. Diese sind
inzwischen weitgehend abgeschlossen bzw. befinden sich in der Schlussauswertung (vgl. den Bericht zum PK Ma-L.2 und PK Ma-G.2) und stehen für eine Integration in BUFFER zur Verfügung.
Die Modelle und Ergebnisse wurden in Zusammenarbeit mit A. Enders (C2) in das Informationssystem LUD-HA integriert.
Ethnologische Untersuchungen der Landwirtschaft und Viehhaltung
In der zurückliegenden Projektphase wurden sowohl die Ergebnisse der Detailstudien im Assif Ait
Ahmend sowie die in der standardisierten Vergleichsstudie in 17, zur Commune Ighil Mgoun gehörenden Orten erhobenen Daten zur Situation der Landwirtschaft und zu Strategien der Krisenbewältigung, in das Informationssystem LUD-HA eingearbeitet. Es zeigt sich, dass die im Assif Ait Ahmed gesammelten Informationen zur Oasenlandwirtschaft prinzipiell auch auf die anderen Dörfer
des hydrologisch definierten Ifre-Teileinzugsgebietes angewendet werden können. Vor allem die
verwendeten lokalen Techniken in der Landwirtschaft und die Systeme der Verteilung von Wasser
weisen ähnliche Grundmuster auf.
Trotz der beobachteten relativen Homogenität in vielen Bereichen, gibt es wichtige Unterschiede,
die bei einer Darstellung von Landnutzungsstrategien berücksichtigt werden müssen. Diese betreffen unter anderem die bestehenden oder nicht bestehenden Allianzen zwischen den verschiedenen,
am gleichen Abflusssystem gelegenen Dörfern. Hier besteht prinzipiell die Möglichkeit der Absprache bei der Verteilung und Zuteilung von Bewässerungswasser, bei dem jede Gemeinde
Recht auf eine festgelegte Bewässerungszeit
hat, oder die Möglichkeit, dass der Oberlieger
seine Vorteile ausnutzt und das verfügbare
Wasser zur Bewässerung der eigenen Felder
verwendet.
Dass solche Beziehungen generell labil sind –
selbst dort wo langjährige Absprachen existieren - zeigt ein im Jahr 2008 akut gewordener
Konflikt zwischen dem oberen und unteren
Ameskar. Die beiden im Assif Ait Ahmed gelegenen Gemeinden, die durch ethnische und
verwandtschaftliche Beziehungen eng miteinander verbunden sind, gerieten wegen der Verteilung der Wassernutzung in Streit. Obwohl
Abb.: III.2.3-1: Regionen unterschiedlicher Wasserverfüg- die Wasserverteilung lange Zeit fest geregelt
barkeit im Ifre Untereinzugsgebiet
war, mit leichten Zeitvorteilen für den Oberlie-
Landnutzung
IMPETUS
277
ger, forderte das untere Ameskar mehr Wasser. Als Gründe wurden gestiegene Anbauflächen und
gewachsene Bevölkerung genannt. Durch eine Blockade des Marktzugangs für Bewohner des oberen Ameskar sollten die Forderungen durchgesetzt werden. Selbst die Intervention verschiedener
Schlichter und des Kaids als zuständigen Verwaltungsbeamten, konnten den Konflikt nicht beilegen. Im Moment ist er, was in der Vergangenheit ungewöhnlich für solche Streitfälle war, vor Gericht in der Provinzhauptstadt Ouarzazate anhängig. Hier zeigt sich die Schwierigkeit in der von
einer Pluralität der Rechtssysteme geprägten Gesellschaft eindeutig zuständige Institutionen für die
Konfliktschlichtung zu benennen (vgl. hierzu die Arbeiten im PK-MaG1).
Wie der Fall zeigt, stehen der relativen sozialen und kulturellen Homogenität nicht nur die innerhalb des Arbeitsgebietes verlaufenden "tribalen" Grenzen entgegen, auch innerethnische Differenzen können durchaus ein Kristallisationspunkt für Konflikte um Land- oder Wasserrechte sein. Die
Untersuchungen haben aber auch gezeigt, dass in ausreichend feuchten Jahren die bestehenden,
oder nicht bestehenden Allianzen wenig Bedeutung haben, da das verfügbare Wasser auch ohne
Regulierung ausreicht. Das gilt sowohl für Allianzen zwischen Dörfern, als auch für Absprachen
mit mobilen Teilen der Gesellschaft. Vor allem in Krisenjahren, mit geringen Niederschlägen, wenig verfügbaren Wasser und schlechten Weideressourcen, können fehlende Absprachen zu einer
Zunahme von Konflikten und zu einer geringeren Produktivität des Wirtschaftssystems führen (vgl.:
Ait Hamza 2002: 47ff). Die Ressourcensituation ist jedoch nicht in allen befragten Dörfern gleichermaßen problematisch. Generell lassen sich in Ifre Gebiet aufgrund der Befragungen vier Situationen der Wasserverfügbarkeit postulieren die sie aufgrund der natürlichen Verfügbarkeit von
Wasser für die Feldbewässerung sowie durch das sozial und politisch bedingte Management dieser
Ressource unterscheiden (siehe Abb. III.2.3-1).
Situation 1) Gute Verfügbarkeit von Wasser, Strategien der Bauern durch fehlende Feldflächen bestimmt. Hierzu zählen die am Oberlauf der größeren Flüsse (z.B. am Mgoun-Fluss) gelegenen Dörfer.
Situation 2) Mittlere Verfügbarkeit von Wasser. Dörfer häufig an einem Nebenfluss oder am Unterlauf der größeren Flüsse gelegen. Häufiger Allianzen zur Wasserverteilung. Ausweitung der Anbaufläche aufgrund fehlender Flächen und nicht immer ausreichendem Wasserangebot kaum möglich. Bisher wenige Konflikte mit Oberliegern.
Situation 3) Mittlere Verfügbarkeit von Wasser. Dörfer häufig am Unterlauf eines Nebenflusses
gelegen. Allianzen zur Wasserverteilung. Bisher einige Konflikte mit Oberliegern.
Landnutzung
IMPETUS
278
Situation 4) Schlechte Wasserverfügbarkeit. Lage auf einer Hochebene oder im Unterlauf der Bäche. Wenn keine Allianzen, oft Wasserkonflikte in Trockenjahren. Oft Flächen für potentiellen Anbau vorhanden, aber die Strategien der Landnutzung werden durch Wasserknappheit bestimmt. Zu
diesem Typus gehören die Orte auf der Hochebene von Tajougalt, wobei von der Wasserknappheit
vor allem die Unterlieger betroffen sind.
Abb.: III.2.3-2: wichtigsten Feldfrüchte in drei Gemeiden Abb.: III.2.3-3: Anbauzyklus ausgewählter Fedfrüchte in
des Arbeitsgebietes (aus LUD-HA)
drei Gemeinden des Arbeitsgebietes (aus
LUD-HA)
Neben der unterschiedlichen Wasserverfügbarkeit bestimmen die topographische Situation (z.B.
Höhe über N.N., Breite des Talbodens, Steilheit der Hänge etc.) sowie lokalklimatische Besonderheiten die in den jeweiligen Dörfern angebauten Produkte und die verwendeten Anbaustrategien. So
zeigt sich, dass in den höher gelegenen Orten Mais und Weizen in Ihrer Bedeutung gegenüber der
Gerste zurückfallen (siehe Abb: III.2.3-2). Der spät angebaute Mais kann hier oft nur als
Futterpflanze verwendet werden, da er bei ungünstigen Witterungsbedingungen nicht ausreift.
Wintergetreide wird seltener gesät und es werden andere Gemüsesorten bevorzugt (siehe Abb:
III.2.3-3). Generell ist in den topographisch und klimatisch ungünstiger gelegenen Dörfern die
Bedeutung der zweiten jährlichen Anbaufrucht geringer als in tiefer gelegenen Orten, da die
mögliche Anbauperiode verkürzt ist bzw. bei einer frühen Aussaat und einer späten Ernte Verluste
durch Schlechtwetterperioden drohen.
Landnutzung
IMPETUS
279
Da im Arbeitsgebiet der Anbau nur in den bewässerten Oasen möglich ist, die weniger als 5 Prozent
der Gesamtfläche des Gebietes ausmachen, wurde die Untersuchung der transhumanten Weidewirtschaft die als komplementäre Form der Landnutzung eine unterschiedliche Nische im Ökosystem
nutzt und damit eine den Anbau ergänzende Strategie der Existenzsicherung ermöglicht, weiter forciert. Neben der Kenntnis des Weidepotentials, das durch die Modellierung mit SAVANNA berechnet wird, sind es bewusste Strategien der Hirten, die die Beweidung, den Viehbestand und damit das wirtschaftliche Potential sowie die ökologischen Auswirkungen der Nutzung bestimmen.
Die Analysen der bei der berberophonen Gruppe der Ait Toumert durchgeführten Feldforschungen
von B. Kemmerling wurden mit einer Diplomarbeit abgeschlossen (Kemmerling 2008) In der Arbeit werden, vor dem Hintergrund des lokalen Wissens der Bevölkerung, Strategien der Ressourcennutzung unter variablen klimatischen, sozialen und ökonomischen Bedingungen untersucht. Ein
Schwerpunkt der Untersuchungen bildete der Bereich der Ethnobotanik, der vor allem für die Modellierungen der weideökologischen Arbeitsgruppe (Linstädter) sowie als Ausgangsbasis für die
Befragungen zum Indigenen Wissen der mobilen Bevölkerung wichtig ist. Details hierzu finden
sich in den Arbeitsberichten PK MaL2 und PK MaG2.
Die Interaktionen von Pastoralnomaden mit ihrer räumlich und zeitlich variablen Umwelt kann
durch einen dreistufigen Mechanismus beschreiben werden:
(1) Die Wahrnehmung der Verfügbarkeit
und Qualität der natürlichen Ressourcen
durch die Hirten
(2) Entscheidungsprozesse die zu einer
kontextabhängigen Nutzung und Verwaltung der natürlichen Ressourcen führen
(3) Den Einfluss den die Nutzungsentscheidungen auf Ressourcenverfügbarkeit und –
Qualität haben
Dabei wurde der ethnologische Fokus auf
die emische Perspektive der Akteure geAbb.: III.2.3-4: Weidegebiete der Ait Toumert und landwirt- richtet wobei das lokale Wissen das es Geschaftlich genutzte Flächen in der Gemeinde sellschaften ermöglicht mit der Variabilität
Ighil N’Oumgoun
der Umwelt zurecht zu kommen, im Vordergrund stand. Das lokale Umweltwissen ist ein Mittel die Kultur und die Management-Strategien
der Pastoralnomaden zu verstehen. Das lokale Wissen über die Variabilität des Klimas und der Futterpflanzen ist zusammen mit den sozialen Netzwerken der Hirten eine wichtige Voraussetzung für
ein erfolgreiches Weidemanagement. Pastoralnomadische Gruppen wie die Ait Toumert besitzen
Landnutzung
IMPETUS
280
ein umfangreiches Umweltwissen Wissen um die Risiken unzuverlässiger Niederschläge und den
sich ändernden Zugang zu Futterpflanzen zu minimieren. Von den mobilen Viehzüchtern der Ait
Toumert wird ein vertikaler transhumanzzyklus praktiziert der die Dorf-fernen Ressourcen nutzt.
Während der Sommermonate befinden die transhumant lebenen Familien in Awjgal, dem kollektive
Weidegebiet der Ait Toumert im Ighil Mgoun-Massiv. Die Zwischenweiden in Asselda und Imaun
nutzen die Ait Toumert im Frühjahr und im Herbst. Die Sommer- und Zwischenweiden werden
ausschließlich von den Ait Toumert genutzt. Zwischenstationen auf dem Weg zur entfernten Winterweide sind die nahe gelegnen Winterweiden am Fuß bzw. Abhang der Berge in Alatagh, Timassinine und Azweg. Der Winter wird im Dadès-Bassin verbracht, das in zwei Weidegebiete unterteilt
ist: Imlil im Norden des Flusses Dadès und Saghro im Süden des Flusses, von wo es bis zu den
Hängen des Jebel Saghro reicht. Diese beiden Weidegebiete werden hier als “entfernte Winterweiden” bezeichnet (vgl. Abb.: III.2.3-4). Die Winterweiden werden mit den benachbarten Fraktionen
der Ait Zkri (im Westen) und der Ait Mgoun (im Osten) sowie anderen Gruppen aus dem Süden
geteilt. Während des Winters können die drei Gruppen beliebige Weidegebiete nutzen, allerdings
besteht die Tendenz, möglichst nahe bei den Sommerweiden zu verbleiben.
Eine wichtige Institution bei der kollektiven Landnutzung ist der agdal. Während des agdals werden
die hochgelegenen Sommerweiden für die Beweidung durch mobile Gruppen gesperrt, er ist also
ein „Instrument“ um Futterpflanzen während der beginnenden Vegetationsperiode zu schützen. Eine lokale Versammlung der Nutzergruppen entscheidet über das Schließen und das Öffnen des agdal. Im Weidegebiet der Ait Toumert, entspricht der agdal dem Sommerweidegebiet Awjgal.
Die Befragungen zu den Transhumanzzyklen
in den verschiedenen Jahren haben signifikante Abweichungen vom oben beschriebenen normativen Mobilitätsmuster ergeben.
Vor allen während der Wintermonate Oktober bis März weichen die tatsächlichen Aufenthaltsorte stark von den normativ genannten ab. Die Variationen hängen eng zusammen mit den Weidezuständen in den einzelnen Jahren wobei die Bewertungen der 16
Informanten nur eine reduzierte Korrelation
mit den von IMPETUS erhobenen meteorologischen Daten ergeben. Eine Erklärung
dafür ist sicherlich die verzerrte Erinnerung
an zurückliegende Jahre – je weiter zurück,
Abb. III.2.3-5:: Mobilitätsentscheidungen im Winterfür die desto vager die Aussagen – aber auch, dass
Jahre zwischen 2001/2002 und 2006/2007
nicht nur Klima bzw. Niederschläge die
Wahrnehmung eines Jahres bestimmen sondern auch soziale Faktoren. Die Mobilitätsmuster sind dementsprechend nur lose mit den Niederschlägen gekoppelt. Neben der Futterpflanzenverfügbarkeit und -qualität sowie deren räumlicher
Verteilung sind sozio-ökonomische Faktoren wie Wohlstand, Familienbeziehungen und andere
Netzwerkbeziehungen ebenso wichtige Kriterien für die Mobilitätsentscheidungen. Obwohl die
Nomaden generell im Winter die nahen oder fernen Winterweiden aufsuchen blieben in den letzten
Landnutzung
IMPETUS
281
Jahren fast 24% auf den Zwischen- oder Sommerweiden (vgl.: Abb. III.2.3-5). Dagegen ziehen alle
Nomaden auf die hochgelegenen Sommerweiden sobald der agdal im May geöffnet wird. In der
Regel bleiben sie dort bis September. Auch die Zwischenweiden werden in der Regel von allem
Nomaden im Frühjahr und Herbst aufgesucht.
Die pastoralnomadische Praxis des Weidemanagements ist das Resultat komplexer Entscheidungsprozesse die unter Einbeziehung lokalen Wissens über Pflanzenverfügbarkeit, klimatischer Variabilität und den sozialen Verhältnisse der Gesellschaft zunächst individuelle Managementstrategien
ermöglichen. Im gesellschaftlichen Kontext ergibt sich jedoch ein Set von Handlungsmöglichkeiten
aus dem sich die individuellen Akteure bedienen Für und bedeutet das, dass die Untersuchung der
Rolle des lokalen Wissens zu einem funktionalen Verständnis der Resilienzmechanismen eines
komplexen Managementsystems beitragen kann
Die von ethnologischer Seite regional ausgeweiteten Befragungen zur Situation der Landwirtschaft
und Viehzucht sowie zu den Strategien der Krisenbewältigung bestätigten, dass die im Assif Ait
Ahmed und im Ifre-Einzugsgebiet gesammelten Informationen zur Oasenlandwirtschaft prinzipiell
auch auf die anderen Dörfer im Hohen Atlas angewendet werden können. Das betrifft sowohl die
gesellschaftliche und politische Struktur der Gemeinden, als auch die verwendeten lokalen Techniken in Landwirtschaft und Viehzucht. Lediglich die Bedeutung der einzelnen Problemfelder variiert zwischen den einzelnen Gemeinden und Nutzergruppen.
Landnutzung
IMPETUS
282
Die zu erwartete demographische Entwicklung kann auf die Entstehung eines Konfliktpotentials, auf
mittlere und längere Sicht, verstärkend wirken. Die bereits in der vergangenen Projektphase von S.
Platt mit dem Modell SPECTRUM/DemProj vorgenommenen Bevölkerungsprojektionen, die quantitative Daten z.B. bezüglich Migration, Fertilität, Mortalität, Altersstruktur und Urbanisierung berücksichtigen, gehen von einem Anstieg der Bevölkerung aus. Im Untersuchungsgebiet gab es zwischen
Abb. III.2.3-6: Projektion der Bevölkerungsentwicklung der Kommune Ighil N’Oumgoun für die Jahre 2010, 2015 und 2020
1994 und 2004 lediglich ein geringes Bevölkerungswachstum. Dieses war in der zurückliegenden Dekade in urbanen Gegenden (durchschnittlich 3,1%) deutlich höher als in ruralen Gebieten (durchschnittlich 0,8%). Die die Bevölkerungszunahme der Kommune Ighil N’Oumgoun lag mit 0,8%
Wachstum p.a. genau im Durchschnitt dieser Entwicklung. Als Ursachen für diese uneinheitliche Entwicklung gelten neben einer sinkenden Fertilitätsrate von 5,45 Kindern 1994 auf 4,26 Kinder 2004,
längere Geburtsintervalle, späteres Erstheiratsalter und eine immer noch hohe Kinder- und Müttersterblichkeit vor allem die Migration (vgl. Direction de la Statistique 1995, Haut Commisariat au Plan
2005). Der signifikanteste demographische Wandel wird in den nächsten Dekaden die Struktur der
Bevölkerungszusammensetzung betreffen. Ausgehend vom Jahr 2004 wurden Projektionen der Bevölkerungsentwicklung für die Kommune Ighil N’Oumgoun erstellt (siehe Abb.: III.2.3-6). Im Ausgangsjahr hat die Bevölkerungspyramide noch einen breiten, jungen Socke und eine regelmäßige
Struktur. Die Projektionen, denen ein Status quo Szenario zugrunde liegt, zeigen für die Jahre 2010,
2015 und 2020 eine weiterhin breite Junge Basis an, der Anteil der jugendlichen und jungen Erwachsenen nimmt jedoch relativ zur Gesamtbevölkerungsentwicklung ab. Die ins Szenario eingeflossene
Migrationsrate wurde bei den Projektionen sehr konservativ und für beide Geschlechter gleich angesetzt. Steigt die Migration junger Männer in Zukunft weiterhin an, wird sich der beschriebene Trend
bei der Bevölkerungsentwicklung verstärken und zu einer Ungleichgewichtung der weiblichen und
männlichen Hälften der Pyramiden führen.
Neben einer hohen Urbanisierungs- und Migrationstendenz lässt sich eine nur langsam fallende Fertiliät und eine immer noch hohe Mortalität und Morbidität feststellen. Bei den auf Kommuneebene
durchgeführten Projektionen für das Jahr 2020 ergeben selbst Interventionen mit extremen Annahmen
(z.B. eine überproportional steigende oder fallende Fertilitätsrate) keine signifikanten Veränderungen
in der Bevölkerungsentwicklung bis 2020. Lediglich eine Veränderung der angenommenen Migration
kann deutlich sichtbare Modifikationen in der Bevölkerungsentwicklung verursachen. Allgemein sind
signifikante demographische Veränderungen erst bei längerfristigen Projektionen zu erwarten, da demographische Prozesse generell nur langsam auf Veränderungen der Ausgangsparameter reagieren.
Landnutzung
IMPETUS
283
SAVANNA - Modellierung der Biomassedynamik unter Einfluss der Weidewirtschaft
Mit dem von A. Roth im Teilprojekt B3 betriebenen SAVANNA Ökosystemmodell (nach Coughenour 1991) wurde die im Folgenden dargestellte Entwicklung der Vegetationsstruktur berechnet,
welche Aussagen über die Produktivität der Weideflächen und die Auswirkungen von Weidewirtschaft und Klimaverlauf auf die Vegetation der natürlichen Ökosysteme im Drâa Einzugsgebiet
ermöglicht . Die während der ersten Modellorientierten Forschungsphasen von IMPETUS erhobenen Daten über Vegetationsentwicklung und –Struktur sowie ihr Einfluss auf den hydrologischen
Kreislauf bildeten die Grundlage für die vorliegenden Modellierungen. Die beschriebenen
SAVANNA-Resultate geben dabei ein und dasselbe Szenario für das gesamte Drâatal wieder. Das
Ziel der Arbeiten liegt in der Bestimmung des Einflusses der Weidewirtschaft auf die Vegetationsbedeckung. Es wurde bestimmt, wie und in welchem Umfang die unterschiedlichen Vegetationseinheiten unter dem zugrunde liegenden Klima-Szenario auf den Gebietswasserhaushalt rückwirken. Für das ausgewählte Klimaszenario wurden für den Zeithorizont 2051 Modellläufe durchgeführt, um die zukünftige Biomassedynamik unter Szenarienbedingungen abzuschätzen.
