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Betroffenheit der stadt cotonou durch à¼berschwemmungen ? eine GIS-gestà¼tzte analyse (impacts des inondations sur la ville de Cotonou : approche d'analyse basée sur le SIG)

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par Obognon Emile Edea
Karlsruher institut fur technologie (KIT)  - Master of Sciences 2012
  

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KARLSRUHER INSTITUT FÜR TECHNOLOGIE

INSTITUT für REGIONALWISSENSCHAFT

Betroffenheit der Stadt Cotonou durch Überschwemmungen
- eine GIS-gestützte Analyse

Masterarbeit im Rahmen des Masterstudienganges Regionalwissenschaft/Raumplanung

vorgelegt von

Obognon Emile Edea
aus Benin

Betreuer:

Prof. Dr. Joachim Vogt

März 2012

Erklärung der Urheberschaft

Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig und ohne Benutzung anderer als der hier angegebenen Hilfsmittel angefertigt habe. Alle Stellen, die sinngemäß aus veröffentlichten und nicht veröffentlichten Schriften entnommen sind, wurden als solche kenntlich gemacht. Die Arbeit ist in dieser oder ähnlicher Form noch nicht als Prüfungsarbeit eingerichtet worden.

Karlsruhe, den 20. März 2012

O. E. Edea

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis v

Tabelle- und Fotoverzeichnis vi

Abkürzungsverzeichnis vii

Zusammenfassung viii

1.

Einleitung

1

 

1.1.

Problemstellung

1

 

1.2.

Zielsetzung

2

 

1.3.

Fragestellung

3

 

1.4.

Hypothesen

3

 

1.5.

Aufbau der Arbeit

3

2.

Merkmale des Untersuchungsgebiets

4

 

2.1.

Lage des Untersuchungsgebiets

4

 

2.2.

Morphologische und topographische Merkmale von Cotonou

4

 

2.3.

Klimatische Eigenschaften

8

 

2.4.

Demographische Entwicklung

9

3.

Wissensstand über Methoden und Daten

12

 

3.1.

GIS-basierte Methoden zur Bestimmung der Überschwemmungsflächen

12

 

3.2.

Anwendung der Satellitenbilddaten zur Erfassung der Überschwemmungsflächen

14

 

3.3.

Datengrundlage

14

 

3.3.1

Satellitendaten

15

 

3.3.2

Digitale topographische Karten

15

 

3.3.3

Statistische Daten

15

4.

Methodik

16

 

4.1

Anwendung der Satellitenbildverarbeitung zur Datenbankerstellung

16

 

4.1.1

Klassifizierungsansatz

17

 

4.1.2

Überwachte Klassifizierung

17

 

4.1.3

Visuelle Bildinterpretation

19

 

4.1.4

Genauigkeitsbewertung der Klassifizierung

19

 

4.1.5

Kartierung der Landnutzung

21

 

4.1.6

Digitalisierung der Karten und Analyse der Ergebnisse der Bildverarbeitung

22

 
 
 

