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1
Projektarbeit
Wasserbau
2014
Anwendungsorientiertes Wasser- und
Bodenmanagement in den nördlichen Anden Perus unter
Klimaunsicherheiten
2
„Anwendungsorientiertes Wasser- und Bodenmanagement in den nördlichen
Anden Perus unter Klimaunsicherheiten“
Ein studentisches Projekt im September 2014
Betreuender Professor:
Technische Universität Kaiserslautern
Prof. Dr. Robert Jüpner
Fachbereich Bauingenieurwesen, Fachgebiet Wasserbau und Wasserwirtschaft
Paul-Ehrlich-Sraße 14, 67663 Kaiserslautern, Deutschland
Bearbeitende Studierende:
Valens Karamuka
Eva-Maria Pieszkalla
Sabine Rumold
Sebastian Schoenwiese
Projektpartner:
Freie Universität Berlin:
Prof. Dr. Achim Schulte,
Prof. Dr. Blörn Waske
Dipl. Georg. Joachim Krois
Christina Hofmann
Hanna Krüger
Sonja Taheri Rizi
Universidad Nacional de Cajamarca:
Prof. Dr. Gaspar Méndez
Prof. Dr. Walter Roncall
Gobierno Regional de Cajamarca:
Carlos Cerdán
Alicia Quispe
Instituto Cuencas:
Antenor Florindez
GIZ Cajamarca:
Edwin Pajares
Instituto Montañés:
Mirella Gallardo
3
Inhalt Abbildungsverzeichnis ......................................................................................................................... 5
Tabellenverzeichnis .............................................................................................................................. 6
1. Einleitung ....................................................................................................................................... 7
1.1 CASCUS ................................................................................................................................ 7
1.2 Rolle der TU Kaiserslautern .............................................................................................. 10
1.3 Projektarbeit Wasserbau ................................................................................................... 10
1.3.1 Vorbereitung ................................................................................................................ 10
1.3.2 Geländearbeiten ......................................................................................................... 11
1.3.3 Nachbereitung ............................................................................................................. 12
2. Theoretische Grundlagen .......................................................................................................... 13
2.1 Humides Klima .................................................................................................................... 14
2.1.1 Probleme der Wasserversorgung in humiden Zonen - Beispiel Deutschland ... 14
2.2 Arides Klima......................................................................................................................... 14
2.2.1 Problematik und Lösungsansätze in ariden Gebieten .......................................... 15
2.2.2 Problematik und Lösungsansätze in semiariden Gebieten .................................. 16
3. Randbedingungen in der Region Cajamarca ............................................................................. 17
3.1 Geografische Randbedingungen...................................................................................... 17
3.2 Klimatische und hydrologische Randbedingungen ....................................................... 19
3.3 Bevölkerung ......................................................................................................................... 22
3.4 Wasserverschmutzung ...................................................................................................... 22
3.5 Zusammenfassung und resultierende Problematik ...................................................... 23
4. Wasserspeicherung .................................................................................................................... 27
4.1 Wasserspeicherung als Antwort auf ein temporäres Wasserdefizit............................ 27
4.2 Systematik der Wasserrückhaltung und –speicherung ................................................. 28
4.2.1 Rainwater Harvesting ................................................................................................. 28
4.2.2 Transport direkt zu den Nutzern ............................................................................... 29
4.2.3 Versickerung ................................................................................................................ 30
4.2.4 Check Dams ................................................................................................................ 30
4.2.5 Speicherbecken .......................................................................................................... 31
5. Beispielanlagen im Untersuchungsgebiet ............................................................................... 34
5.1 Laguna Mataracocha ......................................................................................................... 35
5.1.1 Methodik ....................................................................................................................... 35
5.1.2 Beschreibung der Anlage .......................................................................................... 35
5.1.3 Bewertung und Optimierung ..................................................................................... 45
5.2 Die Microrrerservorios in Chupicaloma ........................................................................... 50
4
5.2.1 Methodik ....................................................................................................................... 50
5.2.2 Beschreibung der Anlage .......................................................................................... 50
5.2.3 Bewertung und Optimierung ..................................................................................... 62
5.3 Parcela Pablo Sánchez ........................................................................................................... 65
5.2.1 Methodik ....................................................................................................................... 65
5.3.2 Beschreibung der Anlage .......................................................................................... 66
5.3.3 Bewertung und Optimierung ..................................................................................... 78
6. Übertragbarkeit der Beispiele ............................................................................................... 80
6.1 Laguna Mataracocha ......................................................................................................... 80
6.2 Chupicaloma ........................................................................................................................ 80
6.3 Parcela Pablo Sanchez ..................................................................................................... 81
7. Fazit .......................................................................................................................................... 82
8. Literatur- und Quellenverzeichnis ................................................................................................ 83
9. Anlagen ............................................................................................................................................ 85
5
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Terrassen ........................................................................................................................ 8
Abbildung 2: Aufforstung am Cerro Secsen Mayo .......................................................................... 8
Abbildung 3: Wasserspeicherbecken ................................................................................................ 8
Abbildung 4: Rückhaltedamm ............................................................................................................. 8
Abbildung 5: Klima Nord- und Südamerika .................................................................................... 13
Abbildung 6: Übersicht aride und semiaride Gebiete .................................................................... 15
Abbildung 7: Lage der Region Cajamarca innerhalb Perus ......................................................... 17
Abbildung 8: Provinz Cajamarca innerhalb der gleichnamigen Region ..................................... 17
Abbildung 9: Höhenstufen- Karte Peru............................................................................................ 18
