Wasserdynamik und wassergebundene Stoffdynamik in einem landwirtschaftlich intensiv genutzten hydrologischen Kleineinzugsgebiet am Rande der tropischen Metropole Habana (Cuba)
©2004
Diplomarbeit
111 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines bilateralen Ausbildungsprogramms einer fachbezogenen Partnerschaft mit Entwicklungsländern des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD). Es wird seit 01.01.2003 zwischen dem Geographischen Institut der Universität Leipzig und der hydrologischen Abteilung der Fakultät für Geographie der Universität Habana durchgeführt. Das Ausbildungsprogramm leiten Prof. Dr. Hans Neumeister (Leipzig) und Prof. Dr. Iván Gonzáles Piedra (Habana) unter dem Fachbezug Geoökologie. Das Thema lautet Nachhaltige Entwicklung, Bewirtschaftung und Schutz agrarisch, forstwirtschaftlich, wasserwirtschaftlich und touristisch genutzter Landschaften.
Im Vorfeld wurde am 05.02.2002 von Seiten der Universität Habanas zwei deutschen Studenten das Angebot unterbreitet, ihre Abschlussarbeiten über ein hydrologisches Einzugsgebiet in Cuba anzufertigen. Als Untersuchungsgebiet wurde das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar im suburbanen Raum Habanas vorgeschlagen. In Zusammenarbeit mit der Universität Habana wurden Probleme benannt, die für eine Bearbeitung in Frage kommen. Darauf aufbauend ist ein Arbeitskonzept erstellt worden. Die notwendige Datengrundlage für die Bearbeitung wurde in einem dreimonatigen Aufenthalt in Habana während des Zeitraumes vom 29.11.2002 bis 28.02.2003 gelegt.
Ein wesentliches Problem stellten behördliche Beschränkungen bei der Bereitstellung von Daten und Messwerten für Ausländer in Cuba dar. Da die offiziell verfügbaren Datensätze für die Untersuchungsziele ungenügend waren, sind in eigener Feldarbeit Messwerte ermittelt und über mathematische Modelle abgeleitet worden. Hierfür wurde von der Universität Habana ein mathematisch hydrologisches Modellsystem vorgeschlagen, deren Brauchbarkeit durch eine Anwendung geprüft werden sollte.
Die Arbeit soll den Partnern des Lehrprojektes der Universität Habana Techniken und Methoden für Lehre und Ausbildung nach dem geoökologischen Ausbildungskonzept der Universität Leipzig vorführen. Die Aussagefähigkeiten und -grenzen des bereitgestellten hydrologischen Modellsystems für die Analyse hydrologischer Einzugsgebiete soll gezeigt werden. Die Ergebnisse sollen den zuständigen Behörden vertiefende Informationen über den Untersuchungsraum bereitstellen und nützliche Hinweise bei der aktuellen und zukünftigen Bewältigung von Nutzungskonflikten geben.
Problemstellung:
Durch die fast vollständige Abholzung in den letzten […]
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines bilateralen Ausbildungsprogramms einer fachbezogenen Partnerschaft mit Entwicklungsländern des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD). Es wird seit 01.01.2003 zwischen dem Geographischen Institut der Universität Leipzig und der hydrologischen Abteilung der Fakultät für Geographie der Universität Habana durchgeführt. Das Ausbildungsprogramm leiten Prof. Dr. Hans Neumeister (Leipzig) und Prof. Dr. Iván Gonzáles Piedra (Habana) unter dem Fachbezug Geoökologie. Das Thema lautet Nachhaltige Entwicklung, Bewirtschaftung und Schutz agrarisch, forstwirtschaftlich, wasserwirtschaftlich und touristisch genutzter Landschaften.
Im Vorfeld wurde am 05.02.2002 von Seiten der Universität Habanas zwei deutschen Studenten das Angebot unterbreitet, ihre Abschlussarbeiten über ein hydrologisches Einzugsgebiet in Cuba anzufertigen. Als Untersuchungsgebiet wurde das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar im suburbanen Raum Habanas vorgeschlagen. In Zusammenarbeit mit der Universität Habana wurden Probleme benannt, die für eine Bearbeitung in Frage kommen. Darauf aufbauend ist ein Arbeitskonzept erstellt worden. Die notwendige Datengrundlage für die Bearbeitung wurde in einem dreimonatigen Aufenthalt in Habana während des Zeitraumes vom 29.11.2002 bis 28.02.2003 gelegt.
Ein wesentliches Problem stellten behördliche Beschränkungen bei der Bereitstellung von Daten und Messwerten für Ausländer in Cuba dar. Da die offiziell verfügbaren Datensätze für die Untersuchungsziele ungenügend waren, sind in eigener Feldarbeit Messwerte ermittelt und über mathematische Modelle abgeleitet worden. Hierfür wurde von der Universität Habana ein mathematisch hydrologisches Modellsystem vorgeschlagen, deren Brauchbarkeit durch eine Anwendung geprüft werden sollte.
Die Arbeit soll den Partnern des Lehrprojektes der Universität Habana Techniken und Methoden für Lehre und Ausbildung nach dem geoökologischen Ausbildungskonzept der Universität Leipzig vorführen. Die Aussagefähigkeiten und -grenzen des bereitgestellten hydrologischen Modellsystems für die Analyse hydrologischer Einzugsgebiete soll gezeigt werden. Die Ergebnisse sollen den zuständigen Behörden vertiefende Informationen über den Untersuchungsraum bereitstellen und nützliche Hinweise bei der aktuellen und zukünftigen Bewältigung von Nutzungskonflikten geben.
Problemstellung:
Durch die fast vollständige Abholzung in den letzten […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 8667
Hölzel, Herwig: Wasserdynamik und wassergebundene Stoffdynamik
in einem landwirtschaftlich intensiv genutzten hydrologischen Kleineinzugsgebiet
am Rande der tropischen Metropole Habana (Cuba)
Hamburg: Diplomica GmbH, 2005
Zugl.: Universität Leipzig, Diplomarbeit, 2004
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dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei
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Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2005
Printed in Germany
Autorenprofil
H
ERWIG
H
ÖLZEL
Dipl. Geogr.
Große Ritterstraße 18
06780 Zörbig
Tel.: 034956/25259
E-Mail:
herwig_hoelzel@yahoo.de
Persönliche Daten
Geboren am 08.08.1977 in Wolfen
ledig, katholisch
wichtigste Eigenschaften
Einsatzbereitschaft, Verantwortungsbewusstsein,
Teamfähigkeit, Organisationstalent
angestrebter Beruf
Landschaftsplaner, Hochschullehrer, Projektleiter
Studium
08.07.2004
Diplomprüfung
Akad.-Grad:
Diplom-Geograph (Gesamtnote: 1,7)
Diplomarbeit: Wasserdynamik und
wassergebundene Stoffdynamik in
einem landwirtschaftlich intensiv
genutzten hydrologischen
Kleineinzugsgebiet am Rande der
tropischen Metropole Habana (Cuba)
1997-2004
Studium an der Universität
Leipzig
Fachrichtung: Physische Geographie/Geoökologie
Nebenfach:
Biologie, Geologie
Projektarbeit
Seit 2003
Bilaterales geoökologisches
Ausbildungsprogramm
(Habana/Leipzig)
Tutor: Konzeption und Durchführung von
Geländeaufenthalten und Workshops,
Übersetzungstätigkeit und Korrespondenz
Praktika
2005
Umweltforschungszentrum
Halle-Leipzig (UFZ)
Aufgabenbereiche:
Projektmitarbeit an hydrologischen Studien
2005 und
2002
Büro für Landschaftsökologie
und Planung
Aufgabenbereiche:
UVP, MAP, GOP, LPB, Flora- und Faunakartierung
2004
Ingenieurbüro Hanke
Aufgabenbereiche:
UVP, FNP, Terrestrische Vermessung
2002
Umweltbund Ökolöwe e.V.