Für den PK Mal1 und das daraus entwickelte Informationssystem LUD-Ha wurde die Region des
Untereinzugsgebietes Ifre sowie die zum Transhumanzgebiet der Ait Toumert gehörenden Weidegebiete hervorgehoben und vergrößert dargestellt. Die Ergebnisse repräsentieren das IPCC A1B
Klimaszenario unter konstanten Weideintensitäten. Diese Weideintensität wurde für das gesamte
Daâa-Einzugsgebiet von insgesamt ca. 32.000 km² auf 200.000 Schafe und Ziegen von sesshaften
Viehaltern, sowie 400.000 Schafe und Ziegen von mobilen Viehaltern festgesetzt, was eine Bestockungsdichte von 0,05 Tieren pro km² entspricht. Darüber hinaus wurden 10.000 Dromedare als
zusätzliche Weidetiere, die ausschließlich im südlichen Einzugsgebiet verteilt wurden, in die Berechnungen aufgenommen. Die Zeitreihe der SAVANNA-Berechnungen reicht von 2001 bis 2051
wovon lediglich die Jahre 2003, 2007, 2012, 2017, 2022, 2027, 2032, 2037, 2042 and 2047 für die
Verwendung und Repräsentation im Informationssystem aufbereitet wurden.
Die im Informationssystem dargestellten Grafiken (siehe Abb. III.2.3-7 und III.2.3-8) geben die
Biomasseentwicklung als „Aboveground Net Primary Production (ANPP) (siehe Abb. III.2.3-7)
des Forschungsgebietes an. Die Entnahme dieser Biomasse durch die Weidetiere wird in den Tabellen als OfftakeallSSP (siehe Abb. III.2.3-8) bezeichnet.
Jeder Pixel der Grafiken entspricht einer Ausdehnung von einem mal einem Kilometer, bedeckt also
die Fläche von 1 km². Die durch Farbkodierungen dargestellten Werte entsprechen der Trockenmasse der Pflanzen in Kilogramm pro Hektar. Die Pflanzenproduktion wurde auf zwei funktionale
Einheiten von Pflanzen aufgeteilt. Es wurden die „Plant Functional Types“ (PFT) Gras
(ANPP_Grass) und Sträucher (ANPP_Shrub) unterschieden. Bäume wurden wegen der geringen
Bedeckung im Arbeitsgebiet nicht berücksichtigt. Zusätzlich wurde die Biomasseproduktion aller
„Plant Functional Types“ (ANPPall) berechnet und graphisch dargestellt.
Landnutzung
IMPETUS
284
Ergebnisse
Die Biomasseproduktion und –Entnahme wurde auf monatlicher Basis für die vier Unterklassen:
ANPP_Grass; Aboveground primary production für den Plant Functional Type (PFT) Gräser;
ANPP_shrub; Aboveground primary production for the PFT Sträucher und ANPP_all als kumulierter Wert für alles Subspezies, als auch für die Entnahme der Biomasse durch alle Tiere (OfftakeallSSP ) berechnet.
Das erste Jahr der Berechnungen (2001) der „Aboveground net Primary Production (ANPP) der
Gräser ergab durchschnittliche Monatswerte zwischen 250 und 275 kg ha-1 für das gesamte Arbeitsgebiet. Besonders im Hohen Atlas und dem westlichen Teil des Arbeitsgebiets waren die Werte
sehr hoch. Diese Modellergebnisse müssen aus umweltbedingten Gründen als zu hoch angesehen
werden. Die ausgangswerte wurden deshalb bei der Parametrisierung des Modells niedriger angesetzt. Ein Vergleich mit den Modellergebnissen der folgenden Jahre ergab deutlich niedrigere Werte
bei einer sehr hohen
Variabilität.
Die
normalisierten Werte
liegen in den Folgejahren zwischen realistischeren 25 kg ha1
und 275 kg ha-1 für
Gräser. Die grauen
Farben in den Graphiken zeigen aber,
dass weite Bereiche
des Untersuchungsgebietes eine Grasproduktion von unter
25 kg ha-1 aufweisen. Auch hier liegen
die
produktivsten
Gebiete im Hohen
Atlas, dem westlichen Teil des Beckens von OuarzazaAbb. III.2.3-7: Primärproduktion an Gräsern für die Monate Februar, Juni und Oktober
des Jahres 2012 (SAVANNA Berechnungen A. Roth)
te und westlich des
Drâas.
Landnutzung
IMPETUS
285
Die Berechnungen der Jahre zwischen 2021 und 2024 weisen das westliche Ouarzazate-Becken und
den Anti-Atlas als Regionen mit der ergiebigsten Biomasseproduktion aus, während das verbleibende Gebiet in Durchschnitt weniger als 25 kg ha-1 produziert. Die Vorschauen zeigen sogar für
den Hohen Atlas eine abnehmende Biomassenproduktion. Die Tendenz der geringer werdenden
Biomasseproduktion setzt sich, gestützt auf die Vorgaben des IPCC A1B Klimaszenarios, weiter
fort. Nach den Berechnungen liefern lediglich einige „hot spots“ der Vegetationsentwicklung ausreichend Futter für die Tiere.
Die „Aboveground net Primary Production der Sträucher (ANPP_ shrub) wurde mit Werten zwischen 50 und 550 kg ha-1 errechnet. Hier ist die Variabilität der Biomasseproduktion deutlich geringer als bei den Gräsern. Die Biomasseproduktion der Sträucher steigt und fällt zwar im Verlauf
der Jahre, allerdings ist die Tendenz stärker vom Weidedruck nahe der Brunnen geprägt. Vor allem
im Süden beeinflusst die intensive Beweidung in der Umgebung der Brunnen die Vegetationsentwicklung erheblich (Siehe kreisförmige Signaturen im südlichen Teil des Arbeitsgebietes in Abb
x2). Generell wird aber eine gleichmäßigere Entwicklung der Sträucher im Vergleich zu den Gräsern errechnet.
Die letzten drei Jahre der Simulation ergeben einen deutlich abnehmenden Trend in der Biomasseproduktion die sich jetzt auch
im westlichen OuarzazateBecken stärker auf Kreisförmige hot spots konzentriert.
Diese Entwicklung zeigt sich
auch auf den Grafiken mit
kumulierten
Rechnungen
aller PFT, wo in den späten
Jahren der Simulation ebenfalls
kreisförmige
Muster
sichtbar werden und zwar in
sämtlichen Teilregionen des
Drâa-Einzugsgebiets.
Die Berechnungen der Biomasseentnahme
(Offta-
keallSSP) zeigen zunächst
Abb. III.2.3-8: Gesamtbiomasseverbrauch von allen Tieren für die Monate
Februar, Juni und Oktober des Jahres 2012 (SAVANNA
Berechnungen A. Roth)
ein recht einheitliches Bild.
Lediglich im Becken von
Ouarzazate
entstehen
im
Zeitraum der Analyse, Gebie-
Landnutzung
IMPETUS
286
te mit besonders hoher Beweidung und den größten Biomasseentnahmen des gesamten Arbeitsgebietes.
Generell ist die Biomasseproduktion und –Entnahme räumlich und zeitlich ungleich verteilt. Während im Ouarzazate-Becken ca 276 kg ha-1 an Biomasse produziert werden (2002) sind es in den
Beweidungs-hot-spots im Süden lediglich zwischen 75 kg ha-1 und 150 kg ha-1 Biomasse. Nach
2032/37 kommt es entsprechen der den Modellierungen zugrunde liegenden Daten zu einer Zunahme der Gesamtniederschläge und dementsprechend zu einer steigenden Gesamtbiomasseproduktion; eine Tendenz die bis zum Ende des Berechnungszeitraums 2051 anhält.
Möglichkeiten der Landnutzung unter den gegebenen Szenarienbedingungen
Die Simulationen zeigen, dass es Änderungen in der Vegetationszusammensetzung geben wird,
wenn die Bevölkerung weiterhin an einer hohen Viehzahl sowie der Sammlung von holzartigen
Sträuchern als Brennstoff festhält. Viele Straucharten werden sich, trotz Beweidung, expansiv auf
Gebiete ausbreiten, die bisher von Nischenbepflanzungen, der vor allem zur oro-mediterranen Vegetationsgruppe gehörenden Spezialisten, besetzt sind. Darüber hinaus wird sich das gleichmäßige
Muster vieler Steppengebiete auf andere Bereiche, vor allem in topographisch höheren Lagen ausweiten. Daraus resultiert eine sinkende Nahrungsvielfalt für die Tiere. Diese müssen auf andere
Gebiete ausweichen, um die benötigte Energie zu erhalten.
Zusammenarbeit mit anderen Institutionen
Im zurückliegenden Jahr wurden vor allem die Kontakte zum Biodiversitätsprojekt „Projet pour la
Conservation de la Biodiversité par la Transhumance dans le Versant Sud du Haut Atlas“ (CBTHA)
und zum Partnerprojekt BIOTA-Maroc, ausgebaut. Im März wurde die Arbeit des Problemkomplexes und eine erste Arbeitsversion des daraus hervorgegangenen Informationssystems LUD-HA sowie das Konzept des „Informationssystems Institutionelle Interdependenzen“ (ISII) (Siehe auch
Bericht des PK Ma-G2) bei einer Sitzung des Comité de Pilotage in Ouarzazaze vorgestellt (siehe
auch Arbeitsbericht des Comité) und mit den anwesenden Stakeholdern und Entscheidungsfindern
diskutiert. Die Anregungen sind in die Weiterentwicklung des Systems eingeflossen. Am 11. und
12. März 2008 wurde gemeinsam mit A. Enders das IMPETUS Framework in Ouarzazate marokkanischen Kollegen vorgestellt und vorläufige Versionen der IS und SDSS diskutiert. Gemeinsam
von IMPETUS, der CBTHA und BIOTA Maroc organisiert fanden im Anschluss mehrere Arbeitstreffen mit Vertretern der genannten Institutionen statt in denen das System LUD-HA weiter entwickelt wurde. Es gab vor allem für die marokanischen Techniker die Möglichkeit eine erste Versionen des bereits in das Framework integrierten Informationssystems LUD-HA kennen zu lernen und
selbständig Manipulationen an der Datenbasis als Voraussetzung für die spätere Erweiterung des
Systems vorzunehmen.
Landnutzung
IMPETUS
287
Auf der GLOWA Statuskonferenz wurde eine stabile Version des Informationssystem LUD-HA am
Informationsstand vorgestellt. Die Präsentation ermöglichte es erste Erfahrungen mit nicht oder
wenig geschulten Nutzern zu sammeln und damit die Stringenz der Abfragesyntax zu verbessern.
Im August und im Oktober wurden bei mehreren Treffen mit dem Leiter der „CBTHA“ die Weiterentwicklungs eines Entwurfs für eine „Axes de partenariat“ zwischen IMPETUS, BIOTA Maroc
und der CBTHA diskutiert, in dem die weitergehende Zusammenarbeit im Bereich der Weidewirtschaftsuntersuchungen dargestellt wird. Darüber hinaus kam es zu weiteren Arbeitstreffen mit Mitarbeitern die in erster Linie dem Kennen lernen und der Verbesserung des Informationssystems und
den zukünftigen gemeinsamen Arbeiten zum Ressourcenmanagement im Untersuchungsgebiet,
zwischen Hohem Atlas und Saghro dienten. Für das Frühjahr 2009 ist ein weiterer Workshop geplant, mit dem Ziel, die Teilnehmer dabei zu unterstützen, eigene Forschungsergebnisse in das ISLUDHA einzupflegen und das von IMPETUS verwendete Frameworks besser verstehen und die
Aussagekraft der Ergebnisse bewerten zu können.
Literatur
Ait Hamza, Mohammed (2002): Etude sur les Institutions Locales dans le Versant Sud du Haut Atlas. Projet CBTHA,
Ouarzazate
El Alaoui, Mohammed (2003): Etude sur le Statut Jurisdique des Terres Collectives au Maroc et les Institutions Coutumières et Locales dans les Versant Sud du Haut Atlas. Projet CBTHA, Ouarzazate
Gresens, Frank (2006): Untersuchungen zum Wasserhaushalt ausgewählter Pflanzenarten im Drâa-Tal – Südost Marokko. Bonner Agrikulturchemische Reihe, Band 26. Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Bonn.
Haut Commisariat au Plan (2005): Recensement Général de la Population et de l'Habitat 2004. Rabat.
Kemmerling (2008): Sustainable Range Management: Local Strategies of a Pastoral-Nomadic Group in the High Atlas
Mountains, Morocco. Unpublished Diploma Thesis, Geographisches Institut der Universität zu Köln.
Kraus, Wolfgang (1991) Die Ayt Hdiddu. Wirtschaft und Gesellschaft im Zentralen Hohen Atlas. Veröffentlichungen
der Ethnologischen Kommission, Band 7; Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien.
Policy Project and the Future Group International (1997): SPECTRUM. Policy Modelling System. Washington.
Roth A. (2007) : Modelling vegetation dynamics under pastoral conditions in a water limited ecosystem in south-eastern
Morocco. Continental Biosphere Conference Paris. August 2007.p 45
Landnutzung
IMPETUS
288
PK Ma-L.2 Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf die Resilienz und Regenerationsfähigkeit der Vegetation in Südmarokko
Lokale Hirten als interessierte Beobachter des Experiments zur Bestimmung der realen Nettoprimärproduktion und der
pflanzlichen „Rain Use Efficiency“ (RUE) auf den Weidegebieten des Hohen Atlas. Photo G. Baumann.
Problemstellung
Die Vegetation und ihre raum-zeitlichen Muster stehen im Zentrum dieses Problemkomplexes. Gerade in Trockengebieten steuert die Pflanzendecke im erheblichen Maße die Verteilung des Niederschlagswassers. In Abhängigkeit von der Dichte und Struktur der Pflanzen versickert entweder ein
großer Teil des Wassers im Boden, oder es fließt oberflächlich ab. Ist die Pflanzendecke sehr schütter, können oberflächlich abfließende Regenfälle zur Bodenerosion führen. Weiterhin steuern die
Pflanzen die Wasserverteilung ganz direkt über ihren Wasserverbrauch, der von der Menge der
transpirierenden Biomasse abhängt.
Andererseits stellt die Vegetation selbst in den semiariden und ariden Gebieten Marokkos – neben
den Ressourcen „Wasser“ und „Boden“ – eine zentrale natürliche Ressource dar: Sie ist Weide für
Nutztiere wie Ziegen, Schafe und Dromedare. Ihr Zustand und ihre raumzeitlichen Muster werden
nicht allein durch die hochvariable Umwelt und langfristige Prozesse wie den Klimawandel beeinflusst. Vielmehr spiegelt ihr aktueller Zustand auch die Nutzungsgeschichte eines Gebietes sowie
den aktuellen Nutzungsdruck in Abhängigkeit von individuellen oder kollektiven Entscheidungen
der Hirten wider. Nur ein grundlegendes Verständnis dieser vielfältigen Wechselwirkungen bietet
die Möglichkeit zu verstehen, was unter solchen Bedingungen ein nachhaltiges Weidemanagement
ausmacht. Weil die Dynamiken der natürlichen Ressourcen eng aneinander gekoppelt sind, leistet
ein nachhaltiges Management der Ressource „Weide“ auch einen wichtigen Beitrag zum Bodenund Wasserschutz.
Landnutzung
IMPETUS
289
Mitarbeiter
A. Linstädter, P. Fritzsche, A. Roth, G. Baumann, R. Drees, K. Born
Zielsetzung
Kerndisziplin dieses PK ist die Weideökologie. Ihr wesentliches Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis der in der Problemstellung genannten Wechselwirkungen zu gewinnen. Sie muss mit Hilfe
geeigneter Instrumentarien die Folgen der menschlichen Nutzung analysieren und fundierte Beurteilungen ableiten. Diese können in Handlungsempfehlungen und in ein Entscheidungsfindungssystem
zu ökologisch verträglichen Nutzungsstrategien umgesetzt werden.
Methodik
Da Niederschlagsschwankungen und Nutzung ähnliche Vegetationsdynamiken bewirken können,
ist die methodische Trennung dieser beiden Einflussgrößen in einem ariden Weidegebiet essentiell.
Sie geschieht über den Vergleich der kurz- bis mittelfristigen Dynamiken auf Flächen mit bzw. ohne Beweidung. Hier kann inzwischen auf einen sechsjährigen experimentellen Beweidungsausschluss zurückgegriffen werden, der Schlüsselinformationen zur Resilienz der Vegetation liefert.
Dabei lassen sich Indikatoren für Degradations- und Regenerationsprozesse auf verschiedenen hierarchischen Ebenen (Pflanzenindividuum, Population, Art) und in Bezug auf einen nutzungsspezifischen Referenzzustand identifizieren.
Die Resilienz (im Sinne von Elastizität) und Erholungsfähigkeit der Vegetation im DrâaEinzugsgebiet wird mit weideökologischen Methoden beurteilt. Schwerpunkte liegen auf der Hierarchie-Ebene der Arten sowie auf der Ebene der spezifischen Schädigung von Pflanzenindividuen
durch Beweidung. Eine weitere Datenlücke stellt die – v.a. nutzungsabhängige – Umsetzung der
Niederschläge in pflanzliche Biomasse dar. Für alle drei Modelle, die für die Beantwortung der
Kernfragen des Problemkomplexes Ma-L.2 entwickelt wurden (SAVANNA; zu Ergebnissen siehe
den Bericht zum PK Ma-L.1) bzw. noch werden (MOVEG-DRÂA und BUFFER), sind verlässliche
Daten mit Bezug zum analysierten Weidesystem von großer Relevanz. Daher werden Daten zur
Beziehung zwischen Niederschlag und Nettoprimärproduktion erhoben.
Stand der Arbeiten
Im Berichtsjahr 2008 sind die weideökologischen Arbeiten dem Zeitplan entsprechend abgeschlossen worden. Die Experimente und Datenerhebungen konzentrierten sich auf die Fallstudie „Weidegebiete der Ait Tourmert“, die sich von der M’Goun-Region über die Hochebene von Asselda bis in
das Becken von Ouarzazate erstreckt und durch vier der IMPETUS-Testsites (Trab Labied, Taoujgalt, Ameskar und Tizi n’Tounza) repräsentiert wird.
Landnutzung
IMPETUS
290
Pflanzenfunktionstypen als Indikatoren für Weidequalität und Resilienz
Im Rahmen des PK Ma-L.2 werden weideökologische Indikatoren für den Landnutzung in der Region Hoher Atlas identifiziert. Eine Methode hierzu ist die Bestimmung von Plant Functional Types
(PFTs), genauer Response Groups, die sich je nach Intensität der Beweidung aus veränderlichen
Arten bzw. Pflanzenmerkmalen zusammensetzen. Um PFTs speziell für die Weidegebiete der Ait
Toumert und die Region Hoher Atlas zu bestimmen, wurde im Jahr 2007 eine Datenbank mit 17 für
Beweidung relevanten Merkmalen von 68 prägenden Pflanzenarten der Region erstellt (siehe Zwischenbericht 2007). Diese Informationen sind seit 2008 über das Informationssystem PLANT abrufbar und werden in dieser Form an die Partnerorganisationen in Marokko weitergegeben. Weiterhin wurden aus den in der Datenbank zur Verfügung stehenden Merkmalen mithilfe von multivariater Statistik vorläufige Response Groups mit spezifischen Eigenschaften für jeden Weidetyp generiert.
Im vergangenen Jahr 2008 wurde der Erfolg der so erstellten Response Groups entlang von Weidegradienten in Trab Labied (TRB), Taoujgalt (TAO), Ameskar (IMS) und Tizi n’Tounza (TZT) ge-
Abb. Ma-L.2.1: Schema zur Verteilung von Response Groups entlang eines Weidegradienten. Group 1 bezeichnet eine typische „Decreaser Species“, die unter Beweidung in seiner Abundanz abnimmt, z.B. ausdauernde Gräser (z.B. Stipa parviflora); Group 3 profitiert als „Increaser Species“ oder Weideunkraut von Be
Abb. III.2.3-9: Beweidung (z.B. annuelle Arten oder Peganum harmala). Group 2 zeigt ein intermediäres Verhalten (Quelle: Entwurf G. Baumann).
testet. Ein Weidegradient bezeichnet auf jeder der vier Höhenstufen vier Lokalitäten unter verschieden intensiver Beweidung, die jedoch in allen weiteren Umweltparametern so wenig wie möglich
differieren. Die Lokalitäten wurden im Herbst 2007 bei einer Begehung sowohl aufgrund eigener
Erfahrungen als auch aufgrund von Gesprächen mit der lokalen Bevölkerung ausgewählt. Stufe 1
stellt in jedem Fall die IMPETUS-Weideausschlussfläche um die Klimastationen dar. Stufe 4 war in
der Regel der Ort in der Nähe einer IMPETUS- Klimastation, der sich durch sehr intensive Weidenutzung auszeichnete, z.B. in der Nähe von Dörfern oder das direkte Umfeld von aktuell genutzten
Nomadenhöhlen.
