Potenzielle Bodenerosion und Landnutzungsänderung als mögliche Folge des Dreischluchtenprojektes, am Beispiel Xiangxi, VR China

Abstract

Das Ausgangsproblem der Arbeit war die Abholzung der Hänge am Unterlauf des Xiangxi und deren Umwandlung in landwirtschaftliche Nutzflächen. Hierdurch entstehen hohe Bodenerosionspotenziale. Ziel dieser Arbeit war daher zum einen, diese Bodenerosionspotenziale mit Hilfe der Allgemeinen Bodenabtragsgleichung (ABAG) abzuschätzen. Zum anderen sollten geeignete Ausweichflächen für die überfluteten Ackerflächen identifiziert werden. Gleichzeitig wurde hierbei auch die generelle Einsatzmöglichkeit der ABAG auf Gebiete in China an einem ganz konkreten kleinräumigen Untersuchungsgebiet getestet. Die Untersuchungen dieser Arbeit fanden auf zwei Arbeitsebenen statt. Erste Ebene war das gesamte, in das übergeordnete Projekt (s. Kap. 1.2) eingegliederte Projekt-gebiet. Hier wurden die potenziellen oben erwähnten Ausweichflächen identifiziert und analysiert. Die zweite Ebene, das eigentliche Arbeitsgebiet, umfasst nur den südlichen Teil dieses Projektgebietes. Für dieses Teilgebiet wurden die Bodenerosionspotenziale ermittelt. Das Projektgebiet umfasst eine Fläche von rund 3.172 km², davon nimmt das Arbeitsgebiet eine Fläche von rund 133 km² ein. Hintergrund der Problemstellung der Arbeit ist der Bau des Drei-Schluchten-Staudamms. Der Drei-Schluchten-Staudamm ist eines der größten jemals in Angriff genommenen Staudammprojekte. Die Hauptziele des Drei-Schluchten-Staudamms sind der Hochwasserschutz des Mittel- und Unterlaufs des Yangtze, die Stromerzeugung durch Wasserkraftwerke und die Möglichkeit, das Landesinnere und den Westen Chinas schneller und günstiger wirtschaftlich zu entwickeln. Das Hauptproblem bildet die durch die Flutung der Flussufer oberhalb des Damms notwendig werdenden umfangreichen Umsiedlungsmaßnahmen. Mit Fertigstellung der Stauanlagen entsteht ein Stausee mit einer Länge von rund 633 km, einer Breite an der Oberfläche von rund 1,1 km und mit einer Tiefe zwischen 40 und 110 m. Das Gesamtvolumen der Wassermenge beträgt 39.300 Millionen m³. Das Relief des Projektgebietes ist steil und zerklüftet. Der überwiegende Teil des Gebietes ist in der Regel das ganze Jahr frostfrei, nur die höchsten Lagen erfahren in den Wintermonaten gelegentlich Temperaturen von weniger als 0°. Die Nieder-schlagsmengen sind hoch, durchschnittlich fallen im Jahr rund 1.100 mm. Davon fallen rund 80 90% in den Sommermonaten, und der Großteil dieser Niederschläge konzentriert sich auf wenige Starkregentage. Das Projektgebiet wird von vier Bodentypen dominiert, von denen die drei am häufigsten auftretenden Bodentypen relativ fruchtbar sind. Auch im eigentlichen Arbeitsgebiet finden sich überwiegend günstige Böden. Mehr als 50% des Projektgebietes ist noch überwiegend mit Laub-und Nadelwald bedeckt. Die ebenen Lagen, vor allem entlang des Xiangxi-Tals, werden als Ackerflächen genutzt. In den Hanglagen gibt es in kleinem Umfang Teesträucher und Orangenpflanzungen. Die Bevölkerung des Projektgebietes beträgt rund 250.000. Hiervon sind knapp 90.000 Menschen im Rahmen der Umsiedlungs-maßnahmen betroffen. Die Haupteinnahmequelle der Bevölkerung des Projektgebietes ist noch immer die Landwirtschaft. Der erste grundlegende Arbeitsschritt für die Erosionsberechnung war, aus den Rohdaten flächendeckende Rasterdaten zu erzeugen. Für die Anwendung der ABAG müssen Daten für fünf (bzw. sechs) Erosionsparameter flächendeckend vorliegen. Diese Erosionsparameter sind: Hanglänge und Hangneigung (LS-Faktor), Boden-erodibilität (K-Faktor), Regenerosivität (R-Faktor), Bodenbedeckung und Bearbeitung (C-Faktor) und der Erosionsschutzmaßnahmen (P-Faktor). Auch die für die Identifizierung der Ausweichflächen benötigten Daten mussten zunächst flächen-deckend ermittelt werden. Hierfür konnten die für die ABAG-Anwendung aufbereiteten Daten verwendet werden. Hauptproblem bei der Datenaufarbeitung war eine nicht ausreichend detaillierte Datengrundlage. Um flächendeckende Daten zu bekommen, mussten für einige Parameter die benötigten Daten konstruiert werden. Für den LS-Faktor stand ein digitales Höhenmodell (DHM) zur Verfügung. Die Daten konnten direkt aus dem DHM entnommen werden und haben daher eine recht hohe Genauigkeit. Die Daten für den K-Faktor wurden aus digitalisierten Bodenkarten und deren Erläuterungen entnommen. Diese Bodenkarten hatten jedoch einen relativ kleinen Maßstab. Werden die Informationen aus diesen kleinmaßstäblichen Bodenkarten auf das verhältnismäßig kleine Arbeitsgebiet übertragen, kommt es durch Generalisierungeffekte zwangsläufig zu einem gewissen Informationsverlust der aus