Abbildung 10: Hangneigungsverteilung im Einzugsgebiet des Rio Ronquillo ........................... 19
Abbildung 11: Kontinentale Wasserscheide ................................................................................... 20
Abbildung 12: Klimadiagramm für die Stadt Cajamarca ............................................................... 21
Abbildung 13: Bevölkerungs- und Wasserverbrauchsprognose für Cajamarca ....................... 22
Abbildung 14: Protest gegen die Conga- Mine .............................................................................. 23
Abbildung 15: Vergleich durchschnittlicher monatlicher Niederschlag ....................................... 24
Abbildung 16: Klimatische Wasserbilanz für Cajamarca .............................................................. 24
Abbildung 17: Wassernutzung in Cajamarca ................................................................................. 25
Abbildung 18: Systematik Wasserrückhaltung und –speicherung .............................................. 28
Abbildung 19: Beispiele für Rainwater Harvesting in Namibia .................................................... 29
Abbildung 20: Check Dam aus Steinschüttung in Ostafrika ........................................................ 31
Abbildung 21: Klassifizierung von HWRB nach DIN 19700-12 ................................................... 32
Abbildung 22: Laguna Mataracocha ................................................................................................ 35
Abbildung 23: Lage der Laguna Mataracocha ............................................................................... 36
Abbildung 24: Zufluss zur Laguna Mataracocha aus dem Rio Manzana .................................. 37
Abbildung 25: Gully an der Laguna Mataracocha ......................................................................... 38
Abbildung 26: Zufluss zur Laguna ................................................................................................... 38
Abbildung 27: Kanal Maymay südlich der Laguna Mataracocha ................................................ 38
Abbildung 28: Sedimentablagerung am Abfluss der Laguna....................................................... 39
Abbildung 29: Übersichtsplan Laguna Mataracocha .................................................................... 40
Abbildung 30: Zufluss zur Laguna Mataracocha während der Trockenzeit .............................. 41
Abbildung 31: Östliches Absperrbauwerk der Laguna Mataracocha ......................................... 41
Abbildung 32: Abfluss aus der Laguna - wasserseitig .................................................................. 42
Abbildung 33: Abfluss aus der Laguna - luftseitig ......................................................................... 42
Abbildung 34: Armaturen zur Abflussregulierung .......................................................................... 43
Abbildung 35: Notverschluss ............................................................................................................ 43
Abbildung 36: Südliches Absperrbauwerk der Laguna Mataracocha ......................................... 44
Abbildung 37: Hochwasserentlastungsanlage am südlichen Absperrbauwerk ........................ 45
Abbildung 38: Defekte Abdeckung der Regulierungseinheit ....................................................... 47
Abbildung 39: Rechen zum Abhalten von Treibgut und grobem Geschiebe ............................ 48
Abbildung 40: Einleitung aus der HWEA in den Kanal ................................................................. 48
Abbildung 41: Luftseitige Bepflanzung des Absperrbauwerkes .................................................. 49
Abbildung 42: Prinzipskizze des von Microrreservorios regulierten Bewässerungssystems . 51
Abbildung 43: Lageplan Chupicaloma ............................................................................................. 53
Abbildung 44: Beispiel eines Zulaufkanals aus dem Dorf Chupicaloma .................................... 54
Abbildung 45: Anlagekomponenten eines Microrreservorios ..................................................... 55
Abbildung 46: Beispiel Entlastungsanlage .................................................................................... 56
Abbildung 47: Vorgeschlagene Grundform des Microrreservorios ............................................ 58
6
Abbildung 48: Entlastungsanlage des Hauptreservoirs (Beckennummer 4) ............................. 59
Abbildung 49:Wasserentnahmeeinrichtung - Rohr und Ventilhäuschen .................................. 60
Abbildung 50: Chupicaloma - Hauptbecken zur Regulierung der Bewässerung ...................... 61
Abbildung 51: Chupicaloma - Reservoir zu Versorgung des Gewächshauses ........................ 61
Abbildung 52: Chupicaloma - Gewächshaus ................................................................................. 61
Abbildung 53: Chupicaloma - Sprinkleranlage zur Pflanzenbewässerung ................................ 61
Abbildung 54: Chupicaloma - Sedimentfangbecken ..................................................................... 62
Abbildung 55: Chupicaloma - Speicherbecken für Fischzucht .................................................... 62
Abbildung 56: Lageplan Untersuchungsgebiet Parcela Pablo Sánchez .................................... 66
Abbildung 57: Skizze Hang 1 der Parcela ...................................................................................... 68
Abbildung 58: Abflusssammelrinne am Hang 1 der Parcela ....................................................... 69
Abbildung 59: Vermessung der Abflusssammelrinne der Parcela .............................................. 70
Abbildung 60: scharfe Kurve der Abflusssammelrinne Parcela .................................................. 70
Abbildung 61: Sedimentationsbecken der Abflusssammelrinne Parcela ................................... 72
Abbildung 62: Reservoir der Parcela ............................................................................................... 72
Abbildung 63: Skizze Hang 2 der Parcela ...................................................................................... 73
Abbildung 64: Versickerungsrinne am Hang 2 Parcela ................................................................ 74
Abbildung 65: Speicherbecken aus Beton Parcela ....................................................................... 75
Abbildung 66: Zweites Bauwerk aus Beton der Parcela .............................................................. 75
Abbildung 67: Terrasse an der Gedenkstätte der Parcela ........................................................... 76
Abbildung 68: Wasserhahn einer Terrassenstufe der Parcela .................................................... 77
Abbildung 69: Terrasse neben dem Haus der Parcela ................................................................. 77
Abbildung 70: Terrasse unterhalb des Hauses der Parcela ........................................................ 78
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Zusammenfassung der NASIM Simulation .................................................................... 9
Tabelle 2: Bevölkerungsentwicklung in Cajamarca ....................................................................... 22
Tabelle 3: Klassifizierung von Wasserspeicherbecken zur landwirtschaftlichen Nutzung ...... 32
Tabelle 4: Kosten der Microrreservorios in Abhängigkeit vom verwendeten Baumaterial ..... 52
Tabelle 5: Repräsentative Querschnitte der Abflusssammelrinne Parcela ............................... 70
7
1. Einleitung
Dieser Bericht befasst sich mit der Wasserproblematik Nordperus. Er liefert einen Überblick
über bereits bestehende Möglichkeiten zur Wasserrückhaltung, deren Bewertung und
Übertragbarkeit. Er basiert unter anderem auf den Untersuchungsergebnissen des
Geländepraktikums von vier Studierenden der TU Kaiserslautern im September 2014.
1.1 CASCUS
Das von der Hans-Sauer-Stiftung geförderte Projekt CASCUS I (Conservación del Agua y
del Suelo en las Cuencas de Chetillano y Ronquillo en la Sierra norte del Perú) umfasste
Untersuchungen in Bezug auf Meteorologie, Hydrologie und Bodenkunde in den nördlichen
Anden Perus. Unterstützt wurde dieses Vorhaben von zivilgesellschaftlichen und staatlichen
Institutionen (Cedepas Norte, Instituto Cuencas, Aspaderuc, Universidad de Cajamarca,
Municipalidad de Cajamarca). Diese Betrachtungen fanden in den Jahren 2008 bis 2012
statt.