Landnutzung
IMPETUS
291
Abb. III.2.3-10: Mittlere Vegetationsbedeckung pro Höhenstufe und Nutzungsintensität (n jeweils = 8; Stufe
1: seit sechs Jahren ungenutzt, Stufe 4: stark genutzt). Mit zunehmender Höhe über NN werden die Unterschiede in der Deckung zwischen sechs Jahre ungenutzten und sehr stark genutzten Flächen kleiner, der Gradient immer unschärfer. Für eine genaue Abgrenzung der
Nutzungs-Stufen ist der Deckungsgrad jedoch ein schlechtes Maß, hier wird die Analyse zur
Abundanz von Response Groups bessere Daten liefern (Quelle: Daten und Auswertung G.
Baumann).
Der Erfolg bzw. die Abundanz bestimmter Response Groups wurde von März bis Juni 2008 mithilfe von Vegetationsaufnahmen erhoben. Für jede Stufe eines Weidegradienten wurden acht 5 x 5 m
Flächen betrachtet, die Pflanzenbedeckung pro Art geschätzt, Umweltparameter notiert und Oberbodenproben genommen.
Desweiteren wurden je 16 weitere Flächen im Weidegebiet Imlil und auf der Hochebene von Asselda aufgenommen, um auch die Winter- und Zwischenweidegebiete (Aufenthaltsort der Herden im
Frühjahr und Herbst) der Ait Toumert mithilfe von Plant Functional Types für das Modell BUFFER
charakterisieren zu können. Insgesamt wurden 176 Vegetationsaufnahmen durchgeführt. An der
entsprechenden Anzahl Oberboden-Mischproben wurden physikalische und chemische Bodenparameter bestimmt, um abiotische Standortunterschiede zwischen den Stufen eines Weidegradienten
quantifizieren zu können. In Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt B2 (Wasserverfügbarkeit und
Bodendegradation) wurden im bodenkundlichen Labor der Universität Bonn Bodentextur, Salinität
und pH-Wert bestimmt. Die Analysen des organischen Kohlenstoffs und des Stickstoffs erfolgten
im Labor des Instituts für Pflanzenernährung (Universität Bonn). Sowohl die Vegetations- als auch
die Bodendaten sind bereits in Form einer Datenbank verfügbar. Abschließend wird 2009 die Bearbeitung und statistische Auswertung der vorliegenden Werte erfolgen, um Indikator-Arten bzw.
Indikator-Merkmale für bestimmte Nutzungsstufen zu extrahieren.
Landnutzung
IMPETUS
292
Beziehung zwischen Niederschlag und pflanzlicher Biomasse
Zur Bestimmung der realen Nettoprimärproduktion und der Rain Use Efficiency (RUE) wurden im
Jahr 2007 an den Standorten TRB, TAO, IMS und TZT Käfigexperimente aufgebaut. Dabei wird
folgenden Forschungsfragen nachgegangen: (i) Wie groß ist die tatsächliche Nettoprimärproduktion
der Vegetation auf den vier Höhenstufen und kann man einen Korrekturfaktor zwischen per Satellit
gemessener und tatsächlicher Produktion angeben? (ii) Gibt es Hinweise auf einen Erholungseffekt
der Vegetation, d.h. gesteigerte Produktivität bei Schonung?
Im Berichtsjahr 2008 konnte die Feldforschung zu diesen Experimenten beendet werden. Im Frühjahr 2008 wurden die Flächen TRB und TAO von Julian Brenner (Diplomand, Botanisches Institut
der Universität zu Köln) abschließend bearbeitet. Im Herbst 2008 folgten die Flächen IMS und TZT
im Hochgebirge. Auf jeder Höhenstufe wurden zehn langjährig geschonte (Exclosures von
Abb. III.2.3-11: Mittlere oberirdische Nettoprimärproduktion (ANPP) in Taoujgalt (TAO) für die Vegetationsperiode 2007/2008. LTE Long term exclosure (6 Jahre geschont, IMPETUS Weideausschlussfläche); STE Short term exclosure (eine Vegetationsperiode geschont, Käfige); Grazed normal
beweidete Kontrollflächen. Zu erkennen ist der große Anteil der Sträucher (CH) an der Gesamtproduktion, Annuelle (T) und ausdauernde Kräuter und Gräser (H) stellen nur einen geringen Anteil. In TAO ist weiterhin ein Netto-Austrag von strauchiger Biomasse (CH) auf den
normal beweideten Standorten festzustellen, während die geschonten Flächen großen Zuwachs aufweisen. Die Werte zeigen eine große Standardabweichung, da die ANPP einer Testfläche nicht nur vom Nutzungsgradienten, sondern auch noch von weiteren Standortfaktoren,
insbesondere Bodenverhältnissen abhängt. (Quelle: Daten und Auswertung J. Brenner).
IMPETUS / Biota Maroc, ca. sechs Jahre), zehn kurze Zeit geschonte (Käfig für eine Vegetationsperiode) und zehn normal beweidete Flächen ausgewertet. Hierfür wurden die Pflanzenindividuen
vermessen, geerntet, getrocknet und ihre Biomasse bestimmt. Für alle ausdauernden Arten wurden
Eichgeraden zwischen Pflanzenvolumen und Biomasse erstellt, indem Individuen vor und nach der
Vegetationsperiode vermessen und ihre Biomasse zu dem Volumen in Beziehung gesetzt wurde.
Aus den vorliegenden Biomasse-Daten konnte die sowohl die Produktivität der Testflächen in der
Landnutzung
IMPETUS
293
1.0
Vegetationsperiode 2007/2008 als auch ein Korrekturfaktor zwischen der Produktivität beweideter
und nicht beweideter Flächen berechnet werden. Folgende erste Ergebnisse stammen von Julian
Brenner.
2. CCA-Achse
Sand
Grobkies-Oberflächendeckung
Stickstoff
Ton
C/N-Verhältnis
-1.0
1. CCA-Achse
-1.0
1.0
Abb. III.2.3-12: Kanonische Korrespondenzanalyse (CCA) der 28 Vegetationsaufnahmen (je 1 m²) in Taoujgalt (Abundanzmaß: Oberirdische Trockenbiomasse) in Abhängigkeit von abiotischen Standortfaktoren (Pfeile).
Long term exclosure (7 Jahre ausgeschlossene Fläche); Δ Short term exclosure (1 Vegetationsperiode ausgeschlossene Fläche); | Grazed plot (normal beweidete Fläche). Die Untersuchungsflächen
ordnen sich gemäß ihrer Ähnlichkeit entlang zweier Hauptachsen im Koordinatensystem des Ordinationsdiagramms an. Die erste CCA-Achse wird dabei gut durch den Tonanteil bzw. das C/NVerhältnis im Oberboden erklärt. Langjährig ausgeschlossene Flächen zeigen einen höheren Tonanteil
und ein signifikant geringeres C/N-Verhältnis (p = 0,002) als kurz oder gar nicht ausgeschlossene
Flächen. Weiterhin ist der Sandanteil im Oberboden ein Standortfaktor, der signifikant (p = 0,02) die
floristische Ähnlichkeit der Flächen beeinflusst (Quelle: Daten und Auswertung J. Brenner).
Um den Einfluss weiterer Umweltparameter auf die Produktivität der Standorte zu quantifizieren,
wurden auf allen 120 Flächen (4 Höhenstufen x 3 Nutzungsstufen x 10 Flächen) Oberbodenproben
genommen, und – analog zu den Mischproben von den 176 Vegetationsaufnahmen (s.o.) wurden
teilweise in Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt B2 die Parameter Textur, Salinität, pH-Wert, organischer Kohlenstoff und Stickstoff bestimmt. Mit Hilfe einer Faktorenanalyse konnten wesentliche Umweltparameter extrahiert werden, die zu den Standortunterschieden beitragen. Weitere Verfahren wie die Kanonische Korrespondenzanalyse (CCA) bestimmen die Ähnlichkeit von Aufnahmeflächen anhand der dort vorkommenden Pflanzenarten bzw. deren Biomasse. Abbildung Ma-
Landnutzung
IMPETUS
294
L.2.4 zeigt als Beispiel eine direkte Ordination aller Vegetations- und ausgwählter Umweltdaten aus
einer Artemisia-Steppe (Taoujgalt).
Ende 2008 und Anfang 2009 wird die Auswertung der beiden oberen Höhenstufen (IMS und TZT)
erfolgen. Ziel ist eine globale Betrachtung von Produktivität und Rain Use Efficiency (RUE) entlang des Höhengradienten im Hohen Atlas: Welche Prozesse bestimmen die Erholungsfähigkeit der
Vegetation? RUE sowie Produktivität und ihre Abhängigkeit von der Nutzung sind dabei auch
wichtige Größen zur Modellierung der Mensch-Umwelt-Beziehungen in BUFFER.
Arbeit an den Modellen: MOVEG Drâa
Die Erstellung und Weiterentwicklung des Modells MOVEG Drâa für die Erfassung und Modellierung der natürlichen Vegetationsdynamik sowie deren Implementierung in vorhandene und zukünftige Module verschiedener SDSS werden seit November 2006 von Pierre Fritzsche übernommen.
Nach der Fertigstellung der Datengrundlage 2007 wurden im Berichtjahr 2008 die Arbeiten an der
Erstellung der Module für die Berechnung der Biomasse, der Erstellung eines hydrologisch basierten Bodenfeuchtemodells und den Arbeiten an der Extrapolation der Niederschlagsdaten vorgenommen. Im Zuge der Arbeitsaufenthalte von P. Fritzsche wurden umfangreiche Validierungsdaten
für die Modellierung von MOVEG Drâa gesammelt, die als Fortsetzung des kontinuierlichen Monitoring seit 2007 z.B. als höhenabhängiger Parameter zur Verfügung stehen (Abb. III.2.3-13).
Daneben wurden zahlreiche Daten durch das Käfigexperiment gesammelt.
Abb. III.2.3-13: Höhenabhängigkeit der Vegetationsbedeckung im Drâa-Einzugsgebiet. Jeder Punkt steht für die Gesamtdeckung auf einer Vegetationsaufnahme (Quelle: Daten und Auswertung P. Fritzsche).
MOVEG Drâa wurde 2007 konzeptionell aufgestellt und 2008 methodisch und inhaltlich weiterentwickelt. Es ist als statistisches Regressionsmodell auf der Basis von zeitlich und räumlich hochaufgelösten Satellitendaten definiert. Dieses Modell wird die Analyse, Interpretation und Vorhersage
der
(natürlichen)
Vegetation
im
Einzugsgebiet
des
Drâa
ermöglichen.
Landnutzung
IMPETUS
295
Abb. III.2.3-14: Flowchart des Modells MOVEG Drâa (Quelle: Entwurf P. Fritzsche).
Der dreiteilige Aufbau von MOVEG Drâa (Abb. III.2.3-14) ermöglicht die Erfassung, Analyse/Berechnung und Ausgabe biophysikalischer Parameter auf Basis zeitlich hoch aufgelöster Fernerkundungsdaten der Sensoren MODIS und Daten aus der Shuttle Radar Topography Mission
(SRTM)([1]), sowie zahlreicher zusätzlich erhobener und im Projekt IMPETUS generierter Daten.
Die flächenhafte, kontinuierliche und zeitlich sehr hoch aufgelöste Erfassung phänologischer Abläufe im hochkomplexen, semiariden Drâa-Einzugsgebiet mit seiner Größe von ca. 34.600 km² ermöglicht eine sehr exakte Abbildung und Analyse der tatsächlichen saisonalen und interannuellen
Vegetationsentwicklung. Durch die Verwendung von Zeitreihenanalysen ist die automatisierte Erfassung des phänologischen Zyklus aus den Zeitreihen möglich. Dabei können räumliche Differenzierungen des Untersuchungsgebietes entsprechend dem Phänologiezyklus vorgenommen werden.
Abb. III.2.3-15 zeigt die Klassifikation der Vegetation im Fallbeispiel auf Basis einer Fouriertransformation in Verbindung mit dem DGM.
Landnutzung
IMPETUS
296
Abb. III.2.3-16: Vergleich der Fourierklassifikation (rechts) mit einer Expertenklassifikation der Vegetation (links;
Quelle: Entwurf P. Fritzsche).
Diese Methode erlaubt eine exakte Klassifikation (overall accuracy of 73.96%, Kappa Coefficient = 0.6245) auf Basis der spektralen Informationen ohne Vorkenntnis oder Expertenwissen. Nachteilige Effekte einer monotemporalen Klassifikation, wie temporäre Nutzungen, annuelle Vegetationseffekte oder Aufnahmefehler durch die Funktion ausgeglichen.
Diese Flächen werden als Inputklassen für die
Abb. III.2.3-17: Abgleich zwischen den beiden Klassifikationen in Abb. III.2.3-16 mittels einer Modellierung genutzt und werden im Modul
Confusion Matrix (Quelle: Daten und Klassenbildung erzeugt. Mit diesem Wissen
Entwurf P. Fritzsche).
können die nicht-räumlichen meteorologischen
Daten den erzeugten Klassen zuordnet werden, da diese nun als Räume mit nahezu gleichartigem
Verhalten auf gemessene Klimabedingungen ansprechbar sind (multi-temporal vegetation response
units [VRU]). Die VRU geben eine Information über die Nutzbarkeit der Flächen, sie aggregieren
Rechenzeit und liegen in einem maschinenlesbaren Format für die weitere Verarbeitung vor. Dabei
ist die verringerte Rechenanforderung in späteren Berechnungsschritten ein weiteres Plus für die
schnellere Berechnung von Szenarien und die zu erwartende geringe Rechenleistung in Entwicklungsländern. Die Resultate werden außerdem als Schnittstelle für weitere Modelle zur Verfügung
gestellt. Ergebnis ist die Erfassung der annuellen und interannuellen Vegetationsdynamik mit Möglichkeit der Projektion in die Zukunft. Dadurch lässt sich eine Aussage über die Veränderung der
Vegetationsstruktur in Bezug auf die ökologischen Einflussparameter ableiten. Über weitere imp-
Landnutzung
IMPETUS
297
lementierte Modelle und Routinen werden Kenngrößen wie LAI (Leaf Area Index), NPP (Nettoprimärproduktion) und Koeffizienten der NPP geschätzt und ausgegeben. Über die Beständigkeit,
Standfestigkeit und die Robustheit von Vegetation können multitemporale Auswertungen durch
Verknüpfung von klimatischen Daten mit Vegetationseinheiten, unter Kenntnis von Sekundärvariablen der Vegetation, Simulationen zukünftiger Landbedeckungen durchführen. Die jährliche Nettoprimärproduktion ist dabei ein Maß für die Produktivität des Ökosystems. MOVEG Drâa bietet
insbesondere die notwendige Grundlage und Ergänzung sowohl für die Kalibrierung als auch für
die Validierung der SAVANNA- und BUFFER-Modellergebnisse (vgl. den Zwischenbericht 2007),
sowie allgemeiner Vegetationsmodule anderer Modelle. Mit Hilfe der in den zweiten Projektphasen
entstandenen gebietsweiten Landnutzungskarten und regionalen Vegetationskarten des Einzugsgebietes unterscheidet MOVEG-Drâa verschiedene Vegetationseinheiten (inter- und intraannuelle
Phänologie, Nutzung, physiologisches Verhalten auf Umwelteinflüsse) und ermöglicht damit vor
allem die Unterscheidung zwischen natürlicher, d.h. vorrangig niederschlagsbedingter Vegetationsdynamik, und denjenigen Landoberflächen, die durch Bewässerungslandwirtschaft oder Regenfeldbau einem veränderten Regelzyklus unterworfen sind. Das Hauptaugenmerk wird hierbei auf die
auf die Umsetzung einer räumlichen Vorhersage der Pflanzenphysiologischen Parameter gesetzt.
MOVEG Drâa bewertet dabei nur die tatsächlich stattfindenden Veränderungen, unabhängig von
der möglichen pastoralen Nutzung und der damit einhergehenden Degradation der Vegetation. Diese Analysen führen zu einer Abschätzung des natürlichen Ressourcenpotenzials und damit zu einer
Planungsgrundlage und einem Entscheidungswerkzeug für Ernährungssicherung oder Katastrophenschutz innerhalb des Untersuchungsgebietes. Gleichzeitig liefert MOVEG Drâa auch flächenhafte Informationen für die Definition verschiedener Weidetypen und die raumzeitlichen Muster
ihrer Nutzung, die essentiell für die Modellierung des Weidemanagements mit BUFFER sind.
Stand der Arbeit an den Modellen: BUFFER
Die Modelliererstelle für das Modell BUFFER war 2007 für neun Monate vakant gewesen und
konnte erst Anfang 2008 mit Romina Drees neu besetzt werden. Aus diesem Grund entspricht der
Arbeitsstand am Modell BUFFER nicht den ursprünglichen Planungen. Im Berichtsjahr wurde auf
der Basis der konzeptionellen Vorarbeiten eine räumlich implizite Struktur des Modells erstellt.
Parallel wurde die Arbeit am SDSS PADRÂA in den modellunabhängigen Aspekten weitergeführt.
Dazu gehörte ein intensiver Dialog mit den marokkanischen Ansprechpartnern während mehrerer
Workshops in Ouarzazate, auf denen die Fragestellungen von PADRÂA sowie Möglichkeiten der
Dateneinbindung aus marokkanischen Quellen spezifiziert wurden. Weiterhin wurden auch technische Fragen wie die Form des Output, der Eingriffsmöglichkeiten in das Entscheidungshilfesystem
und der interaktiven Einbindung von Expertenwissen evaluiert.
Landnutzung
IMPETUS
298
Im Mai 2008 kristallisierte sich aus den Gesprächen mit den marokkanischen Stakeholdern (insbesondere Vertreter der CBTHA) eine anwendungsrelevante Fragestellung für das SDSS PADRÂA
heraus. Daraus abgeleitet ergeben sich auch spezifische Anforderungen an das Modell BUFFER.
Große Relevanz hat es, Information zu den Grenzen lokalen Wirtschaftens unter Beachtung des
Klimawandels zu erhalten, um so Folgen für die Lebensweise der Nomadenhirten im Hohen Atlas
abzuschätzen. Dazu gehört insbesondere die Frage nach der Häufigkeit des Auftretens von agronomischen Dürren, d.h. wann und wo Engpässe in der natürlichen Futterversorgung der Tiere auftreten, sowie von sozioökonomischen Dürren. Damit im Zusammenhang steht die Frage, welche Anpassungsstrategien der Transhumanz über längere Zeit nachhaltig sind.
Um die Futtervariabilität abzuschätzen, bedarf es genauer Information zu den lokalen Klima- und
Nutzungsbedingungen. Dafür wurden entlang eines Höhengradienten mehrere IMPETUS-
Höhe
Niederschlag [mm]
Temperatur [°C]
Tizi-N-Tounza
Imeskar
Taoujgalt
Trab Labied
Monate
Monate
Abb. III.2.3-18: Klimagradient entlang der Höhe der Weiden (Fallstudie: Weidegebiete der Berber-Fraktion Ait
Toumert), linearisiert nach Monatsmittelwerten aus den Jahren 2000-2006 der vier IMPETUS- Klimastationen Trab
Labied, Taoujgalt, Imeskar und Tizi-N-Tounza (Quelle: Entwurf Romina Drees).
Klimastationen ausgewählt, die verschiedene Weidetypen der Ait Tourmert Nomaden repräsentieren. In einer konzeptionellen Auswertung (Abb. III.2.3-18) ist zum einen der Niederschlag und auch
die Temperaturverteilung entlang des Höhengradienten und im Jahresverlauf dargestellt. Dabei ist
zu beachten, dass die Linearisierung grob extrapoliert. Der Ansatz erlaubt, anhand von zwei Klimavariablen auf intraannuelle Dynamiken der Vegetation zu schließen. In den höher gelegenen Regionen führt die niedrige Jahresdurchschnittstemperatur und der hohe Niederschlag zu einer kurzen
Vegetationsperiode in der Sommerzeit. Dagegen kann in den wärmeren und tieferen Lagen der
Winterregen nur im Herbst und im Frühjahr von der Vegetation zum Wachstum genutzt werden
kann.
Landnutzung
IMPETUS
299
Die Verlässlichkeit der Biomasseproduktivität ist
schematisch in Abb. III.2.3-19 entlang eines HöhenDegradiert
gradienten dargestellt. In den oberen Regionen findet
sich ein höherer Anteil von ausdauernden, verholzten
Normal
Pflanzen, die dadurch an das lokale Klima angepasst
sind. Diese Pflanzen werden von den lokalen Hirten
als Futter für ihre Weidetiere geschätzt (vgl. den
Zwischenbericht zum PK Ma-G.2: Lokales Wissen),
da diese Pflanzen am wenigsten abhängig von den
letzten Regenfällen sind und somit auch als Reserve
in Trockenzeiten genutzt werden können. Je niedriger der durchschnittliche Jahresniederschlag in den
Verlässlichkeit von Futterpflanzen [%]
tieferen Regionen wird, desto geringer wird der Anteil der verholzten Pflanzen. Im Falle von Überwei- Abb. III.2.3-19: Anteil ausdauernder Pflanzenbiomasse und damit Verlässlichkeit von
dung finden sich in den tief gelegenen Weideflächen
Futterpflanzen entlang des Höhengradienten in den Weidegebieten des Hohen Atpraktisch keine verholzten, fressbaren Pflanzen
las (Schema; Quelle: Entwurf Anja
mehr.