den Karten abgeleiteten Rasterdaten. Ein weiteres Problem des K-Faktors entstand durch die Korngrößenverteilung, die nicht internationalen Standards und der Vorgabe der ABAG entspricht. Der K-Faktor konnte daher nur näherungsweise bestimmt werden. Auch der R-Faktor konnte nur mit eingeschränkter Genauigkeit bestimmt werden. Für die Berechnung standen nur Daten von acht Niederschlagsmessstationen zur Verfügung. Diese lieferten nur Tageswerte, die ABAG setzt aber Messwerte in 30min-Intervallen voraus. Mit dem modifizierten FOURNIER-Index wurden die R-Werte für die verfügbaren acht Stationen ermittelt. Durch eine Regression zwischen der Höhenlage der Stationen und dem jeweiligen R-Wert wurden anschließend R-Werte für dazwischen liegende Punkte interpoliert. Für den C- und den P-Faktor standen praktisch keine Ausgangsdaten zur Verfügung. Hier konnten daher nur allgemeine Werte abgeschätzt werden, eine räumliche Differenzierung innerhalb des Untersuchungsgebietes war nicht möglich. Zur Berechnung des potenziellen Bodenabtrages wurden die zuvor flächendeckend ermittelten Einzelfaktoren der ABAG in die Erosionsgleichung eingesetzt. Das Ergebnis der Berechnungen sind flächendeckende Karten des potenziellen Bodenabtrags in Tonnen pro Hektar und Jahr, generalisiert in drei Erosionsklassen: < 5 t/ha * Jahr, 5 - 30 t/ha * Jahr, > 30 t/ha * Jahr. Zur Identifizierung der potenziellen Ausweichflächen dienten drei Kriterien: geeignete Hangneigung, geeignete Böden, Mindestgröße der Flächen von 12,3 km². Für diese drei Kriterien wurden zunächst separate Karten berechnet, die jeweils die Flächen auswiesen, die das Filterkriterium erfüllen. Die drei Teilkarten wurden anschließend miteinander kombiniert, um die Flächen zu ermitteln, die alle drei Teilkriterien erfüllen. Der Rückstau durch den Drei-Schluchten-Staudamm führt zu einem Verlust von bisher als Ackerflächen genutzten Uferbereichen des Xiangxi-Tals. Rund 14 km² bzw. ca. 8 % des Arbeitsgebietes werden hierdurch überflutet. Am stärksten betroffen sind hierbei gerade die Flächen mit sehr fruchtbaren Böden. Die GIS-gestütze Analyse zeigte jedoch, dass diesen 12,3 km² Verlustflächen immerhin 243 km² potenzielle Aus-weichflächen gegenüber stehen. Diese potenziellen Kompensationsflächen müssen jedoch noch näher untersucht werden. Zum einen muss dabei überprüft werden, ob diese Flächen schon jetzt landwirtschaftlich genutzt werden und damit als Ausweichflächen ausfallen.44 Zum anderen wäre für die dann noch übrigbleibenden Restflächen die aktuelle Verkehrsanbindung zu überprüfen bzw. ggf. die Möglichkeit, diese Gebiete an das bestehende Straßen- und Wegenetz anzubinden. Schließlich muss auch noch der Boden auf den in Frage kommenden Flächen noch einmal direkt vor Ort untersucht werden. Durch den kleinen Maßstab der verwendeten Bodenkarten (1:160.000 bis 1:200.000) ist, wie oben erwähnt, die in den Berechnungen verwendete Bodeninformation stark generalisiert und entsprechend fehleranfällig. Werden die Hänge am Unterlauf des Xiangxi abgeholzt und in Ackerflächen umgewandelt, muss in den meisten Bereichen mit mittleren (5 - 30 t/ha * Jahr) bis hohen (> 30 t /ha * Jahr) Bodenerosionsraten gerechnet werden. Um diese zu minimieren, ist eine Weizen/Reis-Rotation der Kartoffel/Mais-Rotation vorzuziehen. Die Berechnung mit Hilfe der ABAG ergab, dass bei einer Weizen/Reis-Rotation der überwiegende Teil des Arbeitsgebietes Erosionsraten von 5-30 t/ha * Jahr aufweist. Bei der Kartoffel/Mais-Rotation fällt der überwiegende Teil des Arbeitsgebietes in die Klasse > 30 t/ha * Jahr. Dabei ist das Westufer des Xiangxi weniger stark gefährdet als das Ostufer. Ausschlaggebende Faktoren für die berechneten Erosionsmengen sind in erster Linie das Relief (LS-Faktor) und die Niederschläge (R-Faktor), wobei dem Relief auf Grund der z.T. sehr hohen Hangneigung die größere Bedeutung zukommt. Die ABAG wurde zur Berechnung absoluter Abtragswerte (Erosionsmenge/Flächen-einheit * Zeiteinheit) entwickelt und für die Verhältnisse im Mittleren Westen der USA kalibriert und optimiert. Überträgt man wie im vorliegendem Fall die Anwendung der ABAG auf ein völlig anderes Gebiet und völlig andere Rahmenbedingungen (z.B. sehr viel höhere Hangneigung), müsste man die ABAG eigentlich zunächst durch lang-jährige Abtragsmessungen vor Ort auf die lokalen Bedingungen anpassen und kalibrieren. Da dies nicht möglich war, sollten die vorliegenden Berechnungs-ergebnisse sehr vorsichtig interpretiert werden. Die berechneten Werte haben eher die Funktion eines Indikators für die relative Erosionsgefährdung, als exaktes quantitatives Maß für den tatsächlichen Bodenabtrag sind sie nur sehr bedingt geeignet.