Ziel des Projektes CASCUS I waren Untersuchungen zu Möglichkeiten des dezentralen
Wasserrückhaltes und des Bodenschutzes in den nördlichen Anden Perus. Grundsätzlich
soll somit die Verweilzeit des Regenwassers im Einzugsgebiet erhöht werden. Als positive
Folgen sollen der Oberflächenabfluss und die Bodenerosion verringert, der
Grundwasserspiegel erhöht und die Hochwasserspitzen reduziert werden. All dies soll sich
positiv auf die landwirtschaftliche Produktivität und damit auch auf die
Einkommensverhältnisse der Bevölkerung auswirken. Das Projekt lieferte bislang fehlende
wissenschaftliche Grundlagen, die für eine zielführende Planung von Maßnahmen zum
dezentralen Wasserrückhalt und Bodenschutz notwendig sind. Aufgrund der Messwerte
verschiedener Pegel und Messstationen wurden vier Szenarien entwickelt und mit Hilfe des
Programms NASIM (Niederschlag-Abfluss-Simulation) simuliert. Hierzu gehören das
Anlegen von Terrassen, die Landnutzungsänderung einzelner Teilgebiete, das Installieren
von Wasserspeicherbecken sowie das Einrichten von Rückhaltedämmen in Flüssen.
Beispiele für die einzelnen Maßnahmen sind in den Abbildungen 1 bis 4 dargestellt.
8
Abbildung 1: Terrassen1 Abbildung 2: Aufforstung am Cerro Secsen Mayo
2
Abbildung 3: Wasserspeicherbecken3 Abbildung 4: Rückhaltedamm
4
Die Ergebnisse der NASIM-Simulation lassen die nachstehenden Schlussfolgerungen zu:
Die Implementierung von Terrassen und Erd- bzw. Steinwällen verringert das Erosionsrisiko
und erhöht die Wasserverfügbarkeit auf der Fläche. Die Wasserverfügbarkeit im Unterlauf
würde sich dabei stark verringern.
Die Aufforstung verschiedener Gebiete wirkt sich ebenfalls positiv auf das Erosionsrisiko
aus, ist jedoch stark von der verwendeten Pflanzenart abhängig. Dagegen verringert sich
durch die Aufforstung das Wasserdargebot auf der Fläche und im Unterlauf.
Das Bauen von Speicherbauwerken hat keinen Einfluss auf das Erosionsrisiko, und das
Wasserangebot auf der Fläche wird ebenfalls nicht verbessert. Der größte Vorteil solcher
Bauwerke besteht darin, das Wasserdargebot zeitlich so zu beeinflussen, dass sich die
Wasserverfügbarkeit am Ende der Trockenzeit erhöht.
Check Dams (Rückhaltebecken) haben keinerlei Einfluss auf die Abflussbildung und somit
auch nicht auf das Erosionsrisiko. Sie verringern die Fließgeschwindigkeit im Gewässer und
1 http://www.rumbosdelperu.com/imagenes_ftp/Andenes/andenes2.jpg
2 Foto: Krüger, 09.2014
3 Foto: Krüger, 09.2014
4 Florindez Diaz, 2011
9
könnten so auch die Tiefenerosion abschwächen. Nach den Berechnungen von Krois haben
sie keinen nachweisbaren Einfluss auf das Wasserdargebot.5
Tabelle 1: Zusammenfassung der NASIM Simulation6
Szenario Erosionsschutz Wasserverfügbarkeit
im Einzugsgebiet
Wasserverfügbarkeit
in Cajamarca
Terrassen ++ ++ --
Aufforstung + - -
Speicherbecken 0 0 ++
Rückhaltedämme 0/(+) 0 0
Die erfolgreiche Realisierung von CASCUS I führte zur Überlegung, ein Nachfolgeprojekt
CASCUS II zu initiieren.
Im Rahmen von CASCUS II sollen die Arbeitsschwerpunkte erneut in folgenden
Themenbereichen liegen:
Konservierung der Ressource Wasser
Konservierung der Ressource Boden
Erhöhung der Wasserverfügbarkeit im betrachteten Untersuchungsgebiet
Die Herausforderung liegt darin, die Umsetzbarkeit der in CASCUS I entwickelten
Maßnahmen unter Berücksichtigung sozioökonomischer Faktoren zu bewerten. Hierbei ist es
wichtig, auf eine Balance zu achten, damit die Einflussnahme in den Naturhaushalt zu einer
Win-Win-Situation führt und positive Effekte für die Wasserbilanz, für das Ökosystem und für
die sozioökonomischen Strukturen eintreten. 7 Nach Angaben der Wirtschaftskammer Lima
sind in den nächsten 10 Jahren Investitionen bis zu 5 Mrd. US$ in Wasser- und
Umwelttechnologien notwendig, um den Bedarf des produktiven Sektors zu decken. Die
peruanische Regierung ist aufgefordert, den effizienten Umgang mit der Ressource Wasser
zu fördern und die Wasserversorgungssicherheit zu gewährleisten. In den nördlichen Anden
Perus entzünden sich immer wieder soziale Konflikte aufgrund der unzureichenden
Versorgung der Bevölkerung mit Wasser. Verstärkt wird der Verteilungskonflikt dadurch,
dass der Bedarf der Bevölkerung in direkter Konkurrenz zum produktiven Sektor
(Landwirtschaft, Bergbau und Energiewirtschaft) steht. Das Projekt CASCUS II zielt darauf
ab, die in CASCUS I (2008-2012) begonnenen Untersuchungen zu intensivieren und auf das
Einzugsgebiet des Chonta räumlich auszudehnen. Ziel ist es, den Einfluss von adaptiven
5 Krois, 2012
6 Krois, 2012
7 Minaya, 2012
10
Ressourcenschutzmaßnah-men auf Einzugsgebietsebene zu analysieren und
Umsetzungsszenarien zu modellieren, zu bewerten und für die Umsetzung vorzuschlagen.
Das Projekt soll dazu beitragen, eine peruanisch-deutsche Partnerschaft von Wissenschaft-
lern, Vertretern von Regierungsbehörden, von NGOs (Nichtregierungsorganisationen) und
von KMUs (kleine und mittlere Unternehmen) zu etablieren, um sich gemeinsam an einem
internationalen und interdisziplinären Forschungsprojekt CASCUS II mit monetären und
nicht-monetären Ressourcen zu beteiligen. Das Netzwerk von Experten und
Interessenvertretern soll ein adaptives Ressourcen- und Ökosystemmanagement auf
Einzugsgebietsskala entwickeln und gemeinsam mit den Akteuren vor Ort auf lokaler Ebene
umsetzten.