Aufgabenbereiche:
Dach- und Fassadenbegrünung, Umweltbildung
Kenntnisse und Interessen
fachlich
·
Geochemische Messungen im Feld von Lösungstransporten in Gewässern
·
Geochemische Messungen im Labor von Versickerungseigenschaften verschiedener
Bodenarten
·
Terrestrische Vermessungstechniken im Feld
·
Landschaftsbewertungen und Risikoanalysen aquatischer Ökosysteme
·
Geohydrologische Kartierungen im Feld von modellrelevanten Parametern an
Gewässer-, Ufer- und Hangbereichen
·
Mathematisch hydrologische Modellierung von Abfluss- und Speichereigenschaften
realer hydrologischer Einzugsgebiete
·
Flutvorhersagen und Ausweisung hochwassergefährdeter Gebiete
Generierung und Animation photorealistischer Landschaften in 3-D
IT
Software
Arc View 3.2, Arc GIS 9.0, Erdas Imagine, E2/3D,
HEC_HMS, HEC_RAS, HEC_ResSim, MS Office incl. MS
Project, Adobe Photoshop, Vectorworks, 3_D Studio Max
Sprachen
Englisch,
Spanisch, Russisch
gute Kenntnisse in Wort und Schrift (präsentationssicher)
Grundkenntnisse
Erklärung
,,Ich erkläre hiermit ehrenwörtlich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit ohne zulässige Hilfe
Dritter und ohne Benutzung anderer als der angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Die
aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Gedanken sind als solche kenntlich
gemacht. An der geistigen Herstellung der vorliegenden Diplomarbeit war außer mir niemand
beteiligt. Insbesondere habe ich nicht die Unterstützung eines Diplomberaters in Anspruch
genommen. Dritte haben von mir weder unmittelbar noch mittelbar geldwerte Leistungen für
Arbeiten erhalten, die im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorliegenden Diplomarbeit
stehen.
Die Arbeit wurde bisher weder im Inland noch im Ausland in gleicher oder ähnlicher Form
oder auszugsweise einer Prüfungsbehörde vorgelegt.
Ich erkläre mich einverstanden, dass meine Diplomarbeit nach positiver Begutachtung in der
Zweigstelle Geographie der Universitätsbibliothek Leipzig zur Benutzung zur Verfügung
steht."
Leipzig, den ...
Herwig Hölzel ...
Danksagung
Hiermit möchte ich mich herzlich bei jenen bedanken, die zum Gelingen der Arbeit
beigetragen haben. Mein Dank gilt vor allem meinen Betreuern Herrn Prof. Dr. Hans
Neumeister und Frau Dr. Anett Krüger, die mir bei der Bearbeitung fachlich zur Seite
standen. Für die Unterstützung bei dem Umgang mit geographischen Informationssystemen
danke ich Frau Dr. Gudrun Mayr. Frau Schultz vom geochemischem Labor des Institutes für
Geographie der Universität Halle/Saale danke ich für die freundliche Unterstützung bei der
Korngrößenanalyse. Ich danke Herrn Andreas Schneider und Frau Dr. Birgit Schneider für
die hilfreichen Ratschläge. Für die freundschaftliche Unterstützung während des
Auslandsaufenthaltes, vor allem bei der Bewältigung sprachlicher Barrieren möchte ich
meinem Mitkommilitonen Herrn Marcus Schindewolf herzlich danken. Dank gilt den
cubanischen Partnern Herrn Prof. Dr. Iván Gonzáles Piedra und den Mitarbeitern der
Fakultät für Geographie der Universität Habana. Herrn Aramís Remírez Llera sowie den
Mitarbeitern der Firma CESIGMA sei herzlich für die uneigennützige Hilfe bei der
Beschaffung offizieller Datensätze gedankt. Den Mitarbeitern der Fakultät für Biologie der
Universität Habana danke ich für die Hilfe bei den Pflanzenbestimmungen. Bei den
Mitarbeitern der Finca La Rosita möchte ich mich für die Unterstützung während der
Feldarbeiten bedanken.
Zusammenfassung
Die steigende Inanspruchnahme und Nutzungsintensivierung der sich verknappenden
landwirtschaftlichen Nutzflächen durch den stetigen Bevölkerungsanstieg der tropischen
Metropole Habana erfordert einen systemstabilen Umgang mit dem zur Verfügung
stehenden Wasser.
Dafür sind Aussagen über die bestehende Stoffdynamik nötigt, welche mit Hilfe geeigneter
Untersuchungsmethoden erarbeitet wurden und brauchbare Ergebnisse für die
landschaftsräumlichen und sozio-ökonomischen Bedingungen liefern.
Als Untersuchungsgebiet dient ein hydrologisches Kleineinzugsgebiet im Oberlauf des
Flusses Cojímar (Cuba), das landwirtschaftlich intensiv genutzt wird und dicht besiedelt ist.
Die Landschaft ist durch jahrhunderte lange menschliche Tätigkeit geprägt und besitzt durch
Wasserquellgebiete maßgebliche Eintragsfunktion für feste und gelöste Stoffe in die Gebiete
des Mittel- und Unterlaufes sowie des Mündungsbereiches.
Mit Hilfe des Hydrologischen Modellsystems (HEC-HMS) des Hydrologic Engineering Center
(HEC) der United States Army Corps of Engineers (USACE) habe ich den Abfluss eines
realen Niederschlagsereignisses sowie die Wirkung eines angelegten Stausees auf den
Abfluss simuliert.
Mit den gewonnenen sekundären Messwerten habe ich mit Hilfe des Flussanalysesystem
(HEC-RAS) des HEC-USACE hochwassergefährdete Bereiche ausgewiesen.
Weiterhin sind von mir ausgewählte Wasserinhaltstoffe bezüglich Anteil, Herkunft und
Wirkung auf die Wasserqualität beschrieben und gewertet.
Da die offiziell vorhandenen Daten für mein Forschungskonzept nicht ausreichend waren,
habe ich durch eigene Feldforschungen Daten erhoben und Messwerte gesammelt. Ich habe
im Feld geohydroökologische Geländekartierungen und geochemische Wassermessungen
durchgeführt, welche mir die Analyse der Wasserdynamik und wassergebundenen
Stoffdynamik im hydrologischen Kleineinzugsgebiet des Cacaosees ermöglicht haben.