Linstädter, Romina Drees)
Somit ist zu erwarten, dass in schlechten Regenjahren die tiefer liegenden Regionen gemieden werden, weil dort am wenigsten Futter zu finden ist.
Wie die Futterpflanzenverfügbarkeit an bestimmten Orten genau, variiert soll durch das BufferModell quantifiziert werden.
Stand der Arbeit an den SDSS und IS
PLANT – ein Informationssystem zu Weidepflanzen der Region Hoher Atlas
In Zusammenarbeit mit dem PK Ma-L.2 wurde im Berichtsjahr 2008 das Informationssystem
PLANT fertiggestellt. Die Anwendung vereint Informationen zu 68 ausgewählten Futterpflanzenarten der Weidegebiete der Ait Toumert. Mithilfe von PLANT ist es möglich, Informationen zur Taxonomie, Morphologie, Ökologie; lokale Bezeichnung, Futterwert und Wahrnehmung von Pflanzen
sowie zur Verteilung von Pflanzenmerkmalen entlang eines Landnutzungsgradienten abzufragen.
Das IS PLANT besteht aus einer Microsoft® Access Datenbank, in der ökologisches und anthropologisches Wissen sowie Fotos zu Futterpflanzenarten des Hohen Atlas-Gebirges zusammengestellt
sind. Mithilfe von SDSS Framework-Modulen können die enthaltenen Daten auf zwei verschiedenen Wegen aufbereitet und präsentiert werden: Botanische und ökologische Daten sowie Daten zum
lokalen Wissen über Pflanzenarten sind in Form von Karteikarten abfragbar. Informationen zur
Verteilung von Pflanzenmerkmalen über einen Weidegradienten werden dagegen in Form von Diagrammen abgefragt. Sowohl die Karteikarten als auch die dargestellten Diagramme können exportiert und ausgedruckt werden. Das System kann in den Sprachen französisch, englisch und deutsch
genutzt werden. Eine Dokumentation und Hilfe steht in jeder Sprache zur Verfügung und ist im
Framework verlinkt. Das System wurde im Jahr 2008 in einem Workshop (im Mai 2008 in Ouarzazate) sowie zur Konferenz in Ouarzazate den lokalen Stakeholdern sowohl in Form einer Präsentation als auch praktisch per Laptop-Labor vorgestellt und stieß bei Vertretern der CBTHA,
Landnutzung
IMPETUS
300
ORMVAO und Service d’Élevage auf sehr positive Resonanz, vor allem weil es offen konzipiert ist
und die Inkorporation weiterer Daten problemlos ermöglicht. Es soll 2009 an die Organisation
CBTHA bzw. die ORMVAO übergeben werden.
SDSS VegSat und Padrâa
Die beiden SDSS VegSat und Padrâa sind noch nicht fertiggestellt, da die Arbeit an den zugrunde
liegenden Modellen noch nicht abgeschlossen ist. Um Dopplungen zu vermeiden, wird das SDSS
Padrâa detaillierter im Bericht zum PK Ma-G.2 vorgestellt. Im Folgenden wird das SDSS VegSat
präsentiert.
Abb. III.2.3-20. Strukturdiagramm des Informationssystems PLANT. Übersicht über die InputDaten, den Inhalt der Datenbank und der Form des erstellten Outputs.
Da MOVEG Drâa eine sehr genaue Abschätzung des natürlichen Ressourcenpotenzials ermöglicht,
soll VegSat als Planungsgrundlage und Entscheidungshilfewerkzeug für die Ernährungssicherung
Verwendung finden. Es soll den Nutzern mit Hilfe von VegSat z.B. möglich sein, innerhalb des
gesamten Drâa-Einzugsgebietes solche Regionen zu identifizieren, die aufgrund von Dürren oder
Störungen (wie Heuschreckenplagen) eine starke negative Abweichung der mittleren Produktivität
verzeichnen. Das SDSS VegSat ist – anders als PADRÂA – auf den regelmäßigen Input aktueller
flächenhafter Informationen zu Vegetationsdynamiken, d.h. auf ein satellitengestütztes Vegetationsmonitoring angewiesen. Entsprechend ist das Modell MOVEG Drâa auf die Grundlage eines
langjährigen und aktualisierbaren Datensatzes kostenloser, frei verfügbarer Fernerkundungsdaten
gestellt worden. Seine phänologische Fernerkundungsdatenbank mit sechzehntätigen MODIS
NDVI-Daten (2000 bis heute fortlaufend) wird mit SPOT Vegetation durch einen zweiten Datensatz
zur Modellierung und Validierung ergänzt. Durch die von der NASA proklamierte Operationalität
der Plattform Terra bis 2012 werden auch mittelfristig noch MODIS-Informationen zur Verfügung
stehen. Damit können sowohl die Datenbankfortführung als auch das Monitoring und eventuelle
Landnutzung
IMPETUS
301
Veränderungen der Modellparameter in Zukunft durch lokale Partner fortgeführt werden. Das Modellierungswerkzeug ist eine Eigenentwicklung der Arbeitsgruppe Fernerkundung Bonn (RSRG)
und wird den lokalen Kooperationspartnern zusammen mit der Datenbank in Form der SDSS VegSat und Padrâa zur Verfügung gestellt werden. Ein großer Vorteil von MOVEG Drâa ist der Aufbau
und die Nutzung einer phänologischen Fernerkundungsdatenbank mit sechzehntätigen MODIS
NDVI-Daten (2000 bis heute fortlaufend), d.h. eines langjährigen Datensatzes kostenloser, frei verfügbarer Fernerkundungsdaten. Mit SPOT Vegetation steht ein zweiter Datensatz zur Modellierung
und Validierung zur Verfügung. Durch die von der NASA proklamierte Operationalität der Plattform Terra bis 2012 stehen noch mittelfristig MODIS Informationen zur Verfügung. Damit können
sowohl die Datenbankfortführung als auch das Monitoring und eventuelle Veränderungen der Modellparameter in Zukunft durch lokale Partner fortgeführt werden. Das Modellierungswerkzeug ist
eine Eigenentwicklung der RSRG und wird den lokalen Kooperationspartnern in Form der SDSS
VegSat und PADRÂA zur Verfügung gestellt.
Die Arbeit an den SDSS VegSat und Padrâa werden im Jahr 2009 fortgesetzt werden. Details dazu
sind an den entsprechenden Stellen im Bericht genannt worden.
Landnutzung
IMPETUS
PK Ma-L3 Risiken
und
Gefahren
durch
extreme
Überflutungen und Bodenerosion im Drâatal
302
Niederschläge:
Flutereignis im Atlas-Gebirge bei Ameskar am 27.10.2006.
Problemstellung
Extreme Niederschlagsereignisse treten in der Umgebung von Gebirgen aufgrund der zusätzlich zur
atmosphärischen Instabilität stattfindenden erzwungenen Hebung der Luft besonders häufig auf. In
semi-ariden Regionen stellt der stark erodierte Boden ein Risiko dar, weil die großen Wassermassen
hier besonders leicht Zerstörungen mit sich bringen. Die verursachten Schäden – auf der kleinen
zeitlichen Skala Überflutungen, Hangrutschungen und spontane Erosion, auf der langen Zeitskala
anhaltende Bodenerosion – stellen neben der Aridität die wichtigste klimatische Bedrohung für die
Menschen in der Drâa-Region dar. Neben den kurzfristigen wirtschaftlichen Schäden durch Vernichtung landwirtschaftlicher Güter (s. Foto) führt die anhaltende Erosion durch Wasserabfluss zu
starken Sedimenttransporten in den Flüssen und trägt somit zur Versandung des Stausees „El Mansour Eddahbi“ bei, dessen Lâcher-Management ein wichtiges Werkzeug zur Steuerung der Wasserversorgung ist. Die Einflussmöglichkeiten des Menschen auf diese negativen Umwelteinflüsse
durch Rekultivierung besonders bedrohter Hänge oder geeignete bauliche Maßnahmen werden auf
ihre Wirksamkeit hin geprüft.
Landnutzung
IMPETUS
303
Mitarbeiter
K. Born, A. Klose, H. Busche, K. Piecha
Zielsetzung
Der Einfluss gezielter Maßnahmen (Aufforstung, Abflusskanäle, neue Staubecken) auf das zeitliche
Verhalten des Abflusses auf unterschiedlichen Zeitskalen sowie auf Bodenerosion und Sedimenttransporte in den Stausee wird unter den für Marokko beschriebenen Klima- und Entwicklungsszenarien dargestellt. Am Ende der Entwicklung steht ein Modellkomplex, mit dessen Hilfe Was-wärewenn-Analysen und Szenarien berechnet werden können. Dabei stehen die Auswirkungen von Änderungen der zeitlichen (saisonalen) und räumlichen Verteilung des Niederschlags, Änderungen für
Häufigkeiten von Starkniederschlägen und Schneeniederschläge im Vordergrund.
Stand der IS/SDSS-Entwicklung
In diesem Problemkomplex werden zwei IMPETUS-Werkzeuge bearbeitet: SMGHydraa (Statistical model for the generation of meteorological data for hydrological modelling in the Drâa region /
Modèle statistique pour la génération des données météorologiques visant la modélisation hydrologique dans la région du Drâa) dient zunächst als Präprozessor zur Aufbereitung und Ansicht klimatologisch relevanter Daten für verschiedene Problemkomplexe (s. Tabelle Ma-L3.1). Als Informationssystem stellt SMGHydraa wichtige Parameter des regionalen Klimas und seiner Zukunftsprojektionen für die Drâa-Region dar.
Das SDSS SEDRAA (Soil Erosion in the Drâa region / Scénarios d'Érosion du sol dans la région
du Drâa) erlaubt die Berechnung von Szenarien der Bodenerosion unter Interventionsszenarien der
geänderten Landnutzung unter den in IMPETUS berechneten Klimaszenarien. Eine weitere behandelte Fragestellung ist die nach dem Zusammenhang zwischen Bodenerosion und der quantitativen
Bestimmung der Sedimentationsraten im Stausee. Die untersuchten Szenarien bestehen zum einen
aus den IMPETUS Klimaszenarien, zum anderen aus Interventionsszenarien bzgl. der Rekultivierung (SEDRAA) und dem Bau weiterer Staudämme (HYDRAA). In Abb. III.2.3-21 ist eine Übersicht über den PK Ma-L3 mit seinen Elementen dargestellt.
Landnutzung
IMPETUS
304
Im Rahmen der Klimamodellierung stehen die
in 2006 abgeschlossenen Klimasimulationen
mit REMO, die für Nordafrika eine einmalige
Basis für die Bewertung regionaler Klimaänderungen darstellt (Paeth et al., 2009 und 2005)
zur Verfügung. Als Triebkräfte für die Klimaänderung wurden hier neben den Treibhausgasemissionen des IPCC SRES-Szenarien A1B
und B1 die Meeresoberflächentemperatur des
Atlantik und, was erstmalig in einer so umfassenden Modellstudie geschehen ist, die auf Einschätzung der FAO basierende Landoberflächenänderung (Land Cover Change, LCC),
projiziert bis 2050, berücksichtigt. In der Studie
wurden Ensembles von je 3 Mitgliedern für die
Zeiträume 1960-2000, 2001-2050 (SRES A1B)
mit LCC, 2001-2050 (SRES A1B) ohne LCC
und 2001-2050 (SRES B1) mit LCC berechnet.
Auf Basis dieser regionalisierten Klimaszenarien wurden Zeitreihen für die Drâa-Region
Abb. III.2.3-21: Flussdiagramm zur Struktur des Pro- unter Zuhilfenahme statistischer Beziehungen
blemkomplexes Ma-L3.
zur Orographie und Exposition der Flächen
erzeugt, um sie als Antriebsdaten für von Klimadaten angetriebene IS/SDSS zu verwenden. Ein
weiteres dynamisches Downscaling wurde nach Anpassungen der Modelldynamik (Huebener et al.,
2007) für PK Ma-H5 mit Hilfe von FOOT3DK vorgenommen; diese Daten sollen in der letzten
Projektphase in SMGHydraa ebenfalls für andere PKs zur Verfügung gestellt werden.
(a) SMGHydraa – Prozessierung von Klimadaten zur Modellierung in hydrologischen Applikationen
Die Daten der Klimamodellierungen werden in SMGHydraa für Zonen geliefert, die je nach Fragestellung unterschiedlich definiert sind. Sie werden mit Hilfe rein klimatologischer Bedingungen
(Aridität), Abflusscharakteristika (Fluss-Untereinzugsgebiete) oder als Höhenzonen definiert. Der
Vorteil dieser Darstellungsweise liegt in der Kombination räumlicher Heterogenität, Berücksichtigung der Fragestellung und möglichst geringem Datenumfang. Zur Illustration sind die bis jetzt
implementierten Zonen in Abb. III.2.3-22 gezeigt. Die Verwendung der Daten ist nochmals in Tabelle III.2.3-1 dargestellt.
Landnutzung
IMPETUS
305
Tab. III.2.3-1: Verwendung klimatologischer Daten als Antrieb in IMPETUS Marokko
Werkzeug
Problemkomplex
Datenanforderung
HYDRAA
Ma-H1
Tägliche Daten / Wettergenerator / hochaufgelöst
PRORES
Ma-H3
Tägliche Daten / Wettergenerator / hochaufgelöst
SEDRAA
Ma-L3
Jahresgang / Regionen
MIVAD
Ma-E1
Monatsdaten / Regionen
PADRAA
Ma-L2
Monatsdaten / Regionen
EPIC
Ma-E1
Monatswerte / Regionen
Vegetationsklassifikation
--
Tägliche Daten / hochaufgelöst f. ca. 1995-heute
aus Satellitendaten
SMGHydraa besteht aus zwei unterschiedlichen Bausteinen. Rechnerisch besonders aufwendige
Prozesse werden Server-seitig bereitgestellt, so z. B. die Berechnung neuer klimatischer Zonen oder
die Auswertung neu erstellter Klimaszenarien. Die Bearbeitung der Daten innerhalb des Informationssystems oder zur direkten Anwendung durch den Nutzer werden Client-seitig (Auswahl und
Auswertung der Antriebsdaten) implementiert.
Abb. III.2.3-22: Die Zonen, die in SMGHydraa verwendet werden. Oben von links nach rechts: Zonen für
PRORES, Hydraa und SEDRAA; unten: 3 Klimazonen (links), und 9 Ariditätszonen.
Landnutzung
IMPETUS
306
Arbeiten in 2008
Im Jahr 2008 wurden folgende Arbeiten vorgenommen: Die digitalen Geländedaten wurden in den
Problemkomplexen vereinheitlicht, weshalb die Definitionen der Zonen neu vorgenommen und die
Klimadaten neu präprozessiert werden mussten. Für die Regionalisierung der Klimadaten wurden
die Transferfunktionen überarbeitet, um die Modellniederschläge so anzupassen, dass ihren Häufigkeitsverteilungen möglichst nahe an denen der Beobachtungen sind. Die Auswertungen der Niederschlagsdaten bezüglich der Extremereignisse auf der interannuellen Skala (Dürren) und täglichen
Skala (Starkniederschläge) wurde in das Framework implementiert. Die Änderungen besonders der
täglichen Niederschlagsraten und der Anzahl der Niederschlagstage pro Monat als räumlich verteilte Größen beeinflusst die Ergebnisse sowohl der Abflussmodellierungen in PK Ma-H1 (HYDRAA)
als auch in der Berechnung der Bodenerosionsraten SEDRAA außerordentlich stark.
Räumliche Muster der Klimaparameter sind in Marokko wegen
des Atlasgebirges und der Lage
zwischen Mittelmeer und Sahara
sehr heterogen. Die geringe Anzahl von Klimastationen, deren
Zeitreihen lang genug für eine
klimatologische Analyse sind, ist
der Grund für eine sehr unsichere
Beschreibung regionaler Klimate
(s. a. Schulz, 2006). Die Arbeiten
konzentrierten sich auch auf Telekonnektionen mit den tropiAbb. III.2.3-23: Zeitreihen des Standardized Precipitation Index (SPI) für schen und extratropischen SST
Beobachtungen im Zeitraum 1901-2002 und die REMO
(Sea Surface Temperatures) des
Szenarien 1960-2000 (C20.1) und 2001-2050 (A1B.1).
Atlantischen Ozeans. Bislang
liefern die Beziehungen zwischen SST und Winterniederschlägen jedoch keine statistische Basis,
die eine saisonale Vorhersage für PRO-RES (PK Ma-H3) verbessern würde. Mit den bis 2007 aktualisierten Beobachtungsdaten, sowohl für Stationen als auch für auf ein Gitter interpolierte Produkte
(CRU TS 2.1 und VASCLIMO) wurden die REMO Klimaszenarien evaluiert (Born, 2008a). Es
wurden sowohl ein Bias der Modellszenarien als auch ein zukünftiger Trend zu trockeneren Klimaten in den IMPETUS-Szenarien bestätigt.
Um die Vergleichbarkeit von Beobachtungen mit Modelldaten zu ermöglichen, wurde ein standardisierter Regenindex (standardized precipitation index, SPI, McKee et al., 1993) aus den Beobachtungsdaten und den Szenarien berechnet (Born et al., 2008b). Die Arbeiten zeigten, dass auch hier
die Häufigkeit und die Stärke der Trockenperioden in den Szenarien zunehmen wird, die Feuchtperioden hingegen unverändert bleiben. Mit Hilfe dieser Ergebnisse wurde die Statistik für die Analyse der Trockenperioden auf das Untersuchungsgebiet übertragen. In Zusammenarbeit mit den Arbeiten am Weidemanagement (PADRAA) wird in den nächsten Monaten noch der Zusammenhang
zwischen Trockenperioden und Dürren, die Rückwirkungen auf Vegetation und Ertrag haben, her-
Landnutzung
IMPETUS
307
gestellt (s. Abb. III.2.3-23). Bei der Auswertung der Szenarien wurde deutlich, dass ab etwa 2020
eine deutlich Zunahme der Auftrittswahrscheinlichkeit trockener Jahre zu erwarten ist.
Zur Abschätzung extremer Niederschläge wurde eine Extremwertstatistik auf Basis der Generalisierten Pareto-Verteilung (GPV) in SMGHydraa implementiert. Damit sind Auswertungen in der
Fläche möglich (siehe als Beispiel Abb. III.2.3-24). Die statistische Anpassung der Klimadaten an
die Beobachtungsdaten hat natürlich einen Einfluss auf die extremen Niederschläge. Die Evaluierung bezüglich der Absolutwerte ist noch nicht abgeschlossen.
Abb. III.2.3-24: Abschätzungen der Wiederkehrwerte maximaler täglicher Starkniederschläge, die alle 10 Jahre
auftreten, für die Zeiträume 1960-2000 (C20, REMO) und 2001-2050 (A1B und B1 kombiniert, REMO).
(b) SEDRAA – Abschätzung der Bodenerosionen unter geänderten Randbedingungen des Klimas und der Landoberfläche
Das SDSS SEDRAA (Soil Erosion in the Drâa region / Scénarios d'Érosion du sol dans la région
du Drâa) unterstützt die Entscheidung, wo Maßnahmen zur Minderung der Erosion durch Wasser
am effizientesten durchgeführt werden sollen. Dabei können einerseits Klimaszenarien und andererseits Szenarien veränderter Landnutzung berechnet werden. Kern des SDSS ist das Bodenerosionsmodell PESERA (Pan European Soil Erosion Risk Assessment, Kirkby et al., 2004). Das Modell
beurteilt aufgrund der Bodenverhältnisse, der Landnutzung, der Topographie und des Klimas das
Erosionsrisiko. Abb. III.2.3-25 zeigt ein Flussdiagramm zu SEDRAA.
Landnutzung
IMPETUS
308
Arbeiten 2008
Die Implementierung von SEDRAA in des IMPETUS Framework wurde vervollständigt. Die Bedienungsoberfläche wurde in Diskussion mit den Anwendern bei Schulungen (s. u.) an die Bedürfnisse der Anwender angepasst. Die Klimadaten aus Modellszenarien wurden implementiert und die
damit verbundenen Erosionsszenarien wurden analysiert. Als Interventionsszenario wurde neben
der Aufforstung in gefährdeten Gebieten (IMPETUS 2007) die Reduktion der Beweidung eingeführt und deren Einfluss auf großflächige Erosion untersucht.
Abb. III.2.3-25: Flussdiagramm zur Anwendung von SEDRAA
Die Anbindung der Klimaszenarien zeigte, dass eine Anpassung der statistischen Eigenschaften des
Niederschlags aus Klimamodellszenarien an die Beobachtungen unbedingt notwendig ist. Trotzdem
ist der Bias gegenüber der Anwendung von SEDRAA mit Beobachtungsdaten noch so groß, dass
die Interpretation der Szenarien sehr vorsichtig betrieben werden muss. Eine abschließende Evaluierung der Erosionen aus Modellszenarien steht noch aus. Ein Beispiel der Anwendung der Klimamodellszenarien ist in Abb. III.2.3-26 gezeigt. Bemerkenswert ist hier die Zunahme der Erosion in
der südlichen Region, die trotz einer leichten Abnahme der Starkniederschläge in diesem Raum zu
beobachten ist. Dieses Verhalten muss noch genau überprüft und die Ursachen hierfür diskutiert
werden. Zusätzlich zeigen die Klimadaten deutlich weniger Fläche mit geringer Erosion (Abb.