1.2 Rolle der TU Kaiserslautern
Die Technische Universität Kaiserslautern ist bei der Vorbereitung und Antragstellung für
CASCUS II ein wichtiger Projektpartner. Die Arbeitsgruppe um Prof. Jüpner hat bereits
mehrfach (siehe Berichte zu Projekten in Kenia und Namibia) wichtige Projekte initiiert und
umgesetzt. Die Zusammenarbeit mit internationalen Kolleginnen und Kollegen und
Institutionen ist immer ein unabdingbarer Bestandteil dieser Projekte. Die Vorbereitung von
CASCUS II wird zudem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt.
Im Rahmen der Geländearbeiten in Cajamarca war es möglich, deutsche und peruanische
Arbeitsweisen und Forschungsthemen zu vergleichen und zum Beispiel Ideen für
studentische Arbeiten an den Universitäten in Lima und Cajamarca anzuregen. Die
studentischen Forschungsarbeiten der TU Kaiserslautern, die sowohl aus Vermessung und
detaillierter Fotodokumentation als auch aus der Bewertung der aktuellen Situation
bestehen, liefern nützliche Ergebnisse, um Forschungsbereiche in CASCUS II genauer zu
definieren und abzugrenzen. Die Vorgehensweise zur Themenfindung für CASCUS II wird in
Kapitel 1.3.3 erläutert.
1.3 Projektarbeit Wasserbau
1.3.1 Vorbereitung
Im Rahmen der Lehrveranstaltung „Projektarbeit Wasserbau“ des Diplomstudiengangs
Bauingenieurwesen beschäftigten sich vier Studierende der TU Kaiserslautern unter der
Leitung von Prof. Jüpner im Sommersemester 2014 mit dem Thema „Anwendungs-
11
orientiertes Wasser- und Bodenmanagement in den nördlichen Anden Perus unter
Klimaunsicherheiten“. In der Lehrveranstaltung erfolgte eine Einführung in die hydrologische
Sachlage des Forschungsgebietes sowie eine Präsentation der Ergebnisse des Projektes
CASCUS I. Außerdem wurden grundsätzliche Möglichkeiten zur Wasserrückhaltung in
ariden Gebieten vorgestellt. Begleitend erfolgte in Eigeninitiative der Studierenden eine
umfangreiche Literaturrecherche sowie die Kontaktaufnahme mit verschiedenen Beteiligten
des Projektes CASCUS I. Das Hauptaugenmerk lag hierbei auf den folgenden drei
Untersuchungsgebieten (siehe Anlage 1):
Laguna Mataracocha
Wasserspeicherbecken in Chupicaloma
Parcela Pablo Sánchez
In regelmäßigen Abständen erfolgten Treffen und Besprechungen, die dem Austausch der
gewonnenen Informationen dienten. Zur Vorbereitung der Geländearbeiten fand im Juni
2014 ein Workshop zusammen mit den Masterstudierenden der Freien Universität Berlin in
Berlin statt. Die einführende Präsentation erfolgte durch Herrn Prof. Dr. Achim Schulte. Des
Weiteren präsentierte Dipl.-Geogr. Joachim Krois die Ergebnisse seiner Untersuchungen aus
den Jahren 2008 bis 2012. Im Anschluss daran stellten Frau Christina Hofmann, Frau Hanna
Krüger und Frau Sonja Taheri-Rizi die Themen ihrer Masterarbeiten vor. Zum Schluss
wurden die vor Ort nötigen Untersuchungen geplant und die dafür notwendigen Geräte
beschafft.
1.3.2 Geländearbeiten
Die Forschungsarbeiten in Peru in der Region Cajamarca erfolgten vom 01.09.2014 bis
10.09.2014. Am Mittwoch, den 3. September 2014 erfolgte die Besteigung des Cerro Secsen
Mayo, von dem man einen sehr guten Überblick über die Stadt Cajamarca und die
Flusseinzugsgebiete des Rio Ronquillo und des Rio Mashcón bekam. Anschließend stand
die Besichtigung des Aquäduktes „Cumbe Mayo“ auf dem Tagesplan, welches die
umfangreichen Kenntnisse der Inka in Bezug zu Wasser und Kanalbau widerspiegelte. Der
zweite Tag begann mit einem Besuch der Laguna Mataracocha. Danach führte die Exkursion
zur Parcela Pablo Sánchez, die als sehr gutes Beispiel für die Wasserspeicherung auf
steilen kleineren, privat unterhaltenen und landwirtschaftlich genutzten Flächen geeignet ist.
Am dritten Tag fand ein Workshop zur Wasserproblematik in Nordperu in der Universität
Cajamarca statt. Hier wurden zunächst die Projektpartner aus Peru vorgestellt: Mirella
Gallardo (Instituto Montañés), Edwin Pajares (GIZ Cajamarca), Antenor Florindez (Instituto
12
Cuencas), Alicia Quispe und Carlos Cerdán (Gobierno Regional de Cajamarca), Prof.
Gaspar Méndez und Prof. Walter Roncall (Universidad de Cajamarca). Des Weiteren wurden
sowohl die studentischen Arbeiten vorgestellt als auch Informationen ausgetauscht und
Ideen für CASCUS II gesammelt. Am letzten Tag der einführenden Übersichtsexkursionen
gab es eine Besichtigung der Speicherbecken in Chupicaloma, die durch die umfangreichen
Kenntnisse des Besitzers bereichert wurde. Am Sonntag, den 7. September 2014 erfolgte
eine weitere Besprechung innerhalb der Forschungsgruppe.
Die nächsten Tage wurden zur Durchführung der im Vorfeld geplanten Feldarbeiten genutzt.
Hierzu wurden die Untersuchungsgebiete Laguna Mataracocha, Chupicaloma und Parcela
Pablo Sánchez von je zwei Studierenden der TU Kaiserslautern und je zwei Studierenden
der Universitäten in Lima und Cajamarca besucht und untersucht. Die Details zu den
durchgeführten Arbeiten werden in Kapitel 5 erläutert.
Nach Beendigung der Feldarbeiten erfolgte die Auswertung der Ergebnisse sowie die
Darstellung der Ergebnisse in zeichnerischer Form.