Zusammenfassung
Inhaltsverzeichnis
I
Abbildungsverzeichnis
II
Photoverzeichnis
III
Tabellenverzeichnis
IV
Abkürzungsverzeichnis
V
I Inhaltsverzeichnis
1
Rahmen
der
Untersuchung
1
2
Problemstellung
und
Nutzungsleitbild 2
3
Ziele, Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit
4
4
Bearbeitungsebenen und Datenanforderungen
5
5
Steuerbereich: Das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
8
5.1
Gewässer
und
Relief
9
5.2
Klima
und
Witterung
11
5.3
Gestein
und
Boden
13
5.4
Vegetation
und
Landnutzung
14
6
Fokusbereich: Das hydrologische Subeinzugsgebiet des Cacaosees
16
6.1
Geologischer Untergrund, Boden und Relief
16
6.2
Gewässer, aktuelle Vegetation und Landnutzung
17
6.3
Eintrag, Umsatz und Austrag von Wasser
und
wassergebundenen
Stoffen
20
7
Prozessbereich: Wasserdynamik im hydrologischen
Subeinzugsgebiet des Cacaosees
22
7.1
Grundlegendes
zu
Modellen
22
7.1.1
Mathematische
hydrologische
Modelle
23
7.2
Methodenbeschreibung
und
Methodendiskussion
25
7.2.1
SCS
Curve
Number
Model
(USDA
1986)
25
7.2.1.1
Modellaufbau
und
Parameterbestimmung
27
7.2.1.2
Allgemeine
Wertung
der
Eignung
27
7.2.2
Kinematic Wave Model (USACE 1979)
29
7.2.2.1
Berechnung
des
Oberirdischen
Abflusses
29
7.2.2.2
Berechnung
des
Kanalabflusses
30
7.2.2.3
Modellaufbau
und
Parameterbestimmung
31
7.2.2.4
Allgemeine
Wertung
der
Eignung
32
7.2.3
Level
Pool
Model
(USACE
2000)
33
7.2.3.1
Modellaufbau
und
Parameterbestimmung
34
7.2.3.2
Allgemeine
Wertung
der
Eignung
34
7.2.4
Steady Flow Analysis (USACE 2002)
34
7.2.4.1
Modellaufbau
und
Parameterbestimmung
35
7.2.4.2
Allgemeine
Wertung
der
Eignung
36
7.3
Spezielle Datenanforderungen für die eigene Modellbildung
36
7.3.1
Ableitung
des
digitalen
Geländemodells
38
7.3.2
Ableitung
der
Niederschlagsdaten
38
7.3.3
Ableitung
der
Abfluss-Kurvennummern
39
7.3.4
Ableitung der Oberflächenrauhigkeitswerte und deren Verteilung
40
7.3.5
Ableitung
des
Versiegelungsgrades
40
7.3.6
Ableitung des potentiellen Speichervolumens
40
7.4
Datenaufbereitung und eigene Modellanwendung
41
7.4.1
Erstellung des Schemas und der topographischen Parameter
43
7.4.2
Abfluss-
und
Speichersimulation
44
7.4.3
Erstellung
der
geometrischen
Parameter
45
7.4.4
Hochwassersimulation und Ausweisung
hochwassergefährdeter
Bereiche
47
7.5
Ergebnisse
und
Ergebnisdiskussion
47
7.5.1
Abflusssimulation
48
7.5.2
Speichersimulation
52
7.5.3
Flutsimulation
55
7.5.4
Ergebnisdiskussion
59
7.5.4.1
Aussagefähigkeit
und
optimierung
60
Aussagebegrenzung
62
Schlussfolgerung
64
8
Prozessbereich: Wassergebundene Stoffdynamik im hydrologischen
Subeinzugsgebiet des Cacaosees
65
8.1
Eutrophierung
in
den
Tropen
66
8.2
Feld-
und
Laboranalytik
67
8.2.1
Kartierungen
67
8.2.2
Messungen
68
8.3
Ergebnisse
und
Ergebnisdiskussion
70
8.3.1
pH-Wert
71
8.3.2
Elektrische
Leitfähigkeit
72
8.3.3
Sauerstoff
73
8.3.4
Stickstoff
75
8.3.5
Phosphat
76
8.3.6
Calcium
78
8.3.7
Sulfat
79
8.3.8
Magnesium
80
8.3.9
Eintragsquellen für wassergebundene Stoffe
81
8.3.10
Schlussfolgerungen
85
9
Literaturverzeichnis
87
10
Tabellenanhang
93
II Abbildungsverzeichnis
Abb. 01
Geowissenschaftliche raumzeitliche Skalenniveaus
5
Abb.
02 Räumliche
Einordnung
8
Abb.
03 Relief
und
Gewässer
10
Abb.
04 Klima
und
Witterung
12
Abb.
05 Gesteinsformationen
und
Böden
14
Abb. 06
Aktuelle Vegetation und Landnutzung
15
Abb. 07
Relief, Gewässer und gebaute Objekte
16
Abb. 08
Flächenanteile der Landnutzungsarten
18
Abb.
09 Verteilung
der
Landnutzungsarten
18
Abb. 10
Ausgesuchte Prozessgruppen
21
Abb. 11
Ausgesuchte Stoff- und Energieflüsse
21
Abb. 12
Wasserdynamik in hydrologischen Einzugsgebieten
24
Abb. 13
Bodenarten des Feinbodens im Dreieckskoordinatensystem
28
Abb. 14
Modifizierung der Form des hydrologischen Einzugsgebietes
29
Abb.
15 Reliefdaten
38
Abb.
16 Niederschlagsereignis 38
Abb. 17
Verteilung der Oberflächenrauhigkeit
40
Abb.
18 Speichergestalt 41
Abb.
19 Arbeitsalgorithmus
42
Abb. 20
Komponente des hydrologischen Einzugsgebietes
44
Abb.
21 Meteorologische
Komponente 45
Abb. 22
Komponente der Kontrollspezifikation
45
Abb. 23
Graphische Darstellung des Preprozesses
46
Abb.
24 Summenergebnisse
für
HSG_C
48
Abb.
25 Summenergebnisse
für
HSG_D
48
Abb. 26
Das Verhältnis von Niederschlag und Abfluss
auf dicht und dünn besiedelten Flächen
49
Abb. 27
Der Abfluss entlang des rechten Hauptabflussweges
50
Abb. 28
Die Abflussdynamik im Zentrum
51
Abb.
29 Zufluss
und
Abfluss
des
Cacaosees
52
Abb.
30 Speicherwirkung
des
Cacaosees
53
Abb. 31
Maximale Ausdehnung des Cacaosees
54
Abb.
32 Hochwassergefährdete
Bereiche
im hydrologischen Subeinzugsgebiet des Cacaosees
56
Abb. 33
Hochwassergefährdete Bereiche in der Ortschaft
Santa
Maria
del
Rosario
56
Abb. 34
Überfluteter Bereich im Süden der Ortschaft Santa Maria del Rosario
57
Abb. 35
Räumliche Ansicht der Ortschaft Santa Maria del Rosario
mit
Blick
nach
Norden 58
Abb. 36
Räumliche Ansicht der Ortschaft Santa Maria del Rosario
mit Blick nach Osten
59
Abb. 37
Räumliche Ansicht der Ortschaft Santa Maria del Rosario
mit
Blick
nach
Süden
59
Abb.
38 Kalibrierungsprozess
61
Abb.
39 Kalibrierungsbeispiel
62
Abb. 40
Niederschlagsverteilung am Fluss Itado
63
Abb.
41 Lage
der
Probestandorte
68
Abb.
42 pH-Werte
72
Abb.
43 elektrische
Leitfähigkeiten
73
Abb.
44 Sauerstoffgehalte
74
Abb.
45 Stickstoffgehalte
75
Abb.
46 Orthophosphatgehalte
77
Abb.
47 Calciumgehalte 78
Abb.