III.2.3-27, links) als die Beobachtungsdaten. Die Ursachen für dieses Verhalten müssen ebenfalls
noch genau geprüft werden.
Die Beweidungsszenarien zeigten ein konsistenteres Bild, wie Abb. III.2.3-27 belegt. Hier wurde
der Beweidungsdruck auf die Vegetation, der durch eine prozentuale Reduktion der Wachstumsrate
der Vegetation simuliert wird, generell um 50% herabgesetzt, was zu einer deutlich stärkeren Vegetationsdecke und damit zu reduzierter Vulnerabilität bezüglich der Erosion führte. Dadurch bedingt
ergeben sich Reduktionen der Erosionsraten vor allem in den Regionen außerhalb des Hochgebirges.
Landnutzung
IMPETUS
309
Abb. III.2.3-26: Bewertung von Bodenerosionsraten aus den Klimamodellszenarien für die Zeiträume 19602000 (links) und 2036-2050 (rechts). Zur Erstellung der Erosionsszenarien wurden die Klimamodelldaten mit SMGHydraa auf klimatisch ähnliche Zonen interpoliert.
Abb. III.2.3-27: Bewertung von Bodenerosionsraten aus Klimaszenarien (links) und einem Interventionsszenario „Beweidung“ (rechts). Gezeigt sind jeweils die relativen Auftrittshäufigkeiten der Bewertungsklassen der Bodenerosion.
Schulungen und Kooperationen
April 2008 wurden die Arbeiten bezüglich der Klimaszenarien an der Universität Hassan II. an der
Faculté des Lettres et des Sciences Humaines Ben M'Sick, Centre de Recherche de Climatologie
(CEREC) vorgestellt und diskutiert. Wenn auch die Modellierungen selbst an der Universität mangels Kapazitäten nicht weitergepflegt werden können, so war der Ansatz der Regionalisierung von
Klimadaten in IMPETUS und die Ergebnisse durchaus von Interesse. Eine Vorstellung der Arbeiten
in IMPETUS bei der DNM (Direction Nationale de la Météorologie, heute météomaroc) fand ebenfalls Interesse. Vor allem die Analyse und die Prognosemöglichkeiten der Schneedecke sind hier
diskutiert worden. Die Regionalisierung und die Analyse der Dürreperioden kann prinzipiell mit
den Klimadaten von météomaroc erweitert werden, diesbezügliche Vereinbarungen einer Zusammenarbeit müssen in 2009 umgesetzt werden.
Landnutzung
IMPETUS
310
Im Mai 2008 fand eine Schulung der marokkanischen Anwender statt, in der das IS SMGHydraa
sowie das SDSS SEDRAA direkt vorgestellt wurden. Dabei wurden die theoretischen Grundlagen
der Modellierung detailliert diskutiert, um die Anwender in die Lage zu versetzen, Szenarien für
zukünftige Planungen zu interpretieren und – vor allem – ihre Aussagekraft zu bewerten. Es kam
dabei zur regen Diskussion sowohl der Voraussetzungen der Szenarien als auch zu Hinweisen, welche die Praktikabilität der Anwendung im IMPETUS Framework deutlich verbesserten.
Ausblick auf Arbeiten in 2009
Die statistische Auswertung der Klimadaten wird laufend gemäß den Anforderungen ergänzt. Die
bisher angewandten Techniken, die weniger wissenschaftliche Arbeit als vielmehr technische Umsetzung statistischer Methoden sind, werden in Form einer Diplomarbeit dokumentiert und bewertet. Die Daten der lokalskaligen Regionalisierung mit FOOT3DK (PK Ma-H5) werden ebenfalls in
SMGHydraa zur Verfügung gestellt. Die Regionalisierung wird in Kooperation mit météomaroc auf
andere Teile Marokkos erweitert. Der Zusammenhang zwischen Dürre und meteorologischen Trockenperioden wird anhand der Analyse von Vegetationsdaten aus Weideausschluss-Experimenten
(PK Ma-L2) untersucht.
Die Modellergebnisse des Erosionsmodells in SEDRAA müssen noch im Detail evaluiert werden.
Dabei ist möglicherweise noch ein weiterer Eingriff in die Transferfunktionen der größerskaligen
Klimadaten auf die Region notwendig. Die Parametrisierung der Sedimentationsraten in den Stausee El Mansour Eddahbi wird noch überarbeitet.
Zum Ende des Projekts wird das System SEDRAA mit den Klimadaten und dem „Präprozessor“
SMGHydraa den marokkanischen Projektpartnern übergeben und in einem Abschlussworkshop
vorgestellt und diskutiert.
Zusammenarbeit mit anderen Institutionen
Durch die Schulungen des Vorjahres in Ouarzazate, den diesjährigen Workshop im Mai 2008 und
die Diskussionen bei Besuchen von Organisationen konnte der Interessentenkreis am PK Ma-L3
ausgebaut werden:
•
ORMVA Ouarzazate, Abteilung Bodenkunde (M. Tazi, Chef der ORMVAO ist M. Gharbaoui).
•
Service Eau Ouarzazate (M. Sabbar). ABH Souss Massa, Agadir (M. Makroum).
•
Haut Comissariat des Eaux et Forets et la Lutte contre la Desertification, Rabat (M. Yassin).
•
Météo Maroc (früher Direction Nationale de la Météorologie), M. Benassi
•
Universität Hassan II, Casablanca, FLSH Ben M'Sick, Centre de Recherche de Climatologie
(CEREC), Prof. M.-S. Karrouk
Landnutzung
IMPETUS
311
Literatur
Paeth, H., K. Born, R. Girmes, R. Podzun and D. Jacob, 2009: Regional climate change in tropical and northern Africa
due to greenhouse forcing and land-use changes. J. Climate, in press.
Born, K., M. Christoph, A. H. Fink, P. Knippertz, H. Paeth and P. Speth, 2008a: Moroccan Climate in the Present and
Future: Combined View from Observational Data and Regional Climate Scenarios. In: Climatic Changes and
Water Resources in the Middle East and in North Africa, Zereini and Hoetzl (eds.), Springer Verlag, Wien, ISBN
978-3-540-85046-5, p. 29-45
Born, K., A. H. Fink and H. Paeth, 2008b: Dry and Wet Periods in the northwestern Maghreb for Present Day and Future Climate Conditions. Meteorol. Zeitschrift 17, 533-551.
Huebener, H., K. Born and M. Kerschgens (2007): Downscaling heavy rainfall in the subtropics – a simple approach for
dynamical nesting. Adv. Geosci. 10, 9–16.
IMPETUS, 2007: Integratives Management-Projekt für einen Effizienten und Tragfähigen Umgang mit Süßwasser in
Westafrika: Fallstudien für ausgewählte Flusseinzugsgebiete in unterschiedlichen Klimazonen - Siebter Zwischenbericht, Zeitraum: 1.1.2006 – 31.12.2006
(http://www.impetus.unikoeln.de/fileadmin/content/veroeffentlichungen/projektberichte/IMPETUS_Zwischenbericht_2
006.pdf)
Kirkby, M.J., Jones, R.J.A., Irvine, B., Gobin, A, Govers, G., Cerdan, O., Van Rompaey, A.J.J., Le Bissonnais, Y.,
Daroussin, J., King, D., Montanarella, L., Grimm, M., Vieillefont, V., Puigdefabregas, J., Boer, M., Kosmas, C.,
Yassoglou, N., Tsara, M., Mantel, S., Van Lynden, G.J. and Huting, J. (2004). Pan-European Soil Erosion Risk
Assessment: The PESERA Map, Version 1 October 2003. Explanation of Special Publication Ispra 2004 No.73
(S.P.I.04.73). European Soil Bureau Research Report No.16, EUR 21176, 18pp. and 1 map in ISO B1 format.
Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg.
McKee, T. B., N. J. Doesken, J. Kleist, 1993: The relationship of drought frequency and duration to time scales. -- Preprints, 8th Conference on Applied Climatology, Jan. 17-22, Anaheim, CA, 179-184.
Paeth, H. and A. Hense, 2005: Mean versus extreme climate in the Mediterranean region and its sensitivity to future
global warming conditions. Meteorologische Zeitschrift 14, 329-347.
Paeth, H., K. Born, K.; R. Podzun and D. Jacob, 2005: Regional dynamical downscaling over West Africa: Model evaluation and comparison of wet and dry years. Meteorologische Zeitschrift 14, 349-367.
Paeth, H., K. Born, R. Girmes, R. Podzun and D. Jacob, 2008: Projected significant drying and warming in tropical
Africa due to land-use changes. Submitted to J. Climate.
Schulz (2006): Analyse schneehydrologischer Prozesse und Schneekartierung im Einzugsgebiet des Oued M’Goun,
Zentraler Hoher Atlas (Marokko). Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.) der MathematischNaturwissenschaftlichen Fakultät der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Gesellschaft
IMPETUS
III.2.4
Gesellschaft
PK Ma-G.1
Bevölkerungsdynamik im Einzugsgebiet des Drâa
312
Die Arbeitsmigranten kehren zum Opferfest zu ihren Familien nach Ouled Yaoub zurück.
Problemstellung
Das Drâa-Einzugsgebiet ist gekennzeichnet durch seine geographische Randlage im Südosten Marokkos, die sich in einer schwachen Wirtschaft, einer niedrigen Bevölkerungsdichte und einer unzureichend ausgebauten Infrastruktur manifestiert. Staatliche Investitionen für eine Verbesserung in
den Bereichen Bildung, Gesundheit und Wirtschaft sind ungenügend.
Die wiederkehrenden Dürreperioden der letzten Jahre verschlimmerten die wirtschaftliche Lage der
Bevölkerung, die einen großen Teil ihres Einkommens immer noch aus der Landwirtschaft generiert, aber schon seit Jahrzehnten auf zusätzliche Einkommensquellen wie zum Beispiel Transferleistungen aus der Arbeitsmigration angewiesen ist. Neben der prekären wirtschaftlichen Situation
führen sinkende Grundwasserstände nicht nur zu einer zunehmenden Verknappung von Bewässerungswasser, sondern auch zu einer Verschlechterung der Wassermenge und Wasserqualität für den
häuslichen Gebrauch.
Eine der Hauptstrategien der Bevölkerung, mit den verschlechterten Legensbedingungen im DrâaTal umzugehen, ist die Arbeitsmigration vor allem junger Männer und Familienväter in die urbanen
wirtschaftlichen Zentren des Landes und zum geringen Teil ins Ausland. Ihre Transferleistungen
tragen dazu bei, dass ihre Familien weiterhin im Drâa-Tal leben können.
Gesellschaft
IMPETUS
313
Mitarbeiter
C. Rademacher
Zielsetzung
Ziel des PKs war es, signifikante Korrelationen zwischen demographischen Dynamiken und wasserrelevanten Daten auf unterschiedlichen thematischen und räumlichen Ebenen zu analysieren. In
diesem Zusammenhang wurde analysiert, wie sich sowohl Bevölkerungsgröße als auch Bevölkerungsstruktur im Einzugsgebiet des Drâa heute zusammensetzen und wie sich die Entwicklung –
besonders der Urbanisierung – bis zum Jahr 2020 gestalten kann. Ebenso im Fokus stand der zunehmende Tourismus in der Region in Bezug auf die schon heute problematische Wassersituation.
Nach dem Ausscheiden des federführenden Mitarbeiters Stephan Platt, der sich mit Phänomenen
der Demographie, Urbanisierung und des Tourismus beschäftigt hat, wurden diese Arbeiten im PK
beendet.
Bei der Neuausrichtung des PKs sind nun die Auswirkungen der Arbeitsmigration auf gesellschaftliche Strukturen und ökonomische Verhältnisse in den Fokus gerückt, welche im Rahmen einer
Langzeitstudie in der Pilotcommune Ouled Yaoub in der Oase Tinzouline (Mittleres Drâa-Tal) untersucht wurden.
Nutzer- und Interessensgruppen
• Observatoire National des Migrations, Rabat
- Mme Mimouna El-Haouli (Chefin der Institution)
- Ahlame Rahmi (Mitarbeiterin)
• Provinzverwaltung Zagora
- Stellvertreter des Gouverneurs
- Omar Kiki (Abteilungsleiter)
• Association de Développement d’Ouled Yaoub
- Mohamed El Azizi
- Mohamed El Khaloqi
- Abdelmajid Hajji
- Ahmed El Moussaoui
Ergebnisse aus der Case study Ouled Yaoub
Entwicklung der Migration in Ouled Yaoub
Migration in Ouled Yaoub lässt sich historisch in mehrere Migrationswellen zwischen 1950 und
2006 einteilen. Der Beginn der nationalen Arbeitsmigration in Ouled Yaoub wird von lokalen Ex-
Gesellschaft
IMPETUS
314
perten auf Ende der 1950er bzw. Beginn der 1960er Jahre datiert. Diese Migration war saisonaler
Art: Einige Männer verließen während weniger Monate im Jahr das Dorf, um im Norden des Landes (vor allem in den Regionen um Marrakesch, Settat und Casablanca) bei der Ernte zu helfen. Erst
in den 1970er Jahren weitete sich die nationale Migration aus, da die Landwirtschaft als primäre
Einkommensquelle für viele Großfamilien nicht mehr genügte. Besonders die Dürreperiode zwischen 1973 und 1977 zwang viele Männer in die Migration, wobei sich viele zu Gruppen zusammenschlossen und im Bausektor ein Auskommen fanden. Während dieser Phase sind nicht nur
Männer, sondern auch einige Jugendliche migriert. Sie verließen die Schule frühzeitig, um ihre Familien finanziell zu unterstützen.
Da auch die 1980er Jahre Dürreperioden brachten, stieg die Anzahl der Migranten kontinuierlich
an, und es kam zu weiterer Gruppenmigration in den Norden Marokkos. Zwischen 1977 und 1986
ist die Anzahl der im Bausektor beschäftigten Migranten stark angestiegen. Neben dem Bausektor
haben die Männer vor allem in Fabriken, als Wächter und Maler gearbeitet. Ende der 1980er Jahre
begann die Arbeitsmigration in die Westsahara, deren Infrastruktur maßgeblich von marokkanischen Migranten aufgebaut wurde.
Auch in der internationalen Migration fand in den 1970er und 1980er Jahren eine Diversifizierung
in den Migrationszielen statt: Libyen und Saudi-Arabien wurden als reiche Ölstaaten Anziehungspunkte für marokkanische Arbeitsmigranten.
Die 1990er Jahre zeigten dieselbe Entwicklung – die Migrationszahl im Dorf erhöhte sich. Neu war,
dass der Anteil an jugendlichen Migranten anstieg, die die Schule abbrachen. Dies lag zum einen an
der wirtschaftlichen Situation und den fehlenden Arbeitsmöglichkeiten, zum anderen aber auch an
der Beeinflussung durch andere Migranten. Die heutige Migration umfasst alle Altersgruppen und
betrifft alle Familien im Dorf.
In Abb. III.2.4-1 wird die Entwicklung der Anzahl der Erstmigranten in Zehnjahresschritten von
den 1960er Jahren bis heute dargestellt. Bereits in den 1990er Jahren ist die Anzahl der Migranten
stark angestiegen. Diese Tendenz setzt sich ab 2000 fort. Während der ersten sechs Jahre des aktuellen Jahrzehnts wurde die Anzahl der Neumigranten aus den 1990er Jahren bereits übertroffen.
Allein im Jahr 2006 sind 21 Personen erstmalig migriert und fünf ganze Familien endgültig abgewandert. Aktuell befinden sich ca. 65% aller Männer im aktiven arbeitsfähigen Alter in der Migration.
Gesellschaft
IMPETUS
315
Anzahl Neumigranten
80
60
40
20
0
1960-69
1970-79
1980-89
1990-99
2000-06
Abb. III.2.4-1: Entwicklung der Erstmigration pro Dekade in Ouled Yaoub, Stand: 2006 (n=195),
Rademacher (2008b).
Migration in den Kaaba-Dörfern
Ebenso wie in Ouled Yaoub ist das Leben auch in den anderen Kaaba-Dörfern von Migration geprägt. Diese acht Ortschaften im südlichen Tinzouline sind eng vernetzt – Abstammung, Verwandtschaft und eine gemeinsame Geschichte sind die verbindenden Elemente. In den staatlichen Zensuserhebungen werden sie ebenfalls als Gruppe der Kaaba behandelt. Ein Regionalvergleich zeigt
Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede in Bezug auf ihr Migrationsverhalten. Allgemeine Unterschiede können zunächst in der Größe der Dörfer, ihrer ethnischen Zusammensetzung, der Größe
der landwirtschaftlichen Anbaufläche und den hydrogeologischen Verhältnissen festgemacht werden.
Auf der Karte (Abb. III.2.4-2) werden auf der Basis von Angaben des Scheikh (entspricht etwa einem Bürgermeister) für jedes der Kaaba-Dörfer die Anzahl der Haushalte mit der Anzahl der
Migranten verglichen. Informationen der Gemeindeverwaltung von Tinzouline zufolge gab es im
Jahr 2006 56 internationale Migranten aus den Kaaba-Dörfern (vgl. auch Mter 1995:156). Leider
liegen keinerlei Informationen über die nationale Migration vor (auch in den Studien von Mter
(1995) und Bounar (1993) über das Drâa-Tal wird die internationale Migration untersucht, die nationale Migration jedoch nur am Rande erwähnt und nicht quantifiziert).
Gesellschaft
Abb. III.2.4-2:
IMPETUS
316
Karte des südlichen Teils der Oase Tinzouline mit den acht Kaaba -Dörfern sowie der Anzahl der
Haushalte und der Migranten in diesen Dörfern. (Information durch den Scheikh der Kaaba, Stand
November 2005)
Aus der Karte wird ersichtlich, dass man die Kaaba-Dörfer in zwei Kategorien einteilen kann –
einmal Dörfer, in denen es im Verhältnis mehr Migranten als Haushalte gibt und andererseits Dörfer mit annäherndem Gleichgewicht zwischen der Anzahl der Haushalte und der Migranten. Dem
Scheikh zufolge haben alle Dörfer eine ähnliche Migrationsgeschichte mit saisonaler Migration ab
den 1960er Jahren, einem Anstieg während der 1970er und 1980er Jahre aufgrund mehrerer Dürreperioden und stärker ansteigenden Migrationszahlen während der 1990er Jahre. Für Ende der
1990er Jahre datiert der Scheikh den Beginn der Abwanderung ganzer Familien, die sich bis heute
verstärkt.
Den Einwohnern der nördlich gelegenen Dörfer Timkshat, Zawiyya al-Fagous und Qasbat arRamad stand laut Aussagen des Scheikh bis in die 1990er Jahre kein Trinkwasser von guter Qualität
zur Verfügung. Außerdem trafen die Bauern beim Bau bzw. Ausbau von Feldbrunnen auf grünen
Schiefer in geringer Tiefe. Die eher schwierigen topographischen und hydrogeologischen Verhältnisse der nördlichen Dörfer haben meiner Ansicht nach dazu geführt, dass die Menschen ihr Einkommen zu größeren Teilen aus der Migration bestreiten als Menschen in den südlicheren KaabaDörfern. Die drei genannten nördlichen Dörfer haben in den 1990er Jahren Trinkwasserprojekte
realisiert und verfügen über fließendes Wasser. Von den anderen Dörfern verfügt nur Ouled Yaoub
Gesellschaft
IMPETUS
317
über einen Wasserturm und ein Leitungsnetz für die Haushalte. Hier wird aufgrund von Problemen
mit den beiden benachbarten Dörfern, die auch Anspruch auf das System erhoben haben, und vor
allem Problemen mit der Wasserverfügbarkeit das System seit einigen Jahren nicht genutzt. In Ouled Ahmad Ben Ali bestreitet die Bevölkerung wie in den drei nördlichen Dörfern ihr Einkommen
eher aus der Migration denn aus der Landwirtschaft. Kein Dorf außer Zawiyya al-Fagous konnte
aufgrund der spezifischen naturräumlichen Gegebenheiten seine Agrarflächen in den letzten Jahrzehnten ausdehnen. In Ouled Yaoub und Afra konnten nur innerhalb der landwirtschaftlichen Anbaufläche kleine mit Gehölzen bestandene Flächen gerodet und urbar gemacht werden.
Migrationsnetzwerke
Migranten-Netzwerke werden als interpersonelle Beziehungsnetze definiert, die Migranten, ehemalige Migranten und Nicht-Migranten in Herkunfts- und Zielregionen miteinander verbinden (Massey et al. 1993:448). Soziale oder Migranten-Netzwerke basieren auf Gemeinsamkeiten wie Familie, Herkunftsort, Ethnizität oder Geschlecht oder aus einer Kombination dieser Faktoren (de Haan
& Rogaly 2002:9) und dienen zum Informationsaustausch über Arbeitsmöglichkeiten und Arbeitsbedingungen, um Örtlichkeiten zu finden, wo schon andere Migranten leben und arbeiten, zur Unterstützung im Migrationsprozess und der konkreten Hilfe von Erstmigranten bei Wohnungs- und
Arbeitssuche.