II

iii

4.2 Erstellung des digitalen Geländemodells (DGM) 22

4.3 Erhebung der Wasserstandsdaten 23

4.3.1 Techniken der Messung von Wasserständen 23

4.3.2 Auswertung der gemessenen Wasserstandsdaten 25

4.4 GIS-basiertes Modell zur Bestimmung der räumlichen Ausbreitung von

Überschwemmungsflächen 26

4.5 Abschätzung der Bevölkerungsdaten des Untersuchungsgebiets 26

4.6 Abschätzung der Betroffenheit 27

4.6.1 Betroffene Bevölkerung 27

4.6.2 Infrastrukturen und Landnutzung 27

4.7 Abschätzungen der Bevölkerungsdaten 29

5. Faktoren der Betroffenheit durch Überschwemmungen 30

5.1 Natürliche Faktoren 30

5.1.1 Klimatische und hydrologische Bedingungen 30

5.1.2 Topographische und morphologische Bedingungen 31

5.2 Anthropogene Faktoren 31

5.2.1 Siedlungsstandorte 31

5.2.2 Schlechte Verwaltung des Abwasserentsorgungsystems 32

5.2.3 Landnutzung 33

5.2.4 Zusammenhang zwischen Landnutzung und Überschwemmungen 35

5.3 GIS-basierte Abschätzung der räumlichen Überschwemmung 35

5.3.1 Bestimmung der Überschwemmungsflächen 36

5.3.1.1 Abschätzung der Wasserstände 36

5.3.1.2 Abgrenzung bestehender überschwemmungsgefährdeter Gebiete in Cotonou 37

5.3.1.3 GIS-Implementierung der bestimmten Überschwemmungsflächen 37

5.4 Abschätzung der Betroffenheit 41

5.4.1 Soziale Betroffenheit 41

5.4.1.1 Abschätzungen betroffener Bevölkerung 41

5.4.1.2 Abschätzung betroffener Infrastrukturen 41

5.4.1.3 Analyse der Vulnerabilitäten 43

6. Fazit und Kritik des Ansatzes 45

6.1 Stärken und Schwächen der angewandten Methodik 45

iv

6.2 Ausblick auf vertiefende Arbeiten zur Fragestellung 46

Literaturverzeichnis ix

Anhang xvii

V

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Lage der Stadt Cotonou 5

Abbildung 2: Verteilung der oberflächlichen Sedimentgesteine 7

Abbildung 3: Angabe der durchschnittlichen Regenmenge der Stadt Cotonou für jeden Monat im

Mittel der Jahre 1961 bis 2000 8

Abbildung 4: Bevölkerungsentwicklung in Cotonou von 1961 bis 2002 9

Abbildung 5: Bevölkerungsdichte pro Arrondissement 11

Abbildung 6: Ausschnitt aus dem Orthofoto des Untersuchungsgebiets mit den eingegrenzten

Testflächen 19

Abbildung 7: Schematische Darstellung der Messungstechnik 25

Abbildung 8: Vergleich der Klasse Gebäude bei der pixelbezogenen Klassifikation auf Bildebene

(Bild rechts) und auf dem Originalsatellitenbild (Bild links). 29

Abbildung 9: Landnutzungskarte des Untersuchungsgebiets 34

Abbildung 10: Sumpfgebiete im Stadtraum von Cotonou 39

Abbildung 11: Wasserhöhe entlang des Nokoue-Sees 40

Abbildung 12: Verteilung der Überschwemmungsbetroffenen im Untersuchungsgebiet 41

Abbildung 13: Zahl der betroffenen Gebäude Quelle: Eigene Darstellung 42

Abbildung 14: Länge der betroffenen Straßen 42

Abbildung 15: Ausmaß einer simulierten Überschwemmung bei Wasserständen des Nokoue-

Sees von ca. 200 cm über Niedrigwasser 44

vi

Tabelle- und Fotoverzeichnis

Tabelle 1: Untergliederung der zu interpretierenden Großbereiche. 18

Tabelle 2: Die verwendeten Werkzeuge 24

Tabelle 3: Konfusionsmatrix der pixelbasierten Klassifikation in Prozent 28

Tabelle 4: Aufteilung der Gebäude im digitalisierten Bereich 30

Tabelle 5: Verteilung der Landnutzung 35

Tabelle 6: Statistik der gemessenen Punkte. 36

Foto 1: Schlammspuren (Pfeil) an der Gebäudefassade 25

Foto 2: Besetzung sumpfiger und regelmäßig überschwemmter Zonen am Rand Fifadji 32

Foto 3: Verstopfung eines Entwässerungskanals durch Müll in Minontchou (a) und die

Entleerung des Abfalls in einen Gewässerkanal unter freiem Himmel in Agbondjèdo (b) 33

VII

Abkürzungsverzeichnis

BF Bas-Fond

DGAT Departement de Geographie et de l'Amenagement du Territoire /Université

d'Abomey-Calavi

DDEHU Direction Départementale de l'Environnement, de l'Habitat et de l'Urbanisme.