48 Sulfatgehalte
80
Abb.
49 Magnesiumgehalte
81
III Photoverzeichnis
Photo
01
Flusslauf
mit
Uferzone
19
Photo
02
Forst
19
Photo
03
Intensive
Landnutzung
19
Photo
04
Extensive
Landnutzung
19
Photo
05
Aufstauung
20
Photo
06
Brandrodung
20
Photo
07
Wasserbeprobung
im
Feld
69
Photo
08
Photometrie
und
Titration
69
Photo
09
Erosion
durch
Flussbegradigung
82
Photo
10
Erosionsschutz
durch
Vegetation
82
Photo
11
Erosion
durch
Ackerfeldbau
82
Photo 12
Erosionsschutz durch Terrassenfeldbau
82
Photo
13
Erosion
durch
Gartenbau
83
Photo 14
Streifenpflanzungen als Erosionsschutz
83
Photo
15
Eintrag
von
Siedlungsabwasser
83
Photo 16
Wassernutzung durch Nassreisfeldbau
83
Photo 17
Stoffeintrag aus einem ehemaligen Steinbruch
84
Photo 18
Stoffeintrag aus Brandrodungsflächen
84
Photo 19
Stoffeintrag aus einem Müllfeld
84
IV Tabellenverzeichnis
Tab.
01 Offizielle
Datensätze
6
Tab. 02
Parameter für die Kartierung
7
Tab.
03 Modellkategorien
22
Tab.
04 Wasserhaushaltsgleichung
23
Tab.
05 Ausgewählte
Berechnungsverfahren 25
Tab.
06 Hydrologische
Bodengruppen 26
Tab.
07 Mindestinfiltrationsraten
für
Bodenarten
26
Tab. 08
Klassifikation der hydrologischen Bedingung
26
Tab. 09
Mathematischer Aufbau des SCS_CN Models
27
Tab. 10
Mathematische Grundlage des Kinematic Wave Models
30
Tab.
11 Berechnung
der
Abflusskanalgestalt
31
Tab. 12 Parameterforderungen für das Kinematic Wave Model
32
Tab. 13
Mathematische Grundlage des Level Pool Models
33
Tab. 14
Mathematischer Hintergrund der Steady Flow Analysis
35
Tab. 15
Datenanforderungen für die Erkundung der Wasserdynamik
37
Tab.
16 Korngrößenanalyse
39
Tab. 17
Ableitung der HSG´s nach deutschem und U.S. Klassifikationssystem
39
Tab.
18 Ableitung
der
Speicherdaten
41
Tab.
19 Geländevorbearbeitungsprozess
43
Tab.
20 Arbeitsschritte
des
Preprozesses
46
Tab.
21 Nachweissubstanzen
69
V Abkürzungsverzeichnis
a Jahr
AK
Abflusskanal
BK
Bodenkarte
°C
Grad
Celsius
Ca
2
Calcium
CN
Curve
Number
cm
Zemtimeter
DGM
Digitales
Geländemodell
DHM
Digitales
Höhenmodell
ESRI
Enviromental System Research Institut
EW
Einwohner
GK
Geologische
Karte
h Stunde
H Wasserstoff
ha
Hektar
HEC
Hydrologic Engineering Center
HMS
Hydrologic Modeling System
HSG
Hydrologic Soil Group
kf
Wasserdurchlässigkeit im wassergesättigten Boden
km
Kilometer
km2
Quadratkilometer
l Liter
LF
Leitfähigkeit
m Meter
m3
Kubikmeter
Mg
Magnesium
mg
Milligramm
Mill.
Million
mm
Millimeter
n.Br.
Nördliche
Breite
NH
4
Ammonium
NN
Normal
Null
NO
3
Nitrat
NRSC
Natural Resources Conservation Service
O
2
Sauerstoff
OH
Hydroxid
ö.L.
Östliche
Länge
Pa
Pascal
PO
4
Phosphat
RAS
River Analysis System
s
Sekunde
SCS
Soil Conservation Service
SEZ
Subeinzugsgebiet
SO42-
Sulfat
t Tonne
TK
Topographische
Karte
TrinkwV Trinkwasserverordnung
% Prozent
µS
Mikrosiemens
USACE
U.S. Army Corps of Engineers
USDA
U.S. Department of Agriculture
VM
Vereinigungsmenge
w. L.
Westliche Länge
WHO
World Health Organisation
Kapitel 1
Rahmen der Untersuchung
1
1
Rahmen der Untersuchung
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen eines bilateralen Ausbildungsprogramms einer
fachbezogenen Partnerschaft mit Entwicklungsländern des Deutschen Akademischen
Austauschdienstes
(DAAD). Es wird seit 01.01.2003 zwischen dem Geographischen Institut
der Universität Leipzig und der hydrologischen Abteilung der Fakultät für Geographie der
Universität Habana durchgeführt. Das Ausbildungsprogramm leiten Prof. Dr. Hans
Neumeister (Leipzig) und Prof. Dr. Iván Gonzáles Piedra (Habana) unter dem Fachbezug
Geoökologie. Das Thema lautet ,,Nachhaltige Entwicklung, Bewirtschaftung und Schutz
agrarisch, forstwirtschaftlich, wasserwirtschaftlich und touristisch genutzter Landschaften."
Im Vorfeld wurde am 05.02.2002 von Seiten der Universität Habanas zwei deutschen
Studenten das Angebot unterbreitet, ihre Abschlussarbeiten über ein hydrologisches
Einzugsgebiet in Cuba anzufertigen. Als Untersuchungsgebiet wurde das hydrologische
Einzugsgebiet des Flusses Cojímar im suburbanen Raum Habanas vorgeschlagen. In
Zusammenarbeit mit der Universität Habana wurden Probleme benannt, die für eine
Bearbeitung in Frage kommen. Darauf aufbauend ist ein Arbeitskonzept erstellt worden. Die
notwendige Datengrundlage für die Bearbeitung wurde in einem dreimonatigen Aufenthalt in
Habana während des Zeitraumes vom 29.11.2002 bis 28.02.2003 gelegt.
Ein wesentliches Problem stellten behördliche Beschränkungen bei der Bereitstellung von
Daten und Messwerten für Ausländer in Cuba dar. Da die offiziell verfügbaren Datensätze für
die Untersuchungsziele ungenügend waren, sind in eigener Feldarbeit Messwerte ermittelt
und über mathematische Modelle abgeleitet worden. Hierfür wurde von der Universität
Habana ein mathematisch hydrologisches Modellsystem vorgeschlagen, deren
Brauchbarkeit durch eine Anwendung geprüft werden sollte.
Die Arbeit soll den Partnern des Lehrprojektes der Universität Habana Techniken und
Methoden für Lehre und Ausbildung nach dem geoökologischen Ausbildungskonzept der
Universität Leipzig vorführen. Die Aussagefähigkeiten und -grenzen des bereitgestellten
hydrologischen Modellsystems für die Analyse hydrologischer Einzugsgebiete soll gezeigt
werden. Die Ergebnisse sollen den zuständigen Behörden vertiefende Informationen über
den Untersuchungsraum bereitstellen und nützliche Hinweise bei der aktuellen und
zukünftigen Bewältigung von Nutzungskonflikten geben.