Am Beispiel eines jüngeren Arbeitsmigranten (* 1978) wird anhand einer Marokkokarte nachvollzogen, welche bestehenden Netzwerke sein Mobilitätsverhalten maßgeblich beeinflusst haben und
welche möglichen weiteren Optionen sich aus den bestehenden familiären Netzwerkstrukturen weiterhin ergeben können. Es werden daneben ehemalige sowie aktuelle Transferleistungen räumlich
dargestellt. Amir hat neun Geschwister und ist der zweitälteste Sohn. Er hat nach der 8. Klasse das
Collège in Zagora letztlich aus finanziellen Gründen abgebrochen, um seinem Vater in der Landwirtschaft zu helfen. Im Jahr 1995 ist Amir im Alter von 17 Jahren nach Casablanca zu seiner
Großtante väterlicherseits migriert (siehe Abb. III.2.4-3 links). Seine Verwandten haben ihm eine
Anstellung als Malergehilfe besorgt, und Amir arbeitete die nächsten Monate im Bausektor. Amir
hat viele Verwandte väterlicher- und mütterlicherseits in Casablanca. Fast die gesamte Familie seines Vaters ist ab den 1970er Jahren in diese Stadt migriert, doch Amir hat nur zu wenigen Zweigen
dieser Familie einen engen Kontakt.
Gesellschaft
IMPETUS
318
Abb. III.2.4-3: Amirs räumliche Mobilität als Arbeitsmigrant in den Jahren 1995-2008 (links);
Amirs familiäres Netzwerk und bestehende Transferbeziehungen (rechts).
Demgegenüber halten Amir und seine zwei ebenfalls migrierten Brüder einen engen Kontakt zu den
Verwandten seiner Mutter, von denen einige Einzelpersonen bzw. Familien in Casablanca, Ouarzazate und Layyoune leben und arbeiten (siehe Abb. III.2.4-3 rechts).
Nach gut acht Monaten ist Amir zu seiner Familie nach Ouled Yaoub zurückgekehrt und hat wieder
mit seinem Vater zusammen die Felder bestellt. 1998 ist Amir erneut migriert und hat vier Monate
in Al-Jadida im Straßenbau gearbeitet. Diese Arbeit wurde durch Freunde aus Ouled Yaoub vermittelt. Anschließend ist Amir nach Casablanca zurückgekehrt, wo ihm sein Großonkel Mohamed eine
Arbeit im Bausektor vermittelt hat. Während seines zweiten Aufenthalts in Casablanca hat er nicht
mehr bei Verwandten gewohnt, sondern zusammen mit anderen Jugendlichen aus Ouled Yaoub in
einer „Zweck-Wohngemeinschaft“. Drei Jahre verbrachte Amir in Casablanca bei zwei verschiedenen Arbeitgebern im Bausektor. Nach dem Opferfest im Jahr 2001 ist Amir seinem Onkel Chalid
nach Oujda gefolgt. Chalid lebte schon seit 8 Jahren in Oujda und hat in einer Bäckerei gearbeitet,
in der auch Amir einen Arbeitsplatz fand und nach und nach in der Hierarchie der Bäckerei aufstieg. Im Jahr 2002 hat Amir seinen jüngeren Bruder Hussam nach dem Opferfest mit nach Oujda
genommen.
Amir träumt davon, sich eines Tages selbstständig zu machen und „sein eigener Herr“ zu werden.
Als Projekte kämen die Eröffnung einer Bäckerei, einer Téléboutique, eines Lebensmittelladens
oder einer Milchbar in Frage. Bislang scheiterten seine Träume aber am fehlenden Startkapital. Dies
liegt vor allem daran, dass Amir seit seiner Zeit in Al-Jadida seine Eltern finanziell unterstützt. Sein
ältester Bruder Najib hat in Marrakesch studiert, und Amir hat ihn zeitweilig regelmäßig unterstützt. Seine Eltern sind auf Überweisungen aus der Migration angewiesen, die Ali und sein jüngerer Bruder Hussam regelmäßig nach Hause senden. Obwohl sein Vater schon über 60 Jahre alt ist,
arbeitet er weiterhin in der Landwirtschaft und verkauft Datteln über Zwischenhändler nach Marrakesch. Wie die überwiegende Mehrheit der Haushaltsvorstände im Dorf bezieht er keine Rente und
kann von der Landwirtschaft allein nicht leben.
Gesellschaft
IMPETUS
319
Transferleistungen
Anzahl der Haushalte (%)
Ein Ranking der Einkommensquellen gibt darüber Auskunft, aus welchen Quellen die Haushalte in
Ouled Yaoub ihr Einkommen generieren (Abb. III.2.4-4). 65% der Haushalte gaben bei einer Untersuchung von 20 Haushalten Transferleistungen aus der Migration als erste Priorität und damit wichtigstes wirtschaftliches Standbein an. Die restlichen 35% nannten Migration als zweite Priorität
nach Landwirtschaft oder Gehaltsbezügen. 40% der Haushalte gaben Erlöse aus der Landwirtschaft
als zweite Priorität an – damit ist vor allem der Verkauf von Datteln und zu einem geringen Anteil
auch von Getreide, Luzerne oder Gemüse gemeint. 20% der Haushalte nannten als dritte Priorität
den Verkauf von Vieh, zumeist Schafen. Alle Haushalte im Sample besitzen Vieh, vor allem Schafe. Reichere Haushalte besitzen zusätzlich Kühe. Viehbesitz bietet eine gewisse wirtschaftliche Sicherheit, da die Bauern bei finanziellen Engpässen einige Tiere auf dem Markt in Tinzouline verkaufen können. Nur sehr wenige Haushalte verfügen über ein festes lokales Gehalt z.B. als Lehrer
oder über Lohneinnahmen aus dem Betrieb eines Taxis. Wenige Haushalte, und nur solche mit internationaler Migration, besitzen ein Geschäft (Lebensmittelladen mit oder ohne angeschlossener
Telefonkabine) in Ouled Yaoub. Der Besitz von Immobilien in Städten dient mehr als Wertanlage
und Feriendomizil denn als Einnahmequelle.
70
60
50
40
30
20
10
0
Überweisungen aus
Migration
Erlöse aus
Landwirtschaft
Viehverkauf
Löhne und Gehälter
Geschäft
Mieteinnahmen
Einkommensquellen der Haushalte
1. Priorität
2. Priorität
3. Priorität
4. Priorität
5. Priorität
Abb. III.2.4-4: Ranking der Einkommensquellen der Haushalte in Ouled Yaoub (n=20).
Eine Einschätzung zum Einkommen durch die Befragten ergab, dass bei 30% der Haushalte das
Einkommen nicht ausreicht und dass bei 35% der Haushalte das Einkommen nur mit Not und Mühe
ausreicht. Die verbliebenen 35% der Haushalte gaben an, von ihrem Einkommen gut bzw. sehr gut
leben zu können.
Zum Vergleich mit dem oben aufgeführten Ranking wurden aus den in der Befragung erhobenen
Angaben die Einkommensanteile am Gesamteinkommen errechnet. Diese decken sich im Wesentlichen mit der genannten Prioritätensetzung, sind in Abbildung III.2.4-6 aber in nationale und internationale Haushalte unterteilt. Hier fallen leichte Verschiebungen beim Stellenwert der Einkom-
Gesellschaft
IMPETUS
320
mensquellen auf. Bei Haushalten mit internationaler Migration sieht man im Vergleich zu Haushalten mit nationaler Migration eine leichte Verschiebung zugunsten der Landwirtschaft. Haushalte mit
internationaler Migration verfügen über ein höheres Einkommen, können mehr in die Landwirtschaft investieren und erzielen in der Folge ein höheres Einkommen aus der Landwirtschaft (23%)
als Haushalte mit nationaler Migration (15%). Bei der Betrachtung der tatsächlichen Einkommensquellen der Haushalte im Jahr 2006 fällt auf, dass 20% der Haushalte des Sample nur eine einzige
Einkommensquelle haben: die Migration (drei dieser vier Haushalte betreiben keine Landwirtschaft
mehr, der vierte Haushalt nur etwas Landwirtschaft zur Subsistenz). 40% der Haushalte verfügen
über zwei Einkommensquellen: Migration an erster Stelle sowie Land- oder Viehwirtschaft, in einem Fall neben den Geldüberweisungen aus der Migration ein (lokales) Gehalt als Lehrer. 30% der
Haushalte haben drei Einkommensquellen. Nur jeweils ein Haushalt (je 5%) verfügt über vier bzw.
ein weiterer Haushalt über fünf Einkommensquellen.
national
14%
international
11%
15%
23%
66%
71%
Landwirtschaft
Abb. III.2.4-5:
Migration
andere Quellen
Einkommensquellen nationaler und internationaler Haushalte. Die Klassen „andere Quellen“ umfasst
Einkommen aus Viehverkauf, Löhnen und Gehältern, Geschäften und Mieteinnahmen.
Der Grundannahme von Vertretern der neuen Migrationsökonomie, dass Migration zur Unterhaltssicherung der Haushalte beiträgt, kann voll zugestimmt werden. Der zweiten Grundannahme hingegen, dass Migration zu einer Einkommensdiversifizierung der Haushalte führt, kann für Ouled Yaoub nur bedingt zugestimmt werden. Nur 40% der Haushalte haben drei und mehr Einkommensquellen, ein Fünftel der Haushalte ist jedoch zu 100% von der Migration abhängig. Hier ist jedoch
das Entwicklungsstadium von Haushalten zu beachten und die Tatsache, dass viele Haushalte in
Bildung investieren – eine Investition, die sich erst in der Zukunft „bezahlt“ machen wird.
Gesellschaft
IMPETUS
321
Literatur
BOUNAR, Abdelhadi (1993): L'urbanisation dans un milieu d'oasis présahariennes (La vallée du Draa et le pays de
Ouarzazate). Thèse de doctorat. U.F.R. de Sciences Humaines, Université de Poitiers.
DE HAAN, Arjan & ROGALY, Ben (2002): Introduction: Migrant Workers and Their Role in Rural Change. In: DE
HAAN, Arjan & ROGALY, Ben: Labour Mobility and Rural Society, S. 1-35.
MASSEY, Douglas S.; ARANGO, Joaquín; HUGO, Graeme; KOUAOUCI, Ali; PELLEGRINO, Adela &
TAYLOR, J. Edward (1993): Theories of International Migration: A Review and Appraisal. Population and
Development Review 19 (3), S. 431-467.
MTER, Abdellah (1995): La population ksourienne du sud du Maroc et l'émigration internationale. Le cas des vallées
du Dadess et du Draa dans la Province de Ouarzazate. Geographie, Université de Poitiers, U.F.A. des Sciences
Humaines et des Arts.
RADEMACHER, Christina (2008a): Traditional and Modern Irrigation in Ouled Yaoub. In: SCHULZ, Oliver &
JUDEX, Michael: IMPETUS Atlas Morocco. Research Results of the IMPETUS project 2000-2007, S. 75-76.
Bonn.
RADEMACHER, Christina (2008b): Work Destinations of Ouled Yaoub Labour Migrants. In: SCHULZ, Oliver &
Bonn.
RADEMACHER, Christina (2008c): Investments in Land and Water Rights in Ouled Yaoub. In: SCHULZ, Oliver &
Bonn.
Gesellschaft
IMPETUS
322
PK Ma-G.2 Wasser- und Weidenutzung im Spannungsfeld zwischen traditionellen Entscheidungsprozessen und staatlichen Institutionen
Der Wochenmarkt (souk) nahe dem Ort Ait Kassai. Ein Treffpunkt für Nomaden, Bauern und Händler. Neben dem
Marktgelände befinden sich hier wichtige Infrastruktureinrichtungen wie ein Krankenhaus, eine Sekundarschule und
das Kaidat als wichtigste Verwaltungseinrichtung im ländlichen Raum. Hier versammeln sich die transhumanten Viehzüchter der Region, um das Öffnen und Schließen des agdals im Frühjahr zu beschließen und zu verkünden.
Problemstellung
Im Fokus des Problemkomplexes PK Ma-G.2 steht die Nutzung der kollektiven natürlichen Ressourcen die variabel genutzt werden und deren Zugang prinzipiell von den Entscheidungen der entsprechenden lokalen Kontrollinstitutionen abhängig ist. Im Gegensatz zu den sich im Privateigentum befindlichen Oasenfeldern steht die Nutzung prinzipiell der gesamten Gemeinschaft offen. Allerdings haben sich bestimmte gewohnheitsrechtliche Nutzungsmuster herausgeprägt die den alltäglichen Zugang bestimmen. Wasser und Weideland sind also traditionell kollektive Ressourcen, deren Nutzung und Verteilung früher die ansässigen Gemeinschaften in Eigenverantwortung regelten.
Seit Beginn der französischen Protektoratszeit beansprucht jedoch der Zentralstaat die Entscheidungskompetenz über den Zugang zu diesen Ressourcen. Trotz der formalen Zuständigkeit des
Zentralstaates sind auf lokaler Ebene islamisch begründete und auf traditionellen Vorgehensweisen
basierende Kontroll- und Verteilmechanismen wirksam.
Während zum Beispiel an der feuchteren Nordflanke des Atlas-Gebirges auf Kollektivland auch
Regenfeldbau betrieben wird, wird im Arbeitsgebiet dieses Land bevorzugt für die Weidewirtschaft
Gesellschaft
IMPETUS
323
verwendet. Das gilt fast uneingeschränkt für die Region am Südabhang des Hohen Atlas, wo Kollektivland fast ausschließlich Weideland ist. Die durch die Umnutzug des ehemaligen Kollektivlandes aufgeworfenen Eigentumsfragen sind komplex und teilweise noch nicht endgültig gelöst.
Der PK Ma-G.2 untersucht Strategien der Nutzung von kollektiven natürlichen Ressourcen und
versucht Entscheidungsprozesse zu definieren und zu analysieren, die im Drâa-Einzugsgebiet den
Zugang zu den Ressourcen regeln. Durch eine Institutionenanalyse die exemplarisch für ein Gebiet
im Zentralen Hohen Atlas durchgeführt wurde, konnte die Kompetenzverteilung für das Ressourcenmanagement auf den verschiedenen Hierarchieebenen und Institutionen aufgezeigt werden. Wegen der de facto bestehenden Rechtspluralität wurden sowohl die modern-zentralstaatlichen als
auch die traditionell-tribalen Institutionen berücksichtigt, die auf verschiedenen Ebenen der Entscheidungsfindung zum Tragen kommen können. Viele Managementprobleme haben ihre Wurzeln
in diesem Konfliktfeld konkurrierender Rechtsansprüche.
Mitarbeiter
H. Kirscht, A. Linstädter, G. Baumann, R. Drees, B. Kemmerling
Zielsetzung
Ein zentrales Anliegen dieses Problemkomplexes ist es, ökologische und sozioökonomische Mechanismen eines nachhaltigen Weidemanagements zu verstehen. Dabei wird von der Hypothese
ausgegangen, dass dieses ökologische und ökonomische Puffer schafft bzw. erhält, wodurch die
raum-zeitliche Variabilität der Naturressourcen aufgefangen wird. Die Gültigkeit dieser Hypothese
wird innerhalb der Problemkomplexe Ma-L.1, Ma-L.2 und Ma-G.2 über eine interdisziplinäre, weideökologische und ethnologische Bearbeitung und die Modellierung mit BUFFER überprüft. Im
vorliegenden Problemkomplex steht dabei die Frage im Vordergrund, inwieweit traditionelle und
staatliche Institution dazu die nötigen Rahmenbedingungen schaffen und ob die aktuell beobachteten Entscheidungsprozesse
zu einem (im Sinne der
Puffer-Hypothese) funktionell angepassten Weidemanagement führen.
Der PK untersucht konkret, welche realen und
virtuellen Gremien und
Institutionen an Nutzungsentscheidungen beteiligt
Abb. III.2.4-6 Die Überschneidung territorialer und administrativer Einheiten (aus
Finckh, M. und H. Kirscht 2008)
sind, wie formelle und
informelle Instanzen inter-
Gesellschaft
IMPETUS
324
agieren, welche Prozesse der Entscheidungsfindung existieren und welche Kriterien für die jeweiligen Entscheidungen herangezogen werden. Die Kriterien erhalten ihre besondere Relevanz vor dem
Hintergrund der Frage, inwieweit Landnutzungsentscheidungen im Sinne nachhaltiger Landnutzung lenkbar sind. Dafür ist ein gutes Verständnis der Kompetenzbereiche der verschiedenen Institutionen nötig, sowohl in ihrer räumlichen als auch in der administrativen Dimension. Als
Inputdaten
fließen
Informationen
über
traditionelle-tribale
und
staatlich-administreative
Institutionen auf den verschiedenen räumlichen Ebenen, in die Betrachtungen ein. Zur
Visualisierung und späteren Verarbeitung in den Informationssystemen werden die
Kompetenzbereiche der Institutionen in ein GIS-System integriert. Die Bestandsaufnahme der
Institutionen des Ressourcenmanagements beschreibt dabei die Akteure funktional und räumlich.
Elemente des IS sind also formelle und informelle Institutionen sowie Personen- und
Personengruppen sowie die räumlich und quantitativ definierten Ressourcen. Die Einzelergebnisse
der interdisziplinären Untersuchungen werden in einem konzeptionellen Expertenmodell, das die
Entscheidungsbäume und Wirkungsmechanismen des Ressourcenmanagements abbildet integriert.
Dieses Expertenmodell wird direkt in eine regelbasierte, ökologisch-ökonomische Modellierung des
Ressourcenmanagements mit seinen Wechselwirkungen zur Verfügbarkeit dieser natürlichen Ressourcen umgesetzt (BUFFER; vgl. PK Ma-L.2). Darüber hinaus bilden die Entscheidungsabläufe,
die das konzeptionelle Modell nachbilden kann, die Grundlage des Informationssystems ISII. Die
durch Überschneidungen der Kompetenzbereiche der beteiligten Akteure entstehenden Konfliktfelder werden dabei identifiziert. Es ergibt sich so die Möglichkeit institutionelle Ansatzpunkte für
nachhaltige Landnutzungskonzepte und Managementpläne aufzuspüren. Mit Hilfe des Simulationsmodells BUFFER können postulierte nachhaltige Landnutzungskonzepte direkt in ihrer Auswirkung auf die natürlichen Ressourcen abgeprüft werden. Da ein nachhaltiges Ressourcenmanagement in ariden und semiariden Klimata an die zeitlich und räumlich extrem heterogene Ressourcenverfügbarkeit angepasst sein muss, werden die zugrunde liegenden Prinzipien des Landmanagements ebenso im Fokus des ökologisch-ökonomischen Modells BUFFER stehen wie die Dynamiken und die „Puffer-Qualität“ der natürlichen Ressourcen Weide und Wasser.
Stand der Arbeiten
Im Jahr 2008 sind sowohl die Arbeiten zur Weideökologie (vgl. den Zwischenbericht zum Problemkomplex MA-L.2), zum Weidemanagement in der Fallstudie „Weidegebiet der Ait Toumert“ als
auch zu den relevanten Institutionen dem Zeitplan entsprechend umgesetzt worden. Dies erfolgte
bei den ersten beiden Punkten in enger interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen ökologischen
und ethnologischen Bearbeitern.
Institutionelle Aspekte des Weidemanagements in der Atlasregion
Um institutionelle Aspekte eines nachhaltigen Weidemanagements zu verstehen, müssen Indikatoren und Kriterien für Entscheidungen im Rahmen des lokalen Herden- und Ressourcenmanage-
Gesellschaft
IMPETUS
325
ments bekannt sein. Nur so werden beispielsweise Mobilitätsentscheidungen nachvollziehbar und
damit regelbasiert modellierbar. Eine entsprechende Datenlücke wurde bereits zu Beginn der 3.
Antragsphase identifiziert. Sie konnte im Berichtsjahr im Rahmen der Feldforschung für eine Diplomarbeit (B. Kemmerling) geschlossen werden. Die folgenden drei Aspekte wurden während der
Feldforschung von September bis November 2007 untersucht: (i) lokales Wissen zur Naturressource “Weide”, insbesondere zu Futterpflanzen, (ii) Weidemanagement und Mobilitätsmuster (vgl. den
Bericht zum PK Ma-L.1), und (iii) soziale Netzwerke und Institutionen.
