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

Die Region mit der weltweit hochsten Rate an Landnutzungsanderungen sind die feuchten Tropen. Es ist ein weit verbreiteter Prozess in diesen Regionen durch Entwaldung Raum fur landwirtschaftliche Flachen und Weiden zu schaffen. Daruber hinaus ist diese Region fur ihre grose Wasserverfugbarkeit und ihr Potenzial zur Erzeugung von Wasserkraft bekannt. Daher sind in den letzten Jahrzehnten Bemuhungen zur Erhaltung und zum Schutz der naturlichen Waldbedeckung der tropischen Wassereinzugsgebiete zu einer Prioritat innerhalb der Prozesse des integrierten Wasserressourcenmanagements (IWRM) geworden. Landnutzungsanderungen (LUC) beeinflussen den Wasserhaushalt eines Einzugsgebiets, indem sie das verfugbare Wasser zusammen mit der Veranderung der anderen Wasserhaushaltskomponenten beeinflussen. Das Verstandnis der LUC und ihrer Auswirkungen auf die Hydrologie eines Einzugsgebiets ist fur das Management und die Nutzung der Wasserressourcen in einem Einzugsgebiet von entscheidender Bedeutung. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen von Landnutzungsanderungen in den letzten Jahrzenten auf die Abflussmenge eines Wassereinzugsgebiets zu verstehen, um in Zukunft - innerhalb eines IWRM-Rahmens - ein ordnungsgemases Wassermanagement und eine Wasserressourcenplanung durchfuhren zu konnen. Diese Studie bewertet die historischen Trends von Niederschlag und Stromfluss und analysiert die Reaktionen des Stromflusses auf Landnutzungsanderungen 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 taglichen 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 fur die LUC-Erkennungsanalyse verwendet, sowie das CA_Markov-Modell, um die zukunftigen LUC-Projektionen unter drei verschiedenen Szenarien vorherzusagen: Trendszenario, “Best-Case-Szenario”, “Worst-Case-Szenario”. Die Vorhersagen fur die Jahre 2026 und 2036 werden unter Berucksichtigung der physischen und soziookonomischen Treiber der LUC-Dynamik im Einzugsgebiet berechnet. Das Trendszenario behalt die fur die Jahre 2026 und 2036 prognostizierten Wahrscheinlichkeiten fur Landnutzungsanderungen bei. Das Best-Case-Szenario befasst sich mit den Wahrscheinlichkeiten fur Anderungen der LUC in Richtung eines ausgewogenen Szenarios, zwischen der Erhaltung naturlicher Okosysteme und produktiven Aktivitaten innerhalb des Einzugsgebiets. Das “Worst-Case-Szenario” befasst sich mit den Wahrscheinlichkeiten einer Anderung der LUC in Richtung eines Szenarios, in dem Rohstoffaktivitaten vorherrschen und die Produktionsbereiche in der Wasserscheide zunehmen. Die LUC-Erkennungsergebnisse zeigen eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flachen und eine Abnahme der Waldbedeckung zwischen 1990 und 2016. Statistisch gesehen, verringerte sich die naturliche Waldbedeckung von 61,2% im Jahr 1990 auf 57,12% im Jahr 2016, wahrend der Anteil der landwirtschaftlichen Flachen von 2,9% auf 7,23% zwischen die Jahren 1990 und 2016 zunahm. Die Ergebnisse der LUC- Projektion fur die Jahre 2026 und 2036 in Bezug auf das Jahr 2016 deuten darauf hin, dass die landwirtschaftlichen Flachen im Jahr 2026 voraussichtlich um 9,3% und im Jahr 2036 um 19,2% im Trendszenario zunehmen werden. Fur das “Best-Case-Szenario” wird eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flachen um 1,1% bzw. 3% im Jahr 2026 bzw. 2036 prognostiziert. Die Ergebnisse des “Worst-Case–Szenarios” fur die Jahre 2026 und 2036 prognostizieren eine Zunahme der landwirtschaftlichen Flachen um 26,1% bzw. 54,3%. Daruber hinaus wird fur das Trendszenario im Vergleich zu 2016 ein Ruckgang der naturlichen Waldbedeckung im Einzugsgebiet um 0,6% (2026) und um 1,5% (2036) prognostiziert. Fur 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 fur die Jahre 2026 und 2036 einen Ruckgang der naturlichen Waldbedeckung um 2,6% bzw. 5,8% gegenuber 2016. Die Ergebnisse der hydrologischen Modellierung zeigen, dass aufgrund der Auswirkungen von LUC der durchschnittliche tagliche Stromfluss fur das Trendszenario im Vergleich zu 2016 um 1,04% (2026) und 1,45% (2036) anstieg. Fur das “Best-Case– Szenario” verringerte sich der durchschnittliche tagliche Stromfluss in den Jahren 2026 und 2036 gegenuber 2016 um 4,91% (-24,8 m³/s) bzw. 6,10% (-30,8 m³/s). Fur das Szenario “Worst-Case” wird in Bezug auf das Jahr 2016 ein Anstieg des durchschnittlichen taglichen 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 Anderungen des Stromflusses kein Faktor sind, der die Wasserkrafterzeugung im Einzugsgebiet beeinflussen konnte. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass die Wasserhaushaltskomponenten durch die raumliche und zeitliche Verteilung von LUC im Untersuchungsgebiet beeinflusst werden, was fur ein einzugsgebietsweites integriertes Wasserressourcenmanagement nutzlich ist. Das Ausmas dieser Effekte kann jedoch durch Unsicherheiten verdeckt werden, die sich aus den hydrologischen und LUC-Modellierungsprozessen ergeben. Daher sind weitere Studien zur Optimierung von Landnutzungsanderungen und Untersuchungen zur Bewertung von Niederschlag-Abfluss-Prozessen im Untersuchungsgebiet unerlasslich. Nichtsdestotrotz sollten Nachhaltigkeitsaspekte, die mit dem Vorhandensein der Wasserkraftanlage im Untersuchungsgebiet verbunden sind, nicht vernachlassigt werden. Um eine nachhaltige Entwicklung im Einzugsgebiet gewahrleisten zu konnen (die die langfristige Wasserkraftproduktion, die Erhaltung der Okosysteme und das soziookonomische Wohlergehen der Bevolkerung im Einzugsgebiet umfasst), mussen in weiteren Arbeiten innerhalb eines IWRM-Rahmens weitere Variablen und Prozesse analysiert werden, die in dieser Studie nicht behandelt wurden.