Kapitel 2
Problemstellung und Nutzungsleitbild
2
2
Problemstellung und Nutzungsleitbild
Durch die fast vollständige Abholzung in den letzten Jahrhunderten in der stadtnahen
Umgebung von Habana und der hydrogeographischen Situation, dass der Untergrund
überwiegend aus wasserdurchlässigen Kalksteinen aufgebaut ist, ergibt sich für die
landwirtschaftliche Nutzung der Wasserressourcen eine prekäre Situation.
Dies wird durch seltene extreme hydrometeorologische Ereignisse, die in den
Sommermonaten und im Herbst auf Cuba ein Charakteristikum darstellen, in verheerender
Weise verstärkt. Zu diesen Ereignissen zählen Hurrikane sowie Stark- und
Dauerniederschläge.
Wie in vielen Metropolen der Entwicklungsländer, ist das stetige Wachstum der Bevölkerung
Habanas mit einer Zunahme des Flächendrucks korreliert, was zukünftig eine Verknappung
der für die landwirtschaftliche Produktion zur Verfügung stehenden Fläche erwarten lässt.
Die intensive landwirtschaftliche Nutzung zum Zwecke der Ernährungssicherung ist darum
dringendes Problem.
Dies verlangt einen optimalen Umgang mit den zur Verfügung stehenden Wasserressourcen
ohne die Systemstabilität des Landschaftsraumes zu stören.
Deshalb ist die Suche nach ressourcenschonenden und umweltverträglichen
Nutzungsformen des Wassers in der Umgebung von Habana, die der Stabilität des
Landschaftssystems nicht abträglich sind, notwendig.
Die Forderung nach einer intensiven aber auch systemstabilen landwirtschaftlichen
Bewirtschaftung des Wassers ist Grundlage für die Erarbeitung eines Leitbildes.
Als Leitbild meiner Untersuchung habe ich die Schaffung bzw. Sicherung eines beständig
stabilen Landschaftssystems durch angepasste Nutzungsformen der zur Verfügung
stehenden Wasserressourcen gewählt, um die Leistungsfähigkeit des
Landschaftshaushaltes als Lebensgrundlage für die Menschen dieses Raumes jetzt und in
Zukunft zu erhalten.
Das Funktionieren von Landschaftsökosystemen ist auf dem ,,...organisierten
Zusammenwirken der ihnen jeweils angehörenden Lebewesen..." angewiesen (H
ABER
1992). Der Mensch hat sich jedoch ,,...von diesem organisierten Zusammenwirken
weitgehend entfernt und deshalb die Fähigkeit einer nachhaltigen Lebensweise verloren...".
(G
RABAUM
1996: 5). Deshalb halte ich die Forderung nach systemstabilen Nutzungsformen
landschaftlicher Ressourcen für besser geeignet, da die nachhaltige Nutzung dieser
Ressourcen praktisch nicht umsetzbar ist.
Kapitel 2
Problemstellung und Nutzungsleitbild
3
Die Hauptaufgabe landschaftsökologischer Untersuchungen besteht demnach in der
,,...Erhaltung oder Wiederherstellung der Stabilität der Ökosysteme in der Landschaft, denn
je höher die auf biotische Regulation und Regeneration beruhende Stabilität ist, desto
geringer ist der zur Erhaltung des Zustandes und der Nutzungseignung erforderliche
gesellschaftliche Aufwand an Arbeit, Energie und Material zur Kompensation von
Störungen." (B
ASTIAN
&
S
CHREIBER
1994: 17).
Hinzu kommen Konflikte durch unterschiedliche Wertvorstellungen und Nutzungsansprüche
der verschiedenen Nutzergruppen an die jeweiligen Landschaftssysteme, die es zu
berücksichtigen gilt. So erfordern die Verhältnisse und Dringlichkeiten Cubas andere
Prioritäten als die für die Industrieländer definierten. Steht dort die Schaffung landschaftlicher
Ästhetik, das Erholungspotential und der Freizeitwert von Landschaftsräumen im
Vordergrund, hat für Cuba die Ernährungssicherung der Bevölkerung absoluten Vorrang.
Kapitel 3
Ziele, Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit
4
3
Ziele, Aufgabenstellung und Aufbau der Arbeit
Anliegen der Arbeit ist einen Beitrag zur Ernährungssicherung der Bevölkerung in der
Umgebung Habanas zu leisten. Deshalb sollen Vorschläge für einen intensiven und
systemstabilen Umgang mit dem verfügbaren Wasser für die landwirtschaftliche Nutzung
gegeben werden. Voraussetzung hierfür ist die Erkundung der Wasserdynamik und
wassergebundenen Stoffdynamik im hydrologischen Einzugsgebiet. Hydrologische
Einzugsgebiete sind sehr geeignete Bezugs- und Bilanzierungsräume. Aufbauend auf den
gewonnenen Erkenntnissen können Aussagen über Eignungen für bestimmte
Nutzungsformen des Wassers gegeben und die Folgen einer Inanspruchnahme der
natürlichen Wasserressourcen durch den menschlichen Gebrauch abgeschätzt werden.
Werden schädigende Eingriffe durch den Menschen erkannt und gemildert, sind die zur
Verfügung stehenden Wasserressourcen landwirtschaftlich optimaler nutzbar.
Entsprechend der Problemstellung ergeben sich drei Ziele:
1 Der Schutz vor dem Wasser, was das Studium hydrologischer Extremereignisse
erforderlich macht, da es Möglichkeiten aufzuzeigen gilt, Verheerungen und die damit
verbundenen wirtschaftlichen Schäden durch Wasser einzudämmen.
2 Der Schutz des Wassers an sich, da die verfügbare Menge und Qualität des
verfügbaren Wassers bestimmende Faktoren für die landwirtschaftliche
Nutzungseignung darstellen.
3 Die Bereitstellung von Methoden, die unter den gegebenen wirtschaftlichen und
sozialen Bedingungen anwendbar sind und brauchbare Ergebnisse liefern.
Entsprechend der Zielstellungen Hochwasserschutz, Wasserschutz und Methodensuche
lassen sich drei Aufgaben ableiten:
zu 1
Für den Hochwasserschutz ist die Suche nach Retentionsmöglichkeiten und die
Ausweisung hochwassergefährdeter Bereiche als Aufgabe gewählt worden, was
die quantitative Bilanzierung des Gebietswasserhaushaltes voraussetzt.
zu 2
Für den Wasserschutz ist die Bewertung des verfügbaren Wasserangebotes
hinsichtlich seiner Qualität und der sich daraus ergebenden Nutzungseignung für
die Landwirtschaft notwendig. Dafür müssen Wasserinhaltsstoffe bezüglich Anteil,
Herkunft und Wirkung auf die Wasserqualität benannt und bewertet werden.
zu 3
Da für den Hochwasserschutz neue, innovative Methoden verwendet und geprüft
werden und auch für den Wasserschutz die angewendeten Methoden in Bezug
auf ihrer Eignung in Cuba gewertet werden, wird der dritten Zielstellung bei der
Bearbeitung der beiden vorangegangenen Aufgaben Rechnung getragen.
Deshalb gliedert sich die Bearbeitung der Aufgaben in zwei Abschnitte, der Untersuchung
der Wasserdynamik und der wassergebundenen Stoffdynamik im hydrologischen
Einzugsgebiet, wobei der erste Abschnitt das Schwergewicht der vorliegenden Arbeit bildet.