Lokales Wissen der Ait Toumert zu Futterpflanzen im Weidegebiet Hoher Atlas
Im Jahr 2007 wurden Befragungen mit Hirtennomaden zur Bedeutung von Futterpflanzen durchgeführt (Kemmerling et al.in prep.). Hierbei kam die Freelisting-Methode zum Einsatz (siehe Zwischenbericht 2007), bei der 17 Informanten auf Nachfrage spontan alle Pflanzenarten nannten, die
von ihren Tieren gefressen werden. Resultat waren 17 Listen, die vergleichend zu den von Gisela
Baumann im Gebiet erhobenen Vegetationsdaten ausgewertet werden konnten. Dabei bestand folgende Frage: Bemessen die Hirten der Ait Toumert den Wert von Weidepflanzen nach ihrer Häufigkeit? Wenn nicht, welche Pflanzeneigenschaften ziehen sie heran, um den Wert von Pflanzen
Abb. III.2.4.-7: Gegenüberstellung von lokaler Wertschätzung (SIanthro) zu ökologischem Wert (SIeco) von Futterpflanzen im Weidegebiet Hoher Atlas. Es findet sich keine signifikante Korrelation der Werte.
Pflanzen auf Sommerweidegebieten (schwarz, Hochgebirge) werden lokal als sehr bedeutsam bewertet, trotz ihrer geringen Häufigkeit. Einige Pflanzen der Winterweidegebiete (grün, Becken von
Ouarzazate) sind von geringem lokalem Wert, kommen jedoch sehr häufig vor. Zur Orientierung
ist eine Diagonale eingezeichnet (equal valuation line), die angibt, wo lokale und ökologische
Wertschätzung übereinstimmen (Quelle: Daten von Gisela Baumann und Birgit Kemmerling,
Entwurf: G. Baumann).
bzw. einer Weide zu bestimmen und damit in Konsequenz ihre Management-Entscheidungen zu
treffen? Um einen direkten Vergleich von lokaler Wertschätzung und ökologischer Bedeutung vor-
Gesellschaft
IMPETUS
326
nehmen zu können, wurden Vegetationslisten und Freelistings so ausgewertet, dass jeder Pflanzenart je nach Listenplatz, Häufigkeit der Nennung und Länge der Liste ein lokaler und ein ökologischer Rank zugeordnet wurden. Dieser Rank oder Wert wird als Smith’s Index (SI) ausgedrückt.
Damit kann für alle Pflanzen, für die eine eindeutige Zuordnung von Berber- zu wissenschaftlichem
Namen möglich war, dem ökologischen Wert (SIeco) direkt ein lokaler Wert (SIanthro) gegenübergestellt werden.
Die Gegenüberstellung von lokaler und ökologischer Bewertung zeigt, dass Häufigkeit allein für die
Hirten der Ait Toumert noch kein Maß für den Wert einer Futterpflanze darstellt. Aufgrund von
ähnlichen Ergebnissen in semiariden Weidegebieten Namibias und Befragungen in Marokko wurde
überprüft, ob die Lebensform einer Pflanze (d.h. ihre Langlebigkeit) für ihre Bewertung eine Rolle
spielt. Hierfür wurde ein einheitsloser Präferenz-Index aus der Differenz beider Ranks berechnet.
Es zeigt sich, dass ausdauernde Pflanzen, insbesondere Bäume, Dornpolster- und Zwergsträucher,
für die Hirtennomaden der Ait Toumert viel wichtiger sind als ihr geringes Vorkommen im Untersuchungsgebiet induziert. Umgekehrt zeigt sich, dass annuelle und kurzlebige Arten mit wenig
Biomasse, z.B. annuelle Gräser und Kräuter, in ihrer Bedeutung gering geschätzt werden, obwohl
sie im Gebiet häufig sind. Eine allgemeine Regel könnte lauten: Je langlebiger eine Pflanze, desto
höher ist ihr Wert für die Nomaden.
Abb. III.2.4-8: Abhängigkeit der lokalen Wertschätzung von funktionellen Kriterien, hier der Lebensform angeordnet
von der langlebigsten zur kurzlebigsten: TRE Bäume; C XE Dornpolster; D SH Zwergsträucher; P
GR ausdauernde Gräser; P FO ausdauernde Kräuter; A FO annuelle Kräuter; A GR annuelle Gräser.
Diese Lebensformen kommen auf den Weidetypen mit veränderlicher Abundanz vor: schwarz Sommerweide; rot Zwischenweide; grün Winterweide. Der gezeigte Präferenz-Index ist positiv bei häufigen Lebensformen mit geringem lokalem Wert und negativ bei seltenen Lebensformen, die lokal als
wichtige Futterpflanzen eingeschätzt werden.
Weiterhin kann aus diesen Ergebnissen abgeleitet werden, dass die Sommerweidegebiete für die
lokalen Hirten von größerer Bedeutung sind als die Winterweidegebiete. Welche Erklärung können
wir dafür finden? Anthropologische Begründungen können z.B. sein, dass sich die besondere Einordnung der Sommerweiden durch traditionelle Zugriffsrechte erklärt. Da die Sommerweiden die
einzigen allein den Ait Toumert vorbehaltenen Gebiete sind, werden sie traditionell als sehr wichtig
angesehen. Die Ergebnisse können aber auch im ökologischen Kontext interpretiert werden. Die
Gesellschaft
IMPETUS
327
Hirtennomaden der Ait Toumert schätzen besonders jene Pflanzen, die langlebig sind und die Weidegebiete, auf denen diese Pflanzen in großer Menge vorkommen. Sie bieten ihnen eine verlässliche
Futterquelle selbst in Trockenperioden. Ausdauernde Pflanzen bilden Reservebiomasse aus und
können so die Auswirkungen von Zeiten mit geringerem Niederschlag abpuffern. Die Hirtennomaden integrieren implizit ihre langjährige Erfahrung in ihr Wissen zu bestimmten Schlüsselarten.
Insbesondere in Zeiten von Dürre ist die Verlässlichkeit von Pflanzen und Weiden ein wichtiges
Hilfsmittel für die Mobilitätsentscheidungen der Nomaden.
Aufnahme des Zustands von Weidegebieten als Ausgangszustand für BUFFER
Zur Erfassung der Abundanz funktioneller Pflanzentypen auf den Weiden der Ait Toumert wurden
im Frühjahr 2008 auf allen vier Höhenstufen (TRL, TAO, AMS, TZT) Vegetationsaufnahmen
durchgeführt. Zusätzlich wurden die beiden Weidegebiete Imlil und Asselda vegetationsökologisch
charakterisiert. Bereits im Herbst 2007 wurden im Gebiet Weidegradienten ausgewählt und nun mit
je acht Aufnahmen erfasst. Dabei wurde die Deckung in Prozent für jede Pflanzenart geschätzt, Boden-, Lage- und Störungsparameter erfasst sowie eine Analyse des Verbisszustands dominanter
Sträucher durchgeführt. Zu den vorläufigen Ergebnissen siehe den Zwischenbericht zum Problemkomplex Ma-L.2. Im Jahr 2009 wird die statistische Auswertung erfolgen. Resultat ist die Charakterisierung der Weidegebiete der Ait Toumert via Response Groups als Ausgangszustand für das Modell BUFFER.
Die Bedeutung der sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen für das Weidemanagement
Obwohl die Entscheidungsfindungsprozesse für das Weidemanagement vom lokalen Umweltwissen
der Hirten beeinflusst werden, müssen die konkreten Managemententscheidungen von der Pastoralnomadischen Familie bzw. deren Oberhaupt getroffen werden. Diese sind stark von den ökonomischen Verhältnissen und sozialen Netzwerken der jeweiligen Familie abhängig. Sowohl Umweltals auch soziale Faktoren bestimmen das Risiko
einer Familie Krisenzeiten ausgesetzt zu sein, sie
sind also Indikatoren für ökonomische Vulnerabilität eines nomadischen Haushalts. Es hat sich gezeigt, dass die Vulnerabilität bei wohlhabenderen
Familien geringer als bei ärmeren Familien ist wobei Wohlstand und Armmut durch vier Kriterien
Abb. III.2.4-9:Weidewirtschaftliche Risikominimie- definiert wurde: 1) der innerhalb der Familie vorrungsstrategien in verschieden einhandenen Arbeitskraft, 2) dem Herdenkapital, 3)
geschätzten Jahren
dem Einkommen aus alternativen (zur Viehzucht)
Quellen und 4.) der Einbindung in lokale Verwandtschaftsnetzwerke, die als sozial institutionalisierte Ressource betrachtet wurden (Vgl. Breuer 2007: 170f.). Wohlabendere Familien mit vielen
Gesellschaft
IMPETUS
328
Arbeitsfähigen Mitgliedern, alternativen Einkommen und guter Vernetzung können auch in Krisenzeiten einen höheren Bestand an Tieren (und damit Vermögen) erhalten,während ärmere Familien
eher gezwungen sind, ihre Herde zu verkleinern. Das zeigt sich auch darin, dass neben der Mobilität
noch eine Reihe anderer Risikominimierungsstrategien zum Tragen kommen, vor allem während
trockener Jahre. Die Interviews mit Pastoralnomaden der Ait Toumert über ihre Familienstrukturen
haben ergeben, dass die Mehrzahl der Familien zusätzliche Einkommensquellen neben der Weidewirtschaft nutzt. Die Unterstützung verläuft meist vertikal, d.h. Söhne leisten finanzielle Hilfe für
die Väter oder umgekehrt. Horizontale Unterstützung ist nicht üblich, so dass Geschwister nicht
dazu tendieren, sich gegenseitig zu helfen, es sei denn, sie sind wirtschaftlich miteinander verbunden, beispielsweise über eine gemeinsame Herde. Vertiefende Befragungen machten deutlich, dass
zusätzliche Einkommensquellen essentiell für Risiko minimierende Strategien sind und den Handlungsspielraum im hohen Maße bestimmen. Der Zukauf von Futter während der Winterzeit ist inzwischen üblich. (Abb.: X6) Er wird häufig sogar in “normalen” Jahren praktiziert. Der Massenverkauf von Tieren in sehr schlechten Jahren ist oft die letzte Lösung, wenn es gilt einen Totalverlust
zu verhindern, was vor allem bei ärmeren Familien, die nicht genügend finanzielle Mittel zum Erwerb von Zusatzfutter aufbringen können, häufiger und mit gravierenden Konsequenzen passiert.
Die pastoralnomadische Praxis des Weidemanagements ist das Resultat komplexer Entscheidungsprozesse die unter Einbeziehung lokalen Wissens über Pflanzenverfügbarkeit, klimatischer Variabilität und den sozialen Verhältnisse der Gesellschaft zunächst individuelle Managementstrategien
ermöglichen. Im gesellschaftlichen Kontext ergibt sich jedoch ein Set von Handlungsmöglichkeiten
aus dem sich die individuellen Akteure bedienen Für und bedeutet das, dass die Untersuchung der
Rolle des lokalen Wissens zu einem funktionalen Verständnis der Resilienzmechanismen eines
komplexen Managementsystems beitragen kann.
Gesellschaft
IMPETUS
329
Stand der Arbeiten: Modelle
Modell BUFFER
Mit Hilfe des ökologischen Simulationsmodells BUFFER sollen die Auswirkungen von unterschiedlichen Beweidungsstrategien von Hirtennomaden auf Weidegebiete im Drâa-Einzugs-gebiet
untersucht werden. Das Modell befindet sich nach einem Wechsel des Bearbeiters noch in der Entwicklungsphase. Seit Anfang 2008 arbeitet Romina Drees an BUFFER. Da die Konzipierung des
Modells zu Beginn 2007 weitgehend abgeschlossen war, konnten in den vergangenen beiden Jahren
Datenlücken identifiziert und entsprechende Nacherhebungen sowohl weideökologischer als auch
ethnologischer Daten initiiert werden. Diese sind inzwischen weitgehend abgeschlossen bzw. befinden sich in der Schlussauswertung (vgl. den Bericht zum PK Ma-L.2) und stehen für eine Integration in BUFFER zur Verfügung.
Aus Klimadaten der IMPETUS-Klimastationen 2000-2006 wurden schematische Abschätzungen
Tizi-N-Tounza
Sommerweiden
Imeskar
Zwischenweiden
Nahe Winterweiden
Taoujgalt
Trab Labied
Normativer Transhumanzzyklus
Ferne Winterweiden
Monate
Abb. III.24.-10: Normativer Transhumanzzyklus der Ait Toumert in raum-zeitlicher Darstellung. Graustufen geben
die geschätzte Verfügbarkeit oberirdischer fressbarer Biomasse. Quelle: sozioökonomische Daten
von Birgit Kemmerling (Kemmerling et al.), Entwurf Romina Drees.
von verfügbarer Biomasse entlang des Jahresverlaufs und des Höhengradienten vorgenommen
(Abb. III.2.4-10, grau hinterlegt). Aus Befragungen der Nomaden zu den Zugstrategien
(Kemmerling et al. in prep.) wurde der normative Transhumanzzyklus beschrieben. Normativ
bedeutet, dass die tatsächlichen Zugwege vom idealtypischen Verlauf des Transhumanzweges
abweichen können. Der normative Zyklus zeigt, dass die Nomadenhaushalte im Frühjahr von den
fernen Winterweiden auf die Zwischenweiden ziehen. Dort verweilen sie bis nach der AgdalRegelung die Sommerweiden im Sommer betreten dürfen. Im Herbst ziehen sie, wenn es auf den
oberen Flächen wieder kalt wird, zurück auf die Zwischenweiden.
Allerdings variiert die Futterverfügbarkeit aufgrund der hohen klimatischen Variabilität sehr
zwischen den Jahren. Dies spiegelt sich in entsprechenden Abweichungen vom normativen
Transhumanzzyklus wider. Aus Befragungen von (Kemmerling et al. in prep.) wurde nach
Gesellschaft
IMPETUS
330
entsprechenden Abweichungen von der Norm in „gut“, „normal“ und „schlecht“ klassifizierten
Jahren gefragt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Haushalte auch innerhalb der Ait Tourmert
Fraktion aufspalten. Es gibt keine allgemein genutzte Strategie. Abb. Ma-G.2.“4“ zeigt, welche
Strategie in Jahren mit guter, normaler und schlechter Ressourcenlage am meisten angewandt wird
Gutes Jahr
Normales Jahr
Schlechtes Jahr
Höhe
Summer pastures
Intermediate pastures
Meist angewandte Strategie
Nächst präferierte Strategie
Normativer Transhumanzzyklus
Monate
Monate
Near winter pasture
Far winter pasture
Monate
Abb. III.2.4-11: Normativer Transhumanzzyklus sowie die beiden am häufigsten genannten, teilweise vom normativen
Zyklus abweichenden Zugstrategien der Ait Toumert-Haushalte. Mit Graustufen dargestellt ist geschätzte Verfügbarkeit
oberirdischer fressbarer Biomasse. Quelle: sozioökonomische Daten von Birgit Kemmerling (Kemmerling et al.), Entwurf Romina Drees.
(ca. 50 % der Familien) und welche jeweils die nächst präferierte Strategie ist (die von
durchschnittlich 30 % der Haushalte genannt wurde).
Es fällt auf, dass Abweichungen von der Norm nur in der Winterzeit zwischen Oktober und März
auftreten. Dies ist die Zeit mit der geringsten und am wenigsten sicheren Futterverfügbarkeit. In
guten Jahren nutzt die Mehrheit der Familien nicht die fernen Winterweiden. Entgegen unserer
Erwartung, dass in schlechten Jahren die fernen Winterweiden genutzt werden, um von den
Stammflächen auf größere Flächen auszuweichen, zeigen die Befragungen: Je weniger Regen fällt,
desto weniger kann Futter auf den fernen Weiden wachsen, so dass diese in den schlechten Jahren
komplett gemieden werden.
Die Anpassungsstrategien der Nomaden erlauben Rückschlüsse auf ressourcenknappe Zeiten und
Weidegebiete. Diese Informationen sollen mit dem Modell BUFFER auf der Grundlage von
Klima- und Vegetationsdaten abgeglichen werden. In einem weiteren Schritt können die
Auswirkungen von Klimawandel und Nutzungsänderungen (in Form der IMPETUS-Szenarien) für
die Ressourcenverfügbarkeit und die Nachhaltigkeit der heutigen hirtennomadischen Strategien
analysiert werden. Ein zentrales Ergebnis unserer bisherigen Untersuchungen ist, dass die Mobilität
der nomadischen Familien entscheidend für die Anpassungsmöglichkeiten an die variable Umwelt
ist. Dieses sollte immer bei der Entwicklung von Landnutzungsoptionen in dieser Region bedacht
werden. Des weiteren können mit Hilfe des Buffer-Modells Auswirkungen klimatischer
Veränderungen auf die Futterverfügbarkeit und damit auch die Veränderung der Zugrichtungen
demonstriert werden. Auf der anderen Seite können Auswirkungen von einer bestimmten
Nutzungsart, in Form einer bestimmten Herdengröße über eine Fläche und einer bestimmten Zeit
Gesellschaft
IMPETUS
331
verteilt, auf die verfügbare Futterpflanzenmenge im folgenden Jahr gezeigt werden.
Stand zur SDSS/IS/MT-Entwicklung
ISII - Informations-System der Institutionellen Interdependenzen
Die Arbeiten am Informations-System der Institutionellen Interdependenzen (ISII) haben sich in der
zurückliegenden Projektphase auf einen Ausbau der Datengrundlage konzentriert. Es wurden vor
allem Informationen zu lokalen NGOs aus dem Bereich Ressourcennutzung gesammelt. Dazu
zählen die Associations des Usager des Eaux Agricoles (AUEA) von denen die meisten zwischen
1995 und 2003 gegründet wurden und die Organisme Pastorale (OP), die relativ rezent etabliert
wurden. Darüberhinaus gibt es eine ganze Reihe von Vereinigungen deren Aufgabengebiet weiter
definiert ist und neben Ressourcenschutz und –verwaltung oft die Förderung von Frauen im
ländlichen Raum unterstützt. Als weitere Inputdaten wurden allgemeine Informationen über
traditionelle und staatliche Institutionen auf verschiedenen Ebenen verwendet Daneben werden die
Kompetenzbereiche der Institutionen (legal, räumlich und thematisch) in ein GIS-System integriert.
Die Bestandsaufnahme der Institutionen des Ressourcenmanagements beschreibt dabei die Akteure
funktional und räumlich. Objekte des IS sind relevante Stakeholder, also formelle und informelle
Institutionen (z.B. Gemeinden, Kaidate, Douars,) sowie Personen- und Personengruppen (NGOs,
Wassernutzer¬verbände) sowie die räumlich und quantitativ definierten Ressourcen. (z.B. tribale
Weidegebiete, Bewässerungsflächen). Während staatliche administrative Strukturen (wie Province,
Cercle, Commune oder Kaidat) räumlich gut definiert sind, sind traditionelle, tribale Strukturen
räumlich nur sehr schwer zu fassen. Neue Versuche auch außerhalb des Kernbereichs der
Untersuchungen gelegene Territorien mit GIS-Mitteln räumlich anhand der ethnischen
Zusammenstzung der Dörfer zu erfassen, bedürfen noch einer Überprüfung im Feld. Die so erstellte
Kartierung der räumlichen Kompetenzbereiche von Institutionen des Ressourcenmanagements wird
um formelle und thematische Informationen ergänzt, um so ortsbezogene Informationen zur
Verflechtung von Institutionen des kommunalen Ressourcen-Managements im Hohen Atlas
darzustellen.
Die
auf
den
verschiedenen,
sich
räumlich,
konzeptionell
und
rechtlich
überschneidenden Entscheidungsbäumen angeordneten Institutionen des Ressourcenmanagements
können so dargestellt werden. Das IS soll Entscheidungsräume unterschiedlicher Inklusivität
abbilden und die in den Entscheidungsräumen jeweils relevanten Akteure darstellen. Die
potentiellen Konfliktfelder der beteiligten Akteure werden durch die Kompetenzüberschneidungen
bestimmt bzw. identifiziert.
SDSS Padrâa
Das SDSS PADRÂA hat die Aufgabe, sowohl lokales Umweltwissen als auch wissenschaftliches
Wissen Wichtige Aspekte des lokalen Umweltwissens der Hirtennomaden ist im Berichtsjahr in
Gesellschaft
IMPETUS
332
wissenschaftliches Wissen („messbare Größen“) übersetzt worden. Ein wichtiges Ziel des
Entscheidungsunterstützungssystems PADRÂA ist es, dieses lokale Wissen mit weideökologischen
Informationen zu verschneiden und als kombiniertes Wissen für Entscheidungsträger in der Region
verfügbar zu machen. Das SDSS Padrâa integriert somit Daten, Modellergebnisse und Fragestellungen aus den PKs Ma-L.2 und Ma-G.2. Es ist noch nicht zur „Version Null“ gelangt, da die Arbeit am zugrunde liegenden Modell BUFFER noch nicht abgeschlossen ist (siehe oben). Es existieren jedoch für Padrâa detaillierte Planungen der Zielgruppe, der Fragestellung und des notwendigen
Dateninputs. Weiterhin ist bereits definiert worden, an welchen Stellen Experten in den Entscheidungsablauf eingreifen können und auf welche Weise ihr Wissen einfließt, und wie die Ergebnisse
aufbereitet und ausgegeben werden sollen. Innerhalb des SDSS PADRÂA soll das Modell Buffer
zur Anwendung kommen und Aufschluss geben über die beiden (in enger Zusammenarbeit mit lokalen Stakeholdern identifizierten) Fragen „Welche Strategie der Ressourcennutzung ist nachhaltig?“ und „Wo ist zu welchen Zeiten Futter besonders knapp?“
Stand der Arbeiten:
Bei der Auswahl der verfügbar gemachten Informationen muss beachtet werden, dass gezielte
Interventionen, die ein langfristig nachhaltiges Ressourcenmanagement anstreben, für die lokale
Bevölkerung nur dann attraktiv und akzeptabel sind, wenn Konsens darüber hergestellt werden
kann, wem die nachhaltig nutzbar gemachte Ressource letztendlich zugute kommen wird.