1.3.3 Nachbereitung
Im Zuge der Nachbereitungen wurden alle im Vorfeld gesammelten Informationen
zusammengetragen, ausgewertet und niedergeschrieben. Außerdem wurde die schriftliche
Ergebnisübersicht angefertigt. Zum Abschluss der studentischen Arbeiten erfolgte die
Vorstellung der Ergebnisse im Rahmen eines weiteren Workshops im November 2014 in
Kaiserslautern. Hierbei waren alle Beteiligten der peruanischen Universitäten und
Institutionen (siehe Kapitel 1.3.2) als auch Herr Prof. Schulte, Herr Waske und Herr Krois
von der FU Berlin sowie die drei Studentinnen der FU Berlin und die vier Studierenden der
TU Kaiserslautern anwesend. Ziel dieses Workshops war, die Antragsstellung für das
Forschungsprojekt CASUS II vorzubereiten. Hierzu wurden in Kleingruppen die Ziele und
Anliegen der einzelnen Interessengruppen diskutiert und gewichtet. Im Anschluss daran
erfolgte die Vorstellung und Diskussion mit allen Beteiligten, woraus die neuen
Forschungsschwerpunkte für CASCUS II hervorgingen.
13
2. Theoretische Grundlagen
Im folgenden Kapitel werden die Begriffe „humides Klima“ und „arides Klima“ definiert sowie
die Probleme der einzelnen Klimazonen dargestellt. Eine Übersicht über das Klima Amerikas
wird in Abbildung 5 gezeigt. Anhand dieser Karte kann man erkennen, dass Peru mehrere
Klimazonen umfasst. Peru liegt in den Tropen und erstreckt sich vom ariden Klima an der
Küste bis hin zum humidem Klima im Regenwald. Die genauen Randbedingungen für die
Region Cajamarca werden in Kapitel 3 erläutert.
Abbildung 5: Klima Nord- und Südamerika8
8 Diercke Weltatlas, 1996
14
2.1 Humides Klima
Als humid bezeichnet man das Klima in Gebieten, in denen im vieljährigen Mittel der
Niederschlag höher ist als die Verdunstung. Dabei fließt der Anteil des Niederschlags, der
nicht verdunstet, oberflächlich ab oder versickert in das Grundwasser. Es wird unterschieden
zwischen vollhumidem und semihumidem Klima. Vollhumides Klima findet man z. B. im
Regenwald; hier ist der jährliche Niederschlag höher als die jährliche Verdunstung bzw. 10
bis 12 Monate sind humide Monate. Semihumides Klima definiert sich über 6 bis 9 humide
Monate. Beispiele hierfür sind das brasilianische Bergland, der Raum um Vietnam, Thailand,
Laos und Kambodscha sowie einige Länder in der Mitte Afrikas, allen voran die
Demokratische Republik Kongo.
2.1.1 Probleme der Wasserversorgung in humiden Zonen - Beispiel Deutschland
Auf den ersten Blick scheint es, als sei Wasser in Deutschland im Überfluss vorhanden.
Allerdings ist hierbei zu beachten, dass die Wasserversorgung zum überwiegenden Teil aus
unterirdischen Vorräten gespeist wird und dass es dabei Räume mit nur geringem
Grundwasservorkommen gibt. Beispiele solcher Wassermangelgebiete sind die
Karstlandschaften wie die der Schwäbischen Alb, wo die Niederschläge rasch in große
Tiefen versickern. In Ballungsräumen übersteigt häufig der Bedarf das Dargebot an Grund-
und Oberflächenwasser. Dieser Mangel muss durch Fernversorgungsleitungen ausgeglichen
werden. Doch selbst in eigentlich humiden Regionen kann der Jahresniederschlag
schwanken, und es kann während heißen Perioden zu Engpässen kommen. Diese werden
durch geringen Niederschlag und hohe Verdunstungsraten verursacht.9
2.2 Arides Klima
Als aride Gebiete bezeichnet man Gebiete, die im vieljährigen Jahresmittel mehr
Verdunstung als Niederschlag aufweisen. Es wird unterschieden zwischen vollaridem und
semiaridem Klima. Regionen mit weniger als 100 mm Jahresniederschlag werden als vollarid
bezeichnet. Die bekanntesten Beispiele sind die Sahara und die Atacama Wüste (Abbildung
6). Die Gebiete mit 3 bis 5 humiden Monaten bezeichnet man als semiarid. Zu den
semiariden Gebieten gehören Nordaustralien, der Südosten Afrikas, wie z. B. Mosambik
oder Madagaskar und Teile Perus, unter anderem die Region Cajamarca.
9 http://www2.klett.de/sixcms/media.php/229/29260X-1304.pdf
15
Abbildung 6: Übersicht aride und semiaride Gebiete10
2.2.1 Problematik und Lösungsansätze in ariden Gebieten
Das größte Problem in ariden Gebieten ist die Beschaffung von Wasser bzw. die effektive
Nutzung des Niederschlags. Häufig kann dieses Problem auf zweierlei Wegen gelöst
werden: Zum einen betreiben Menschen in ariden Gebieten oft Nomadismus. Nomadismus
wird in fast allen Teilen des Trockengürtels der Erde praktiziert und beinhaltet eine
weiträumige Standortverlagerung. Hierbei folgt der Mensch dem hochentwickelten Instinkt
der Tiere nach Nahrungs- und somit auch Wasserquellen.
Eine weitere natürliche Wirtschaftsform ist die Oasenwirtschaft. Man unterscheidet drei Arten
von Oasen:
a) Fluss-Oasen: Das Wasser wird durch Flüsse mit Ursprung im umliegenden Gebirge
herbei transportiert.
b) Grundwasser-Oasen: Das Grundwasser befindet sich nahe unter der Erdoberfläche
und kann durch Schächte oder Brunnen erreicht werden.
c) Quell-Oasen: Das Wasser stammt aus oberirdischen Quellen.
Um das vorhandene Wasser gleichmäßig auf die gesamte Fläche zu verteilen, gibt es meist
ausgeklügelte Verteilungssysteme, die eine gleichmäßige Wasserzufuhr zu den
Anbauflächen ermöglichen.11
10
http://www.fh-dgg.de/tl_files/fh-dgg/static/AK_HAG_Aride-Gebiete.png
16
2.2.2 Problematik und Lösungsansätze in semiariden Gebieten
In semiariden Gebieten findet man häufig das Problem eines jahreszeitlich ungünstig
verteilten Niederschlages. In den Monaten Oktober bis April treten häufig
Niederschlagsspitzen auf, wohingegen die Monate Mai bis September nahezu
niederschlagslos bleiben. Daraus folgen Schäden durch Hochwasser sowie
Erosionsschäden aufgrund des hohen Oberflächenabflusses. Zudem fließt das Wasser
ungenutzt ab und steht während der Trockenzeit nicht zur Bewässerung zur Verfügung.