Kapitel 4
Bearbeitungsebenen und Datenanforderungen
5
4 Bearbeitungsebenen
und
Datenanforderungen
Bei der Untersuchung von Landschaften ist zu beachten, dass sie in unterschiedlichen
räumlichen und zeitlichen Größen betrachtet und klassifiziert werden können. Als Folge
ändert sich je nach verwendetem Maßstab die Kennzeichnung der Landschaftselemente und
inhalte. Betrachtungsmaßstäbe können durch Verfahren der Aggregation zu gröberen oder
Disaggregation zu feineren Auflösungen wechseln. Erstes Verfahren wird als upscalling,
zweites als downscalling beschrieben (S
CHWARZ
1999: 171). Diese sind durch die
geowissenschaftlichen Arbeitsweisen des bottom-up-approach der landschaftsräumlichen
Ordnung und des top-down-approach der landschaftsräumlichen Gliederung definiert
(S
TEINHARDT
1999: 53). Disaggregation steigert den Detaillierungsgrad der zu betrachtenden
Sachverhalte zu Lasten der Überblickbarkeit.
Um bei der Fülle der zu betrachtenden Sachverhalte den Überblick zu bewahren, ist die
,,Wahl problemadäquater Hierarchiestufen" (N
EUMEISTER
1989: 119) notwendig. Dabei steht
ein aufgabenentsprechender raumzeitlich definierter Fokusbereich im Mittelpunkt der
Betrachtung (siehe Abb. 01). Der Charakter des Fokusbereiches wird zum einen durch die
Abläufe im untergeordneten Prozessbereich bestimmt und zum anderen durch die Vorgänge
eines übergeordneten Steuerbereiches gelenkt (nach O´N
EILL
1988 in N
EUMEISTER
1989:
119). In der vorliegenden Arbeit wird diesem Prinzip gefolgt.
Abb. 01:
Geowissenschaftliche raumzeitliche Skalenniveaus (N
EUMEISTER
2003)
Der Betrachtungsmaßstab des Fokusbereiches der vorliegenden Arbeit bewegt sich räumlich im Mikro- bis
Mesoskalenbeereich und betrachtet zeitliche Größenordnung von Tagen bis Monaten. Der Charakter des
Fokusbereiches gründet sich auf die in ihm stattfindenden Prozessabläufe. Der definierte raum-zeitliche
Skalenbereich ist für die Prozessbetrachtung der Einzugsgebietshydrologie und Wasserbilanzierung geeignet
(D
YCK
&
P
ESCHKE
1983)
Kapitel 4
Bearbeitungsebenen und Datenanforderungen
6
Für die Bearbeitung standen offizielle topographische und thematische Datensätzen zur
Verfügung (siehe Tab. 01).
Tab. 01:
Offizielle Datensätze
Datensatz mit räumlich-zeitlicher Gültigkeit
Eignungsbereich
Topographische Karten
TK 1: 50 000 Provincia de la Habana, Jaruco (1999)
TK 1: 25 000 Arroyo Naranjo, Cuatro Caminos, Ciudad de la Habana (1999)
Pedologische Karte
BK 1: 25 000 Arroyo Naranjo, Cuatro Caminos, Ciudad de la Habana (1984)
Geologische Karte
TK 1: 50 000 Provincia de la Habana, Jaruco (2003)
Klimastation 144 Casablanca
Gemittelte Temperatur, gemittelter Niederschlag (1940 - 2000)
Bewölkung, Sonnentage, bewölkte Tage, Gewittertage, Nebeltage (1967 - 1988)
Pluvimeterstationen
144 Casablanca, 166 Paraiso (1963 - 2000)
185 Guadalupe, 217 Villa Maria (1964 - 2000)
247 Arroyo de las Vegas, 278 Cojimar, 281 Guanabacoa,
285 Santa Maria del Rosario, 288 Cuatro Caminos (1966 - 2000)
362 Bacuranao (1971 - 2000)
Erkundung von
Steuer- und Fokusbereich
sowie ergänzende
Informationen für
die Prozessbereiche
Wasserdynamik und
wassergebundene
Stoffdynamik
Pluvigraphenstation
247 Arroyo de las Vegas (01.01.2000 - 31.12.2002)
Prozessbereich
Wasserdynamik
Bis auf die Aufzeichnungen einer Pluvigraphenstation reicht der raumzeitliche Detailgrad der
offiziell verfügbaren Datensätze nicht aus, um die unterhalb des Fokusbereiches
ablaufenden Prozessstrukturen zu betrachten. Deshalb wurden durch eigene
Feldforschungen selbst Messungen durchgeführt oder in Verbindung mit offiziellen Daten
über geeignete Algorithmen abgeleitet.
Von dem dreimonatigen Aufenthalt in Habana wurde etwa die Hälfte der Zeit für die
Feldforschungen verwandt. Durch fehlende Transportmöglichkeiten und behördlichen
Auflagen bezüglich der Aufenthaltsdauer musste hierfür ein täglicher An- und Abfahrtsweg
mit dem Fahrrad von jeweils 25 km absolviert werden. Dies und die klimatischen
Bedingungen, unter denen die Feldarbeiten verrichtet wurden, erfordert ein gewisses Maß an
körperlicher Kondition, ohne die ein solches Vorhaben nicht möglich ist.
Kapitel 4
Bearbeitungsebenen und Datenanforderungen
7
Ein Großteil der durchgeführten Arbeiten im Feld waren Kartierung von Gewässer-, Ufer- und
Talräumen. Die sich daraus ergebenden Erkenntnisse ermöglichten die Analyse der
Wasserdynamik und der wassergebundenen Stoffdynamik.
Für die Kartierungen wurden im Vorfeld Kartierblätter mit Parametern erarbeitet, mit deren
Hilfe der Charakter und das Inventar des Gewässer-, Ufer- und Talbereiche aufgenommen
wurde (siehe Tab. 02). Dafür sind auf Basis der TK 1: 25 000 die Flussläufe in
Kartierabschnitte zu 500 m Länge aufgeteilt worden (nach DVWK-Materialien 3/1997 in
B
ARSCH
et al 2000: 211).
Weiterhin wurden Photographien und Skizzen von der Gewässerzone sowie den Ufer- und
Talraumbereichen angefertigt und häufig auftretenden Pflanzen gesammelt, die an der
Fakultät für Biologie der Universität Habana bestimmt wurden.
Tab. 02: Parameter für die Kartierung (nach DVWK-Materialen 3/1997 in B
ARSCH
et al 2000: 210-222)
Kartierabschnitt Parameter
Gewässerbereich
Linienführung, Breitenvarianz, Strömung & Tiefe, Totholz und Sturzbäume,
Sohlenverbauung, Sohlenstrukturelemente, Sohlensubstrat, Niedrigwasser
und Wassercharakterisierung
Uferbereich /-
seite
Charakter, Versiegelung, Erosions- und Akkumulationsbereich, Struktur
Verbau- und Sicherungsmaßnahmen, Bauwerke, Substrat und Vegetation
Talraumbereich /
-seite
Erosions- und Akkumulationsbereich, Rückstaubereiche, Reliefinventar, Nutzung,
Dämme, Gebäude, Substrat, Überschwemmungsbereich und Vegetation
Die durch die Feldarbeiten gewonnenen und in Verbindung mit offiziellen Datensätzen
abgeleiteten Daten und Messwerte werden in den einzelnen Kapiteln der Arbeit erläutert. Die
Gesamtheit aller offiziellen Daten sowie eigenen primären und sekundären Messwerten
bilden die Datengrundlage der vorliegenden Arbeit.