DHM Digitales Höhenmodell

LSSEE Laboratoire des Sciences des Sols, Eau et Environnement

DOM Digitales Oberflächenmodell (= DGM, Digitales Geländemodell)

DPDM Direction de la Prospective et du Développement Municipal

DPPC Direction de la Prévention et de la Protection Civile

IGN Institut Géographique National

INSAE Institut National de la Statistique et de l'Analyse Economique l'Urbanisme

LWI Leichtweiß-Instituts für Wasserbau

PDC Plan de Développement Communal

PDM Partenariat pour le Développement Municipal

SERHAU-SA Société d'Etudes Régionales d'Habitat et d'Aménagement Urbain

SIG Système d'Informations Géographiques

TIN Triangulated Irregular Network

VIII

Zusammenfassung

Cotonou ist eine Küstenstadt in der subäquatorialen Zone in Süd-Benin. Die Stadt regelmäßig unterliegt natürlichen, anthropogen verstärkten Überschwemmungen. Diesen gegenzusteuern fehlen noch geeignete raumdiskrete Daten. Das Ziel der Arbeit besteht darin, eine GIS-gestützte Analyse zu verwenden, um die Betroffenheit der Stadt Cotonou durch Überschwemmungen zu erfassen und zu analysieren. Diese Untersuchung erfolgt in drei Schritte. An ersten Schritt wurden Daten gesammelt und so wurde eine GIS-Datenbank für das Untersuchungsgebiet aufgebaut. Dazu gehören hauptsächlich die Fernerkundungsdaten (Orthofotos und das Satellitenbild Spot5 vom Jahr 2007) und die RFU-Datenbank der Stadt Cotonou sowie die gemessenen Wasserhöhen der Überschwemmung von September 2010. An zweiten Schritt wurden die Fernerkundungsdaten mit der überwachten Klassifizierungsverfahren verarbeitet. Weiterhin wurden die Bildverarbeitungsergebnisse in GIS bearbeitet und dargestellt. An dritten Schritt wurde die Betroffenheit analysiert. In diesem Schritt wurde versucht, die Betroffene abzuschätzen.

Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass zwei Hauptfaktorengruppen die Überschwemmungen in Cotonou verursachen: die natürlichen Ursachen (topographische Lage, Bodentypen, Relief, Niederschlagsmenge und extreme Regenfälle) und die anthropogenen Ursachen (starke Besiedlung der Küstenregion und unkontrollierte Bebauung der Stadtperipherien sowie der Sümpfe, Versandung des Nokoue-Sees, Fehlen eines Abwassersystems). Die überschwemmte Fläche wird auf ca. 867 ha geschätzt. Davon waren 25 % bereits bebaut. Dies muss unvermeidlich zu Überschwemmungsschäden bei starken Regenfällen führen. Bezüglich der Regenereignisse von 2010 könnten ca. 28.200 Menschen als Überschwemmungsbetroffene in den berücksichtigten Stadtteilen mit der GIS-gestützten Analyse abgeschätzt werden, 31,64 km Straße wurden überflutet. Die betroffenen Gebäude wurden insgesamt auf ca. 3695 geschätzt.

1

1. Einleitung

Katastrophen aufgrund von Naturereignissen, so genannten Naturkatastrophen, ereignen sich weltweit mit negativen Auswirkungen auf die menschliche Lebensqualität sowie auf die ökologischen und ökonomischen Bedingungen. Dies gilt auch für Überschwemmungen, von denen die meisten Länder (vgl. Bui, D.V.et Goïta K. 2007:204) in Asien (China und Vietnam im Jahre 2002), Europa (Frankreich, Deutschland, Ungarn und die Tschechische Republik im Jahr 2000), Amerika (Venezuela im Jahr 1999, Kanada 1996, USA 2005.) und die meisten afrikanischen Länder (vgl. Wade 2009) betroffen sind. Davon betroffen sind in Zentralafrika ca. 2 Millionen und in Ostafrika im Januar 2007 etwa 2,6 Millionen Menschen (vgl. Scheuren J.M. und al. 2007:28). Jährlich gibt es schwere Überschwemmungen auch in Benin. Im Jahr 2009 waren 43 der 77 Gemeinden des Landes überschwemmt und 55 im Jahr 2010 (vgl. OCHA-Bénin 2010:2). Angesichts der Folgen des Klimawandels ist zu befürchten, dass der Überschwemmungstrend ansteigend ist und bewältigt werden muss, um steigende soziale und ökonomische Probleme zu vermeiden.

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.