Möglichkeiten zur besseren Nutzung der Niederschläge in der Regenzeit und des daraus
resultierenden erhöhten Wasserdargebots in der Trockenzeit werden in den nachfolgenden
Kapiteln am Beispiel der Region Cajamarca dargestellt.
11
http://www.medienwerkstatt-online.de/lws_wissen///vorlagen/showcard.php?id=1734&edit=0
17
3. Randbedingungen in der Region Cajamarca
In der untersuchten Region Cajamarca im Norden Perus spielen eine Reihe von
Randbedingungen für die Untersuchung des Wasserhaushaltes eine entscheidende Rolle,
auf die im Weiteren eingegangen werden soll.
3.1 Geografische Randbedingungen
Die Region Cajamarca liegt im Norden Perus, ihre Lage innerhalb des Landes ist in
Abbildung 7: Lage der Region Cajamarca innerhalb Perus dargestellt. Sie ist untergliedert in
13 Provinzen, ihre Hauptstadt ist Cajamarca in der gleichnamigen Provinz. Im Norden grenzt
die Region an Ecuador. Die Anden sind in dieser Region vorherrschend, im Norden gehen
sie über in den tropischen Regenwald. Die Region hat eine Fläche von 33.317,5 km²
Die gleichnamige Provinz Cajamarca, in der sich die Untersuchungsbiete befinden, liegt im
Süden der Region und umfasst eine Fläche von 2.979 km²– die Aufteilung der Region und
die Lage der Provinz sind der Abbildung 8 zu entnehmen.
Abbildung 7: Lage der Region Cajamarca innerhalb Perus
12
Abbildung 8: Provinz Cajamarca innerhalb der gleichnamigen Region
13
12
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/43/Peru__Cajamarca_Department_%28locator_map%29.svg/840px-Peru_-_Cajamarca_Department_%28locator_map%29.svg.png 13
http://paramitarea.blogspot.de/2013/09/mapa-de-cajamarca-division.html
18
Die Provinz Cajamarca ist hierbei geprägt von den Höhenstufen Quechua (2.300 m –
3.500 m) und Jalca (3.500 m – 4.000 m), es handelt sich also um eine Hochgebirgsregion.
Abbildung 9 zeigt die Verteilung der Höhenstufen in ganz Peru.
Abbildung 9: Höhenstufen- Karte Peru14
14
Pulgar-Vidal, 1996
19
Am Beispiel des Einzugsgebietes des Rio Ronquillo – in der Hangneigungskarte in
Abbildung 10 hervorgehoben - wird deutlich, dass überwiegend große bis sehr große
Hangneigungen das Landschaftsbild prägen. Die Landwirtschaft, neben der Beschäftigung in
den Minen der Region das Berufsfeld eines Großteils der Bevölkerung, muss also in aller
Regel am Hang, d. h. auf geneigten Flächen stattfinden.
Abbildung 10: Hangneigungsverteilung im Einzugsgebiet des Rio Ronquillo15
3.2 Klimatische und hydrologische Randbedingungen
Das Untersuchungsgebiet in den nördlichen Anden Perus rund um die Stadt Cajamarca liegt
in den Einzugsgebieten des Rio Mashcón (Parcella Pablo Sanchez und Laguna
Mataracocha) und des Rio Chonta (Chupicaloma). Eine Übersichtskarte der
Untersuchungsgebiete findet sich in Anlage 1.
Im Untersuchungsgebiet befindet sich die kontinentale Wasserscheide, die die
Einzugsgebiete von Atlantik und Pazifik voneinander trennt und in der folgenden Abbildung
11 dargestellt ist.
15
Hartwich, 2010
20
Abbildung 11: Kontinentale Wasserscheide
Für den Wasserhaushalt des Gebietes ist die im vorhergehenden Absatz beschriebene
Geografie des Geländes von besonderer Relevanz, da sich durch die hohen
Hangneigungen, den geringen Bewuchs und den steinigen Boden sehr schnell starke
Oberflächenabflüsse ausbilden. So weist etwa Abendroth16 in seinem
Wasserhaushaltsmodell für den Rio Ronquillo einen Oberflächenabfluss von 35 % aus.
Hierdurch entstehen gänzlich andere hydrologische Randbedingungen als in den sehr viel
flacheren Küsten- und Regenwaldregionen Perus, die eine gesonderte Betrachtung der
Hochgebirgsregionen notwendig machen.
Prägend für die klimatischen Verhältnisse der äquatornahen Region sind einerseits ein
deutliches Tageszeitenklima und andererseits die Unterteilung des Jahres in eine
ausgeprägte Regen- und Trockenzeit. Eine Übersicht des jährlichen Niederschlages, dessen
Verteilung im Jahresgang sowie der durchschnittlichen Temperaturen ist im Klimadiagramm
in Abbildung 12 dargestellt.
16
Abendroth, 2011
21
Abbildung 12: Klimadiagramm für die Stadt Cajamarca17
Während die Temperatur im Jahresverlauf nahezu gleichbleibend ist (ca. 21 Grad C
Tageshöchsttemperatur, ca. 13 Grad C Durchschnittstemperatur, etwa 8 Grad C
Tagestiefsttemperatur)18, schwanken die Niederschlagsdaten im Jahresverlauf sehr viel
deutlicher. Während die Jahresniederschlagsmenge je nach Quelle zwischen 716 mm19 und
795 mm20 und damit etwa auf einem Niveau mit Hamburg (730 mm in 2013) und Mannheim
(769 mm in 2013)21 und sogar über dem mittleren Jahresniederschlag von Berlin und
Frankfurt am Main liegt, ist die Verteilung dieser Niederschlagsmenge im Jahresverlauf stark
durch eine Regen- und eine Trockenzeit geprägt. Während der überwiegend große Teil des
Jahresniederschlages in den Monaten Oktober bis April fällt (676 mm von 795 mm im Jahr;
damit 96,6 mm/Monat in der Regenzeit), bleiben die Monate der Trockenzeit, Mai bis
September (119 mm, damit 23,8 mm/Monat in der Trockenzeit)22, mit nur 18 Regentagen in 5
Monaten23 nahezu trocken. Würde man die Übergangszeiten in den Monaten Mai und
September berücksichtigen, fiele diese Differenz noch gravierender aus.