Kapitel 5
Steuerbereich: Das hydrologischen Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
8
5
Steuerbereich: Das hydrologische Einzugsgebiet
des Flusses Cojímar
Das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Cojímar befindet sich im suburbanen Raum
östlich der tropischen Metropole Habana. Es handelt sich um eine dicht besiedelte und
landwirtschaftlich intensiv genutzte Kulturlandschaft, die seit Jahrhunderten vom Menschen
geprägt wird. Es (siehe Abb.02).
Abb. 02:
Räumliche Einordnung
(Zusammengestellt nach M
ICROSOFT
E
NCARTA
P
ROFESSIONAL
2003 und A
LEXANDER
W
ELTATLAS
1999: 85)
Cuba ist die größte der westindischen Inseln zwischen dem nördlichem Wendekreis und 20° n. Br. sowie 85°
und 75° w. L. auf dem Globus gelegen. Die Hauptinsel hat eine Länge von 1300 km bei einer durchschnittlichen
Breite von 100 km. Die Landwirtschaft ist durch Zuckerrohr, Tabak, Kaffee und Zitrusfrüchte als Exportgüter
geprägt. Der Nassreisanbau ist vor allem für den lokalen Markt bestimmt. Als natürliche Ressourcen werden
Kobalt und Nickel abgebaut. Das Untersuchungsgebiet liegt östlich der tropischen Metropole Habana in den
Grenzen des Verwaltungsbezirkes der Hauptstadt.
Habana ist mit 2.19 Mill Einwohnern die Hauptstadt des Inselstaates Cuba, auf der
insgesamt 11,22 Mill Menschen auf einer Fläche von 114.525 km
2
leben (M
ICROSOFT
E
NCARTA
P
ROFESSIONAL
2003). Die heute auf der Verfassung von 1976 als sozialistische
Republik mit Einheitsparteisystem regierte Insel wurde von Christoph Columbus auf seiner
ersten Reise nach Westen am 27. Oktober 1492 entdeckt (D
ER
B
ROCKHAUS
M
ULTIMEDIAL
P
REMIUM
2004).
Kapitel 5
Steuerbereich: Das hydrologischen Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
9
Das Einzugsgebiet des Flusses Cojímar kann wegen der Entfernung zum Meer als
küstennahes Gebiet angesprochen werden. Da Cuba an die 5750 km Küstenlänge besitzt,
stellen küstennahe Gebiete häufige Landschaften auf Cuba dar (N
EUMEISTER
&
P
ERES
-
P
EREIAS
1992: 29).
Von den 642 Flüssen der Insel münden 632 in das Meer, von denen 87,4 % zwischen 5 km
2
und 200 km
2
große Gebiete entwässern. Dies entspricht 561 hydrologischen
Einzugsgebieten (M
ORA
1976 in G
ONZÁLES
-P
IEDRA
2003). Der Untersuchungsraum ist mit
seiner Größe von 56,4 km
2
repräsentativ für viele Küstengebiete Cubas.
Das hydrologische Einzugsgebiet grenzt nördlich an den Atlantik, an dessen Mündung die
Ortschaft Cojímar auf 23° 10´ n. Br. sowie 82° 18´ w. L. gelegen ist. Die benachbarten
hydrologischen Einzugsgebiete sind ebenfalls nach den entwässernden Hauptflüssen
benannt. Östlich befindet sich das hydrologische Einzugsgebiet des Flusses Bacuranao,
südlich des Almendares und westlich des Cuyamó. Administrativ ist das Gebiet auf die
Verwaltungsgemeinden Cotorro, Guanabacoa, Habana del Este und San Miguel del Padrón
aufgeteilt, die alle der Verwaltungsprovinz Ciudad de la Habana unterstellt sind (S
UÁREZ
-
S
ARRIA
1998: 6).
5.1
Relief und Gewässer
Der Fluss Cojímar entspringt in der Gemeinde San Miguel de Padrón (L
OPEZ
-S
ANCHEZ
1991:
26) und besitzt auf 22 km Länge einen verzweigten Lauftyp. Der ursprünglich mäandrierende
Lauf wurde durch den Menschen vielerorts verändert. Mit seinen zwei Nebenflüssen, dem
Cambute und Dionisia erstreckt sich das gesamte Abflussnetz auf 85 km Länge. Sein
baumartig verzweigter Gewässernetztyp (W
ILHELM
1997: 26) weist kaum eine Abhängigkeit
vom Relief und geologischem Untergrund auf und fällt stellenweise in der regenarmen Zeit
des Jahres trocken (siehe Abb. 03).
Der Fluss entwässert nach Norden in den Atlantik durch einen Canyon, der an einer
tektonischen Verwerfung angelegt wurde. Der Canyon setzt sich submarin in den Atlantik
fort, was zum einen auf die beständige Hebung und zum anderen auf einen niedrigeren
Meeresspiegel im Pleistozän zurückzuführen ist, als große Wassermengen zu dieser Zeit in
Inlandseismassen gebunden waren.
Für die aktuelle Wasserdynamik ist von Bedeutung, dass der Abfluss in die Bucht durch den
Canyon als Engpass gebündelt wird. Er kann bei extremen Niederschlagsereignissen eine
Barriere für das abfließende Wasser darstellen, was zu Rückstaueffekten führen und
Überflutungen der landeinwärts gelegenen Flächen bedingen kann. Auch wassergebunde
Stoffe werden durch den Canyon konzentriert in die Bucht geleitet, wo sie sich anreichern
können. Dies kann je nach Stoffart die Stabilität des Landschaftssystems im
Mündungsbereich stören.
Kapitel 5
Steuerbereich: Das hydrologischen Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
10
Außer marin abrasierten Terrassenstufen und dem Canyon ist das Relief wenig differenziert.
Die Hänge sind schwach geneigt mit 0 bis 1° im Unter- und Mittellauf sowie 3 bis 5° im
Oberlauf. Es steigt sanft nach Süden auf 130 m über NN an und verdankt Flachmuldentälern
seinen schwachwelligen Charakter.
Im oberen Mittellauf und Oberlauf sind mehrere Stauseen angelegt worden, um die
Verweildauer des schnell abfließenden Niederschlagswassers von der Insel zu erhöhen. Sie
werden zur Bewässerung während der Trockenzeit, zum Fischfang und zu
Erholungszwecken genutzt. Durch die geschaffene Erosionsbasis besitzen die Stauseen
neben wasserspeichernder Funktion auch Senkenfunktion für wassergebundene Stoffe.
Gerade in den entwaldeten, reliefstärkeren Bereichen des Oberlaufes werden
Sedimentationsprozesse in den Seen gefördert, was die Wasserspeicherfunktion über die
Zeit mindern kann. Die intensiven tropischen Niederschläge können den
Verlandungsprozess fördern (H
EITFELD
1991: 296). Auch die Wasserqualität kann durch die
Anreicherung gelöster Stoffe beeinträchtigt werden.