Erfahrungen verschiedener Einrichtungen haben gezeigt, dass die vorhandene rechtliche
Unsicherheit, aber auch eine mangelnde Akzeptanz geplanter Maßnahmen, oft lediglich kurzfristige
Exploitationsstrategien fördern, die einem nachhaltigen Ressourcenmanagement entgegenstehen.
Werden solche Maßnahmen trotzdem, zum Beispiel durch staatlichen Druck, durchgeführt, kann
das die traditionellen Instrumente des kollektiven Ressourcenmanagements untergraben und zu
einer Verschärfung latent vorhandener Interessenskonflikte führen. Die im Berichtsjahr 2008
durchgeführten Capacity Development Maßnahmen zielten deshalb darauf ab, neben der Schulung
an der technischen Plattform zur Datenübergabe, in allen Phasen der Entwicklung die Akzeptanz
und Nutzerfreundlichkeit der Anwendungen mit den lokalen Stakeholdern abzustimmen.
Dazu wurden im zurückliegenden Jahr die Kontakte zum Biodiversitätsprojekt „Projet pour la Conservation de la Biodiversité par la Transhumance dans le Versant Sud du Haut Atlas“ (CBTHA)
weiter ausgebaut. Im März wurde die Arbeit des Problemkomplexes und eine Konzept des geplanten „Informationssystems Institutionelle Interdependenzen“ (ISII) bei einer Sitzung des Comité de
Pilotage in Ouarzazaze vorgestellt (siehe auch Arbeitsbericht des Comité) und mit den anwesenden
Stakeholdern und Entscheidungsfindern diskutiert. Die Anregungen sind in die Weiterentwicklung
des konzeptionellen Systemaufbaus eingeflossen. Am 11. und 12. März 2008 wurde gemeinsam mit
Gesellschaft
IMPETUS
333
A. Enders das IMPETUS Framework in Ouarzazate marokkanischen Kollegen vorgestellt und vorläufige Versionen der IS und SDSS diskutiert.
Im Mai
2008 wurde dementsprechend von den Federführenden des PK Ma-G.2 (Kirscht,
Linstädter) ein weiterer viertägiger Workshop in Ouarzazate durchgeführt. Neben Mitarbeitern der
veranstaltenden Organisationen nahmen Vertreter der ORMVAO aus Ouarzazate am Workshop teil.
Auf der Tagesordnung stand die Arbeit an den Transferprodukten PADRÂA, PLANT, ISII und
LUD-HA in Form von Vorträgen und Werkstattgesprächen. Konkret wurden das IS PLANT und
das IS LUD-HA jeweils an einem Tag vorgestellt. Die Teilnehmer des Workshops hatten jeweils
die Möglichkeit, mit Hilfe des IMPETUS-Laptoplabors die beiden Systeme ausführlich zu testen.
Feedback (zum Beispiel zur Systemstruktur und zur Dokumentation der IS) wurde mit Hilfe von
Evaluationsfragebögen sowie direkt an den Systementwickler Andreas Enders gegeben und in den
folgenden Monaten (d.h. bis zur Statuskonferenz in Ouagadougou) in
den beiden
Informationssystemen umgesetzt. Auf der Statuskonferenz erhielten beide Systeme – sicherlich
nicht zuletzt aufgrund des intensiven Dialogs während des Entwicklungsprozesses – von den
marokkanischen Stakeholdern eine sehr positive Beurteilung.
Ein weiterer Schwerpunkt des Workshops war das System PADRÂA. Während des letzten Tages
des Workshops wurden im Rahmen eines Werkstattgesprächst aus den bereits identifizierten
Fragestellungen von PADRÂA gemeinsam diejenigen ausgewählt, die für die Stakeholder
besonders bedeutsam sind und daher ein hohes Nutzungspotential haben. Es zeigte sich, dass die
Thematik des extremen Klimaereignisses „Dürre“ und seine Weiterreichung durch die
verschiedenen Ebenen der Ressourcenverknappung als besonders relevant angesehen wird (vgl. den
Zwischenbericht zum PK Ma-L.2). Weiterhin wurden verschiedene SDSS und Monitoringsysteme
vorgestellt (u.a. ein Weide-Monitoringsystem aus Australien), um anhand dieser konkreten
Beispiele die Frage zu erörtern, ob die Implementierung von PADRÂA eher als SDSS oder aber als
Monitoring Tools erfolgen soll, dessen Datengrundlage fortlaufend aktualisiert wird. Aufgrund
personeller Schwierigkeiten wird zum jetzigen Zeitpunkt eine Implementierung als SDSS
favorisiert. Durch eine mögliche Kopplung an das SDSS Moveg-Draa (vgl. den PK Ma-L.2) bleibt
die Option eines Monitoring Tools jedoch weiterhin erhalten.
Literatur
BREUER, I. (2007): Livelihood Security and Mobility in the High Atlas Mountains.-In: GERTEL,J. & BREUER, I.
(eds.): Pastoral Morocco. Globalizing Scapes of Mobilityand Insecurity. Wiesbaden: 165-180.
FINCKH, M und H. KIRSCHT 2008: The Incongruity of Territorial Perceptions as an Obstacle to Resource Management in Communal Land – Southern Morocco. In : Mountain Forum Bulletin, July 2008 : 11-13.
IMPETUS Atlas
IMPETUS
334
IV: Kommunikation von wissenschaftlichen Ergebnissen:
Der IMPETUS-Atlas
Mitarbeiter
O. Schulz, M. Judex, H.-P. Thamm, S. Krüger, T. Breuer, D. Kohn, A. Rachowka, P. Aben, U.
Kutsch
Herausforderung
Während der Projektlaufzeit wurden in den verschiedenen Disziplinen sowie in interdisziplinärer
Zusammenarbeit viele wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen. Neben deren Veröffentlichung in
wissenschaftlichen Zeitschriften, die für viele Kooperationspartner in Marokko und Benin nicht
oder nur schwer zugänglich sind, ist die Aufbereitung und Verbreitung der wichtigsten Forschungsergebnisse in einfacher, überschaubarer und ansprechender Form erklärtes Ziel der Projektmitarbeiter.
Die IMPETUS-Atlanten für Marokko und Benin sind dafür konzipiert, eine Brücke zwischen den
deutschen Wissenschaftlern und den aktuellen sowie potentiellen Nutzern der Projektergebnisse
(Wissen, Daten, Analysemethoden und die Verknüpfung lokalen Wissens mit (inter-) disziplinärer
Forschung) zu schlagen. Zu den Nutzern in Marokko und Benin gehören Wissenschaftler und Forschungsprojekte, lokale bis nationale Behörden und (Hilfs-) Organisationen sowie alle interessierten
Personen und Gruppen vor Ort, von denen einige durch ihr Einverständnis und ihre Unterstützung
erst so manche Forschungsarbeit über die Menschen vor Ort möglich machten.
Die Atlanten sind gedacht als Grundlage für die Kommunikation zwischen den oben genannten
Gruppen und auch für Planungszwecke, da in beiden Ländern Grundlagendaten wie Karten und
Statistiken zu manchen Themen auf planungsrelevanten Maßstabsebenen entweder nicht existieren
oder nur schwer bzw. nicht zugänglich sind. Hier kann die Darstellung von punktuellen oder regionalen Projektergebnissen in den Atlanten den Anstoß zu weiterer Datenerhebung und zu weiteren
Analysen geben. Es wäre wünschenswert, wenn durch das breite Spektrum der Themen Planer und
Entscheider vor Ort miteinander ins Gespräch kämen.
Auf der GLOWA-Konferenz in Ouagadougou im August 2008 sowie der IMPETUS-Konferenz in
Ouarzazate im Oktober 2008 wurden die IMPETUS-Atlanten für Marokko und Benin in einer englischen Druckversion einem breiten Publikum vorgestellt und sehr interessiert aufgenommen (Abb.
IV-1). Ende des Jahres war die französische Version für Marokko im Druck und für Benin in Vorbereitung, so dass bis zum Frühjahr 2009 alle Projektpartner in Marokko und Benin versorgt sein
werden. Parallel dazu wurde mit „open source software“ ein Digitalatlas entwickelt (Abb. IV-2), der
ebenfalls auf den Konferenzen in Ouagadougou und Ouarzazate vorgestellt und von den Projektpartnern getestet wurde. Für diese Anlässe wurden auch Informations-Flyer und CDs vorbereitet.
Der Digitalatlas ist dreisprachig (Englisch, Französisch, Deutsch) und vereinigt die Beiträge der
Druckversionen beider Länder mit weiteren Grundlagendaten. Dabei sind Neuzusammenstellungen
der einzelnen thematischen Layer genauso möglich wie einfache Abfragen und Darstellungsände-
IMPETUS Atlas
IMPETUS
335
rungen. Der Funktionsumfang des Digitalatlas wird bis zum Frühsommer 2009 noch erweitert, die
Handhabung verbessert und eine Dokumentation erstellt, so dass ein vielseitiges Werkzeug an die
Projektpartner weitergegeben werden kann, welches aufgrund der „open source“-Architektur nicht
nur im Projektrahmen sondern auch darüber hinaus für Weiterentwicklungen offen und frei zugänglich ist.
Abb. IV-1: Vorderseite der IMPETUS-Druckatlanten für Marokko und Benin (engl. Version).
Druckatlanten
Die Atlanten bestehen aus doppelseitigen Beiträgen im Format DIN A4 mit Text und kleineren Abbildungen, ggf. sind auch Tabellen und Karten integriert. Dadurch kann und muss ein Thema sehr
übersichtlich dargestellt werden, wobei die einzelnen Beiträge nicht zuletzt aufgrund der interdisziplinären Autorenschaft untereinander vernetzt und Bezüge zu anderen Beiträgen kenntlich gemacht sind (z.B. 26). Die linke Seite ist eher dem Text vorbehalten, auf der rechten Seite ist –
wenn vorhanden – eine große Karte platziert. Da die Beiträge thematisch und von der benutzten
Datengrundlage her sehr unterschiedlich sind, variiert das Aussehen. Beim „Layouten“ eines jeden
Beitrags unter Beachtung grundlegender Layout-Standards wurde auf eine gute Lesbarkeit und
Übersichtlichkeit Wert gelegt. Die Anzahl der Beiträge liegt im Marokko-Atlas bei 33, im BeninAtlas bei 58, welche thematisch gruppiert sind. Impressum, Vorwort, Autorenliste mit Adressen,
Inhalts- und Abkürzungsverzeichnis komplettieren die Atlanten. Zur einfachen Handhabung und für
den Einsatz außerhalb eines Büros sind die Atlanten mit transparenten Kunststoff-Deckfolien und
einer Spiralbindung versehen.
IMPETUS Atlas
IMPETUS
336
Abb. IV-2: CD-Cover des IMPETUS-Digitalatlas (franz. für marokkanischen Teil).
Das Layout der Atlanten erfolgte mit der „open source“ Software „Scribus“ (www.scribus.net), das
Format für den Digitaldruck war PDF. Alle Beiträge wurden von Mitarbeitern auf Englisch geschrieben und projektintern von fachnahen und fachfernen Kollegen begutachtet. Eine sprachliche
Verbesserung konnte beim externen Korrekturlesen durch die „American Journal Experts“
(www.journalexperts.com) erreicht werden. Die französische Übersetzung der Beiträge wurde und
wird zurzeit durch Kooperationspartner an der Universität von Cotonou in Benin geleistet (Gruppe
um Dr. Vincent Orekan, der in Kooperation mit IMPETUS promovierte). Die Vergabe der Übersetzungsarbeiten an Kooperationspartner sorgt für eine weitere Verbreitung der Atlanten und ihrer
Inhalte und verankert die Forschungsergebnisse im Partnerland.
Die Karten wurden von jedem Autor nach allgemein festgelegten Format- und Layoutvorgaben mit
ArcGIS erzeugt und bei Bedarf in mehreren Iterationen mit der Atlas-Arbeitsgruppe inhaltlich und
formal vereinheitlicht. Letztere lieferte auch Vorschläge und Beispiele zum Layout der Druckatlanten. Für die letztendliche Genehmigung der Beiträge und des Erscheinungsbilds des Atlas zeichnete
ein projektinternes „editorial board“ verantwortlich. Die Schriftart musste für die französischen
Druckversionen geändert werden, da die gleichen Beiträge länger werden und sonst die Doppelseite
überschritten hätten.
Der Aufbau der Atlanten ist den folgenden Inhaltsverzeichnissen zu entnehmen. Nach einem Vorwort und einer Einführung in die Arbeit des IMPETUS-Projekts sowie in die Länder und engeren
Untersuchungsregionen (Ouémé in Benin und Drâa in Marokko) folgen die zu Themenbereichen
gruppierten Beiträge über Klima, Wasser, Geologie und Boden, Landnutzung, Bevölkerung, Existenzsicherung, Gesundheit und anderes, wobei das Themenspektrum je nach Forschungsschwer-
IMPETUS Atlas
IMPETUS
337
punkten sowie Personalausstattung zwischen Marokko und Benin variiert. Beispielhaft werden auf
den nächsten Seiten je ein Beitrag aus dem Marokko-Atlas und dem Benin-Atlas gezeigt.
Inhaltsverzeichnis des IMPETUS Marokko-Atlas
Inhaltsverzeichnis des IMPETUS Benin-Atlas
IMPETUS Atlas
IMPETUS
338
IMPETUS Atlas
IMPETUS
339
Abb. IV-3 (Doppelseite): Beispiel für einen Beitrag aus dem Marokko-Atlas (engl. Version, verkleinert, Originalgröße:
DIN A4).
IMPETUS Atlas
IMPETUS
340
IMPETUS Atlas
IMPETUS
341
Abb. IV-4 (Doppelseite): Beispiel für einen Beitrag aus dem Benin-Atlas (engl. Version, verkleinert, Originalgröße:
DIN A4).
IMPETUS Atlas
IMPETUS
342
IMPETUS Atlas
IMPETUS
343
Digitalatlas
Technische Grundlage für die Erstellung des Digitalatlas war eine Diplomarbeit im Studiengang
Geographie (Stefan Krüger), die am Zentrum für die Fernerkundung der Landoberfläche (ZFL) in
Bonn in Kooperation mit IMPETUS durchgeführt und betreut wurde. Der Atlas lässt sich in drei
Arbeitsebenen strukturieren, den „Geopublisher“, den „AtlasStyler“ und den „AtlasViewer“ (Abb.
IV-5).
Abb. IV-5: Struktur und Datenfluss im IMPETUS-Digitalatlas für Marokko und Benin.
Mit dem Geopublisher wurde eine von S. Krüger programmierte Umgebung geschaffen, in welcher
die Erstellung eines mehrsprachigen Digitalatlas möglich ist. Im Geopublisher werden Aussehen
und Funktionsumfang des Atlas festgelegt sowie Geo- und andere Daten für die Visualisierung
verwaltet und vorverarbeitet. Alle im Atlas zu visualisierenden Daten müssen zunächst importiert
werden. Ein wichtiges Werkzeug innerhalb des Geopublishers ist der AtlasStyler. Hier wird die Art
der Darstellung von in den Geopublisher importierten Geodaten, Tabellen und Multimediadaten mit
Hilfe einer graphischen Benutzeroberfläche festgelegt. Dazu gehören Größen- und Farbwertzuweisungen für Vektor- und Rasterdaten u.a.
Mit dem AtlasViewer schließlich werden die im Geopublisher vorbereiteten und exportierten Karten visualisiert (Abb. IV-6). Der AtlasViewer ist das Endprodukt für den einfachen Anwender. Karten können für die Darstellung beliebig kombiniert werden, dazu gibt es Auswahlmöglichkeiten
(Zoom, Metadatenabfrage zu Datengrundlagen sowie zur aktuellen Auswahl in der Karte, Transparenz und einfache Darstellungsänderungen).
In den Digitalatlas wurden annähernd alle Karten der Druckversionen des Benin- und des MarokkoAtlas eingefügt. Dabei wurde versucht, die Darstellung der Karten möglichst zu übernehmen. Da
der Geopublisher aber nicht die gleichen Möglichkeiten bietet wie z.B. ArcGIS, konnte dies nur
teilweise umgesetzt werden. Insbesondere die Darstellung von Rasterformaten ist mit Einschränkungen verbunden, da nur ausgewählte Formate z.B. AsciGrid oder Tiff entsprechend dargestellt
IMPETUS Atlas
IMPETUS
344
werden. Eine Vorprozessierung der Rasterdaten außerhalb des Geopublishers war daher notwendig.
Weitere Grundlagendaten sowie thematische Karten, die nicht in den Druckversionen dargestellt
sind, wurden ebenfalls in den Geopublisher integriert.
Abb. IV-6: Bildschirmansicht des IMPETUS-Digitalatlas für Marokko und Benin (AtlasViewer, franz. Version).
Mit Hilfe des AtlasStylers können per Mausklick weitere Darstellungsstile für Punkte, Linien und
Raster mit vorgegebenen Symbolen, oder Schraffuren vordefiniert und bei Bedarf auf neue Daten
angewendet werden. Sollen unterschiedliche Informationen eines Layers bzw. eines Shapefiles dargestellt werden, so war es bisher notwendig das Shapefile auch doppelt aufzunehmen. Durch die
Funktionserweiterung „Additional Styles“ ist es nun möglich, einem Shapefile gleich mehrere Stile
für die Darstellung mehrerer Informationen zuzuordnen.
Alle Beschriftungen des Geopublisher wurden in die drei Atlassprachen Englisch, Französisch und
Deutsch übersetzt. Ein Wechsel ist per Knopfdruck sofort möglich. Der Atlas startet automatisch in
der Sprache des Rechner-Betriebssystems. Auch die Inhalte der einzelnen Layer (Titel und Beschriftungen) wurden in alle drei Sprachen übersetzt. Die Übersetzung und Einpflege der Metainformationen und Textzusammenfassungen ist im Frühjahr 2009 abgeschlossen.
IMPETUS Atlas
IMPETUS
345
Jeder einzelne Daten-Layer verfügt über eine Metadatenseite (HTML), welche z.B. über den Infobutton im AtlasViewer abrufbar ist und die zusätzliche Informationen enthält (Autor, Datenherkunft, Erhebungszeitraum, genutzte Methoden bzw. Modelle sowie eine kurze Beschreibung der
Daten). Auch hier wurde auf eine einheitliche Struktur nach Art eines vorgegebenen Formulars geachtet. Durch das HTML-Format bleiben dem Anwender dennoch viel Raum und viele Darstellungsmöglichkeiten für Informationen. Denkbar sind Verlinkungen auf andere Dateien oder die
Einbeziehung von Tabellen oder Bildern. Bisher nur auf Deutsch und Englisch vorliegend, werden
die Informationsseiten ebenfalls noch ins Französische übersetzt.
Zu jeder Karte gibt es eine allgemeine Information, die zurzeit die Zusammenfassungen der einzelnen Druckatlas-Beiträge enthält. So kann beim Aufrufen einer thematischen Karte (die aus einer
Reihe von einzelnen Datenlayern besteht) sogleich ein Überblick über die dargestellten Inhalte gewonnen werden. Ebenso ist das Aufrufen eines PDF-Dokuments des ausgewählten DruckatlasBeitrags möglich.
Verfügbarkeit des Digitalatlas
Neben der CD-Version des Digitalatlas ist inzwischen auch ein Serverbetrieb möglich. Bei letzterem werden nach dem Start des AtlasViewer nur die Inhalte vom Server herunter geladen, welche
ausgewählt wurden (download on demand). Gegenüber dem bisherigen, kompletten Herunterladen
des Atlas (ca. 600 MB) bringt das den Vorteil, auf lange Ladezeiten verzichten zu können.
Schließlich ist der IMPETUS-Digitalatlas (AtlasStyler und AtlasViewer) auch mit dem IMPETUSISDSS Framework kompatibel und ist dort integriert.
Der IMPETUS-Digitalatlas kann über die IMPETUS-Homepage abgerufen werden:
http://www.impetus.uni-koeln.de/iida
Auf der Entwicklerseite http://wald.intevation.org/projects/atlas-framework/ wurde der Quellcode
des Geopublishers unter der LGPL Lizenz (Lesser General Public Licence) veröffentlicht. Die
Wald-Webseite der Firma Intevation bietet für jedes freie Softwareprojekt (so auch für den Digitalatlas) die Möglichkeit, Programmfehler oder Wünsche für die Weiterentwicklungen online zu melden und zu verwalten.
Literatur
JUDEX, M. AND H.-P. THAMM (EDS.) (2008): IMPETUS Atlas Benin. Research Results 2000-2007. 3. edition (English).
Bonn, Cologne.
SCHULZ, O. AND M. JUDEX (EDS.) (2008): IMPETUS Atlas Morocco. Research Results 2000-2007. 3. edition (English).
Bonn, Cologne.