Assessing the impact of land use changes on hydropower production and erosion in the Coca River basin. A contribution towards Integrated Water Resources Management in Ecuador
Creators: name: Zuleta Salmon, Carlos Alberto
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: IWRM
Land-use change
Hydropower
SWAT
Ecuador
Hydrological modeling

description: Die Region mit der weltweit höchsten Rate an Landnutzungsänderungen sind die feuchten Tropen. Es ist ein weit verbreiteter Prozess in diesen Regionen durch Entwaldung Raum für landwirtschaftliche Flächen und Weiden zu schaffen. Darüber hinaus ist diese Region für ihre große Wasserverfügbarkeit und ihr Potenzial zur Erzeugung von Wasserkraft bekannt. Daher sind in den letzten Jahrzehnten Bemühungen zur Erhaltung und zum Schutz der natürlichen Waldbedeckung der tropischen Wassereinzugsgebiete zu einer Priorität innerhalb der Prozesse des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM) geworden. Landnutzungsänderungen (LUC) beeinflussen den Wasserhaushalt eines Einzugsgebiets, indem sie das verfügbare Wasser zusammen mit der Veränderung der anderen Wasserhaushaltskomponenten beeinflussen. Das Verständnis der LUC und ihrer Auswirkungen auf die Hydrologie eines Einzugsgebiets ist für das Management und die Nutzung der Wasserressourcen in einem Einzugsgebiet von entscheidender Bedeutung. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen von Landnutzungsänderungen in den letzten Jahrzenten auf die Abflussmenge eines Wassereinzugsgebiets zu verstehen, um in Zukunft - innerhalb eines IWRM-Rahmens - ein ordnungsgemäßes Wassermanagement und eine Wasserressourcenplanung durchführen zu können. Diese Studie bewertet die historischen Trends von Niederschlag und Stromfluss und analysiert die Reaktionen des Stromflusses auf Landnutzungsänderungen unter verschiedenen Szenarien und Zukunftsprojektionen im oberen Coca-Einzugsgebiet. Dieses befindet sich am Osthang der ecuadorianischen Anden und ist Teil der oberen ecuadorianischen Amazonasregion. Die Ergebnisse des Mann-Kendall-Tests (MK) zeigen, dass kein statistisch signifikanter Trend in den täglichen Niederschlags- und monatlichen Flussabflussmessungen im Wassereinzugsgebiet existiert. Der Pettitt-Test kann keinen Sprungpunkt in den einzugsgebietsweiten Niederschlagsreihen feststellen. Die Landnutzungskarten von 1990, 2000, 2008 und 2016 werden für die LUC-Erkennungsanalyse verwendet, sowie das CA_Markov-Modell, um die zukünftigen LUC-Projektionen unter drei verschiedenen Szenarien vorherzusagen: Trendszenario, “Best-Case-Szenario”, “Worst-Case-Szenario”. Die Vorhersagen für die Jahre 2026 und 2036 werden unter Berücksichtigung der physischen und sozioökonomischen Treiber der LUC-Dynamik im Einzugsgebiet berechnet. Das Trendszenario behält die für die Jahre 2026 und 2036 prognostizierten Wahrscheinlichkeiten für Landnutzungsänderungen bei. Das Best-Case-Szenario befasst sich mit den Wahrscheinlichkeiten für Änderungen der LUC in Richtung eines ausgewogenen Szenarios, zwischen der Erhaltung natürlicher Ökosysteme und produktiven Aktivitäten innerhalb des Einzugsgebiets. Das “Worst-Case-Szenario” befasst sich mit den Wahrscheinlichkeiten einer Änderung der LUC in Richtung eines Szenarios, in dem Rohstoffaktivitäten vorherrschen und die Produktionsbereiche in der Wasserscheide