Abb. 03: Relief und Gewässer
(Zusammengestellt nach TK 1: 50 000 Blatt Provincia de la Habana und Jaruco 1999)
Das Einzugsgebiet des Flusses Cojímar besitzt eine Fläche von 56,4 km
2
, die von der oberirdischen
Wasserscheide eingegrenzt wird. Im oberen Mittellauf und Oberlauf wurden durch Aufstauungen
Wasserspeicher angelegt. Im Mündungsbereich ist der Canyon zu erkennen, über den der Fluss in den Atlantik
entwässert. Sonst ist die Oberfläche flach mit einer Reliefenergie von 130 m. Der rot markierte Bereich ist das
hydrologische Subeinzugsgebiet des Cacaosees, welches als Untersuchungsgebiet gewählt wurde. Es befindet
sich im Oberlauf des Gesamteinzugsgebietes und weist mit seinen Hügeln gut 50 % der gesamten Reliefenergie
auf. Mit seinen Quellen besitzt es eintragende Funktionen von Wasser und wassergebundenen Stoffen in die
Gebiete des Mittel- und Unterlaufes sowie des Mündungsbereiches.
Kapitel 5
Steuerbereich: Das hydrologischen Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
11
5.2
Klima und Witterung
Cuba liegt in den sommerfeuchten äußeren Tropen, deren Klima von der passatischen
Trockenzeit beherrscht wird (W
EISCHET
1995: 266). Da in der winterlichen Trockenperiode
die monatlichen Niederschlagssummen unter 60 mm fallen, ist es effektiv als Aw-Klimat zu
klassifizieren (K
ÖPPEN
1936 in H
ENDL
&
L
IEDKE
1997: 406).
Die mittlere Jahrestemperatur des Landes liegt bei 25,4 °C und es fallen durchschnittlich
1375 mm Niederschlag (G
ONZÁLES
-P
IEDRA
2003). Die speziellen Klima- und
Witterungsverhältnisse des Untersuchungsraumes sind in Abbildung 04 wiedergegeben. Die
jährliche Niederschlagsverteilung ist in eine ausgeprägte Trockenzeit von November bis
März und einer Regenzeit zwischen April und Oktober gegliedert, in der 4/5 des
Jahresniederschlages fallen. Der maritim beeinflusste Jahresgang der Temperatur ist mit
einer Oszillation von 6 - 8 °C dagegen relativ ausgeglichen (Í
ÑIGUEZ
-R
OJAS
&
M
ATEO
-
R
ODRÍGUEZ
1980:
40). Obwohl im Jahresmittel genügend Niederschlag auftritt, ist die
Verteilung für die landwirtschaftliche Nutzung ungünstig, wohingegen die Temperaturen eine
ganzjährige Pflanzenproduktion ermöglichen.
Die Witterung wird maßgeblich durch die Passatzirkulation bestimmt, die mit dem
Sonnenstand variiert. In den Wintermonaten wächst mit dem nach Süden wandernden
Sonnenstand die Stärke der Passatwinde und es kommt zur Ausbildung einer stabilen
Luftschichtung. Diese äquatorwärts ansteigende Inversionsschicht stellt eine Barriere für
hochreichende Konvektionsvorgänge dar und bedingt trockene Witterung. In den
Sommermonaten entfernen sich die Hochruckgebiete mit dem Sonnenstand von der
äquatorialen Tiefdruckrinne. Dadurch wird das Druckgefälle während der Trockenzeit
gemindert, was die Passatwinde abschwächen lässt. Die Winde sind nicht mehr stabil
geschichtet, weshalb konvektive Vorgänge häufige, stellenweise intensive Niederschläge
bedingen (S
CHULTZ
1995: 381).
Dies wird durch Hurrikanereignisse, die in den Sommermonaten und im Herbst für Cuba
charakteristisch sind, in verheerender Weise verstärkt. Hurrikane sind tropische
Wirbelstürme in Orkanstärke, die von massiven Niederschlägen begleitet werden. Sie sind
auf Ozeane und angrenzende Gebiete beschränkt, die sich mindestens 4 Breitengrade über
dem Äquator befinden, da eine gewisse Corioliskraft erforderlich ist (L
AUER
1993: 140) und
wo die Wassertemperaturen nie unter 26,5°C fallen (S
CHÖNWIESE
1994: 190). Auf den
Ozeanen sind die Wirbel stabil, brechen jedoch über dem Land aufgrund von
Reibungsverlusten an der Erdoberfläche zusammen. Die latente Wärmeströmung wird
unterbunden und die Luftmassen werden zum Aufsteigen gezwungen. Dies führt zur
Abkühlung der feuchten Luftmassen woraus meist massive Niederschläge resultieren.
Kapitel 5
Steuerbereich: Das hydrologischen Einzugsgebiet des Flusses Cojímar
12
Auf Cuba wurden in der Zeit von 1786 bis 1985 108 Hurrikane beobachtet, von denen 22 als
katastrophal beschrieben wurden (N
EUMEISTER
&
B
ATISTA
-S
ILVA
1989: 1).
Ein solch katastrophales Ereignis ereignete sich 1982 in dem 30 km
2
großen hydrologischen
Einzugsgebiet des Flusses Itado, welches etwa 10 km östlich des Cojímars gelegen ist.
Dabei fielen in 24 Stunden vom 18. bis 19.06. stellenweise über 700 mm Niederschlag, was
etwa der Hälfte der mittleren Jahresbilanz dieses Gebietes entspricht. Der Abfluss des Itado,
der im jährlichen Mittel bei 3 m
3
/s liegt, erhöhte sich zeitweilig auf 3000 m
3
/s, was zur
Überflutung des gesamten Mündungsbereiche mit beträchtlichen Schäden an Hab und Gut
führte. Als Grund wird neben der hohen Niederschlagsmenge die starke Entwaldung des
Gebietes angesehen (N
EUMEISTER
&
P
ERES
-P
EREIRAS
1992: 36-39).
Abb. 04:
Klima und Witterung
Die offiziellen Niederschlagsdaten von 9 Niederschlagsstationen wurden in eigener Arbeit auf das
Untersuchungsgebiet interpoliert (nach T
HIESSEN
1911 in B
AHR
&
V
OGTLE
1999: 158). Man erkennt eine
deutliche Zunahme der Niederschläge in Entfernung zur Küste. Dies ist durch die vom Meer kommenden
feuchten Luftmassen bedingt, die durch das ansteigende Relief zum Aufsteigen gezwungen werden und
abkühlen. Die datailierten Datenreihen der Klimastation Casablanca wurde in ein Niederschlags-Temperatur-
Diagramm und ein Witterungsdiagramm umgesetzt. Sowohl die mittleren Niederschläge als auch die jährlichen
Durchschnittstemperaturen liegen unter dem Landesmittel. Die Jahreszeiten werden nicht durch den
ausgeglichenen Temperaturgang, sondern durch die Verteilung der Niederschläge gegliedert. Die
Niederschlagsspitzen der zweigipfligen Regenzeit entsprechend den Sonnenhöchstständen und liegen in den
Monaten Juni und September. Die Trockenzeit in den Monaten November bis März gründet auf den stärkeren
Passateinfluss. Das Witterungsdiagramm zeigt eine Häufung von Gewitterereignissen in den Sommer- und
Herbstmonaten. Dies ist die Zeit des Auftretens von Hurrikanereignissen.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Erscheinungsjahr
- 2004
- ISBN (eBook)
- 9783832486679
- ISBN (Paperback)
- 9783838686677
- Dateigröße
- 4.9 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Universität Leipzig – Physik und Geowissenschaften
- Note
- 1,1
- Schlagworte
- landschaftsökologie abflußmodellierung hochwasserschutz wasserqualität erosion
- Produktsicherheit
- Diplom.de