17
Schulte, 2014 18
Quellen: www.wetterkontor.de und http://de.climate-data.org 19
Schulte, 2014 20
http://de.climate-data.org/location/3402/ 21
Niederschlagsdaten für Deutschland von www.wetterkontor.de 22
http://de.climate-data.org/location/3402/ 23
www.wetterkontor.de
22
3.3 Bevölkerung
Im Jahr 2013 lebten nach Angaben des „Instituto Nacional de Estadistica e Informatica
(INEI)“ in der Stadt Cajamarca 211.608 Menschen24. Die Entwicklung seit 2005 und die
Prognose bis 2015 sind tabellarisch im Folgenden und grafisch in Fehler! Verweisquelle
onnte nicht gefunden werden. dargestellt.
Tabelle 2: Bevölkerungsentwicklung in Cajamarca
Jahr 2005 2010 2012 2013 2015
Einwohner 158.556 190.759 205.543 211.608 226.031
Cajamarca ist die Stadt mit dem größten Bevölkerungszuwachs von 2012 auf 2013 (3,45%)
in ganz Peru. Abbildung 13 führt die Prognose bis zum Jahr 2035 fort. Obwohl
unterschiedliche Ausgangswerte für das Jahr 2005 zu Grunde liegen – vermutlich in einer
unterschiedlichen Abgrenzung von Stadt und Umland begründet – zeigen beide
Darstellungen deutlich die selbe Tendenz: Es ist gibt ein starkes Bevölkerungswachstum in
Cajamarca, das innerhalb weniger Jahrzehnte zu einer Verdoppelung der Bevölkerung
führen wird.
Mit dem Zuwachs der Bevölkerung steigt gleichzeitig der Wasserbedarf der Stadt
Cajamarca, wie ebenfalls in Abbildung 13 dargestellt.
Abbildung 13: Bevölkerungs- und Wasserverbrauchsprognose für Cajamarca25
3.4 Wasserverschmutzung
Ein weiteres großes Problem ist die vermeintliche Belastung des Grundwassers durch das
Wasser der Mine Yanacocha. Die Folgen sind Wasserverschmutzung und Fischsterben
durch Schwermetallbelastung in Flüssen und Seen. Die Verschmutzung von Wasser und
Boden führt immer wieder zu Konflikten zwischen Bauern und Minenbetreibern. Vor allem
das „Conga“-Projekt, die Erweiterung der Mine Yanacocha, ist heftig umstritten (siehe z.B.
Protest gegen die Mine auf Abbildung 14). Die geplante Trockenlegung von vier Bergseen
24
INEI, 2013 25
Schulte, 2014
23
sorgt für Unruhen unter den Einwohnern Cajamarcas. Durch die Trockenlegung wird das
Wasserdargebot, in diesem Fall Trinkwasser, weiter eingeschränkt.
Abbildung 14: Protest gegen die Conga- Mine26
In dieser Arbeit soll auf die Minenproblematik nicht weiter eingegangen werden, da sie den
Rahmen des Berichtes und seine Fragestellung sprengen würde. Einen guten Einstieg in die
Thematik und die Darstellung der unterschiedlichen Sichtweisen bietet hier ein Bericht der
Neuen Züricher Zeitung.27
3.5 Zusammenfassung und resultierende Problematik
Anhand der Daten aus Kapitel 3.2 wird deutlich, dass in der Region um die Stadt Cajamarca
kein generelles Wasserdefizit vorliegt. Das durchschnittliche monatliche Wasserdargebot aus
Niederschlag liegt nur knapp unterhalb dessen, was in Deutschland monatlich im Schnitt zur
Verfügung liegt, sogar deutlich über den Werten von Berlin und vieler weiterer Regionen in
Deutschland – dieser bereits in Kapitel 3.2 gezogene Vergleich wird durch Abbildung 15
noch einmal grafisch verdeutlicht.
26
Foto: Krüger, 09/2014 27
Online abrufbar unter http://www.nzz.ch/aktuell/international/uebersicht/wenn-der-bergbau-zum-regionalkonflikt-wird-1.17353470
24
Abbildung 15: Vergleich durchschnittlicher monatlicher Niederschlag
Die Problematik liegt vielmehr in der ungleichen Verteilung des Niederschlages im
Jahresverlauf. Durch die negative klimatische Wasserbilanz in den Monaten der Trockenzeit
entsteht ein temporäres Defizit in einem bestimmten Zeitraum des Jahres. Abbildung 16
zeigt die (nutzungsunabhängige) klimatische Wasserbilanz aus Gegenrechnung von
Niederschlag und potentieller Verdunstung:
Abbildung 16: Klimatische Wasserbilanz für Cajamarca28
Es ist erkennbar, dass diese Bilanz in den Monaten Mai bis September negativ ausfällt.
„Besonders in der Trockenzeit geht die Wasserführung des Rio Ronquillo so weit zurück,
dass in Cajamarca Versorgungsmängel auftreten.“29 „In der Regenzeit dagegen treten
28
Schulte, 2014 auf Datengrundlage Müller, 1996. Der Bilanz zu Grunde liegen die Niederschlags- und potentiellen Verdunstungswerte aus 12 Jahren der 1960er und 70er Jahre der Klimastation Cajamarca.
25
heftige Hochwasser auf, bei denen ein großer Teil der Wasserressource durch Cajamarca
ungenutzt abfließt.“30 Gleichzeitig verursacht der starke Oberflächenabfluss in der Regenzeit
enorme Erosionsschäden. Der damit verbundene Ernteausfall stellt für viele Bewohner eine
jährlich wiederkehrende Bedrohung dar. Die Möglichkeit des Ackerbaus besteht in der
Trockenzeit ausschließlich über die künstliche Bewässerung
Betrachtet man auf der anderen Seite die den Wasserbedarf bestimmenden Faktoren und
Nutzer – dargestellt in Abbildung 17 - deren Anspruch an Wasser über den Jahresverbrauch
konstant ist, wird die Problematik dieses temporären Wasserdefizits deutlich.