zunehmen. Die LUC-Erkennungsergebnisse zeigen eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flächen und eine Abnahme der Waldbedeckung zwischen 1990 und 2016. Statistisch gesehen, verringerte sich die natürliche Waldbedeckung von 61,2% im Jahr 1990 auf 57,12% im Jahr 2016, während der Anteil der landwirtschaftlichen Flächen von 2,9% auf 7,23% zwischen die Jahren 1990 und 2016 zunahm. Die Ergebnisse der LUC- Projektion für die Jahre 2026 und 2036 in Bezug auf das Jahr 2016 deuten darauf hin, dass die landwirtschaftlichen Flächen im Jahr 2026 voraussichtlich um 9,3% und im Jahr 2036 um 19,2% im Trendszenario zunehmen werden. Für das “Best-Case-Szenario” wird eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flächen um 1,1% bzw. 3% im Jahr 2026 bzw. 2036 prognostiziert. Die Ergebnisse des “Worst-Case–Szenarios” für die Jahre 2026 und 2036 prognostizieren eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flächen um 26,1% bzw. 54,3%. Darüber hinaus wird für das Trendszenario im Vergleich zu 2016 ein Rückgang der natürlichen Waldbedeckung im Einzugsgebiet um 0,6% (2026) und um 1,5% (2036) prognostiziert. Für das “Best-Case-Szenario” wird prognostiziert, dass die Waldbedeckung um 0,2% (2026) und um 0,4% (2036) abnehmen wird. Das “Worst-Case-Szenario” prognostiziert für die Jahre 2026 und 2036 einen Rückgang der natürlichen Waldbedeckung um 2,6% bzw. 5,8% gegenüber 2016. Die Ergebnisse der hydrologischen Modellierung zeigen, dass aufgrund der Auswirkungen von LUC der durchschnittliche tägliche Stromfluss für das Trendszenario im Vergleich zu 2016 um 1,04% (2026) und 1,45% (2036) anstieg. Für das “Best-Case– Szenario” verringerte sich der durchschnittliche tägliche Stromfluss in den Jahren 2026 und 2036 gegenüber 2016 um 4,91% (-24,8 m³/s) bzw. 6,10% (-30,8 m³/s). Für das Szenario “Worst-Case” wird in Bezug auf das Jahr 2016 ein Anstieg des durchschnittlichen täglichen Stromflusses um 2,08% (2026) und um 2,37% (2036) prognostiziert. Die Ergebnisse zu den Auswirkungen von LUC auf den Stromfluss unter den verschiedenen vorgeschlagenen Szenarien zeigen, dass die Änderungen des Stromflusses kein Faktor sind, der die Wasserkrafterzeugung im Einzugsgebiet beeinflussen könnte. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Wasserhaushaltskomponenten durch die räumliche und zeitliche Verteilung von LUC im Untersuchungsgebiet beeinflusst werden, was für ein einzugsgebietsweites integriertes Wasserressourcenmanagement nützlich ist. Das Ausmaß dieser Effekte kann jedoch durch Unsicherheiten verdeckt werden, die sich aus den hydrologischen und LUC-Modellierungsprozessen ergeben. Daher sind weitere Studien zur Optimierung von Landnutzungsänderungen und Untersuchungen zur Bewertung von Niederschlag-Abfluss-Prozessen im Untersuchungsgebiet unerlässlich. Nichtsdestotrotz sollten Nachhaltigkeitsaspekte, die mit dem Vorhandensein der Wasserkraftanlage im Untersuchungsgebiet verbunden sind, nicht vernachlässigt werden. Um eine nachhaltige Entwicklung im Einzugsgebiet gewährleisten zu können (die die langfristige Wasserkraftproduktion, die Erhaltung der Ökosysteme und das sozioökonomische Wohlergehen der Bevölkerung im Einzugsgebiet umfasst), müssen in weiteren Arbeiten innerhalb eines IWRM-Rahmens weitere Variablen und Prozesse analysiert werden, die in dieser Studie nicht behandelt wurden.