Abbildung 17: Wassernutzung in Cajamarca31
Bei der Betrachtung und Bewertung des Wasserbedarfes dürfen die in 3.3 herausgestellten
Prognosen eines starken Bevölkerungszuwachses in der Region nicht außer Acht gelassen
werden, was zu einem künftig erhöhten (aber über das Jahr konstanten) Wasserbedarf
führen wird.
Verstärkt wird die Problematik durch die zuvor beschriebene Geografie der Region. Das
starke Gefälle und die wenigen ebenen Flächen im Untersuchungsgebiet sorgen dafür, dass
29
Schulte, 2012 30
Schulte, 2012 31
Daten zur Verteilung aus Florindez, 2014
26
der in der Regenzeit aufkommende Niederschlag zum überwiegend großen Teil als
Direktabfluss sehr schnell abfließt, bei nur geringen Anteilen an Basisabfluss.
Hieraus ergibt sich die Fragestellung, wie Wasser, das in der Regenzeit niedergeht,
möglichst lange auch in die Trockenzeit hinein nutzbar gemacht bzw. erhalten wird, um das
dort auftretende temporäre Defizit, welches im natürlichen klimatischen Wasserkreislauf
auftritt, auszugleichen oder zumindest zu mindern.
Das Augenmerk dieser Arbeit liegt hierbei auf den in Abbildung 17 aufgeführten
landwirtschaftlichen Wassernutzern, da, wie dargestellt, der Anteil der landwirtschaftlichen
Wassernutzung mit 76 % mit Abstand am größten ist und daher die größte Dringlichkeit
aufweist. Gleichwohl gilt es natürlich, analog auch Lösungen für die weiteren genannten
Bereiche zu finden. Hier liegt für die Zukunft weiterer Forschungsbedarf.
27
4. Wasserspeicherung
Im Folgenden soll zunächst eine generelle Antwort auf die Frage nach dem Umgang mit
temporären Wasserdefiziten gefunden und systematisch veranschaulicht werden, ehe im
nächsten Punkt konkrete Beispiele für solche Maßnahmen vor Ort beschrieben und bewertet
werden.
4.1 Wasserspeicherung als Antwort auf ein temporäres Wasserdefizit
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, der Problematik eines temporären Wasserdefizits
durch ausgeprägte Regen- und Trockenzeiten zu begegnen. Neben weiteren
Herangehensweisen, etwa der Senkung des Wasserbedarfs durch neue Technologien, der
Erschließung neuer Wasserquellen, z. B. durch eine Fernwasserversorgung oder
Wasseraufbereitung aus stehenden Gewässern, liegt eine Möglichkeit in der Speicherung
des ausreichenden oder sogar überschüssigen Wassers aus der Regenzeit, um es für die
Trockenzeit nutzbar zu machen. Hauptaugenmerk soll hierbei aus den zuvor in 3.5
dargestellten Gründen auf der Speicherung und Nutzung von Brauchwasser für die
landwirtschaftliche Nutzung, mit Abstrichen auch für den industriellen Gebrauch, liegen.
Analoge Überlegungen sind für die Bereiche der städtischen Wasserversorgung anzustellen.
Im Folgenden sollen in Abbildung 18 die Möglichkeiten der (Brauch-)Wasserrückhaltung und
–speicherung systematisch dargestellt und anschließend erläutert werden.
28
4.2 Systematik der Wasserrückhaltung und –speicherung
Abbildung 18: Systematik Wasserrückhaltung und –speicherung
4.2.1 Rainwater Harvesting
Rainwater Harvesting beschreibt das Sammeln von Regenwasser von Hausdächern oder
anderen undurchlässigen Flächen oder direkt in ein Regenauffangbehältnis (siehe z. B.
Abbildung 19). Hierdurch kann Wasser in der Regel in sehr guter Qualität zur Verfügung
29
gestellt werden. Methoden des Rainwater Harvesting werden häufig in Entwicklungsländern
mit langen Dürrezeiten angewandt.
Abbildung 19: Beispiele für Rainwater Harvesting in Namibia32
Um Rainwater Harvesting effektiv zu nutzen, müssen entsprechende Flächen oder
Bauwerke sowie für den Wasserbedarf ausreichend große Speicherbehältnisse zur
Verfügung stehen, wenn Wasser über eine länger andauernde Trockenperiode verfügbar
gemacht werden soll. Ist dies der Fall, kann es ein Lösungsansatz sowohl für die
Bereitstellung von Brauchwasser für die landwirtschaftliche Nutzung als auch für den Bereich
der Brauch- und Trinkwasserversorgung im städtischen Raum sein. Die für Stadt und Umfeld
von Cajamarca typische Bauweise von gemauerten und begehbaren Flachdächern ist für
das Sammeln und Ableiten von Wasser auf dem Dach ungünstig bzw. nur eingeschränkt
geeignet. Hier müsste nach anderen Lösungen gesucht werden.
Bisher scheint Rainwater Harvesting im Untersuchungsgebiet jedoch keine bedeutende Rolle
zu spielen; es wurden vor Ort keine Maßnahmen dieser Art festgestellt. In der Stadt
Cajamarca besitzen zwar die meisten Häuser einen Trinkwasserspeicherbehälter auf dem
Dach – dieser wird aber in der Regel nur durch die städtischen Leitungen befüllt und als
Tagesspeicher genutzt und sieht keine Möglichkeit der Befüllung mit Regenwasser vor.
4.2.2 Transport direkt zu den Nutzern
Regenwasser (wie auch Quellwasser) kann über Kanalsysteme direkt zu den
landwirtschaftlichen Nutzern geleitet und dort unmittelbar verwendet oder über eine der hier
beschriebenen Möglichkeiten zwischengespeichert werden.
Die Nutzung solcher Zubringerkanäle findet sich in den im folgenden Punkt näher erläuterten
Beispielen in Chupicaloma und an der Laguna Mataraccocha. Die Nutzung des
32
Foto: Jüpner, 2013
30
Kanalwassers unterliegt hierbei jeweils einem Nutzungsplan, der eine gleichmäßige und
gerechte Wasserentnahme der Kanalanlieger gewährleisten soll.
Während es sich in Chupicaloma in erster Linie um Quellwasser handelt, das den Kanal
speist und der Kanal von der Laguna Mataraccocha abgehend durch diese gefüllt wird, findet
sich auf der Parcela Pablo Sanchez ein ähnliches, wenn auch einfacheres System, das
Regenwasser am Hang einsammelt und in ein tiefer gelegenes Speicherbecken einleitet.
Nähere Informationen zu diesen drei Beispielen sind im Kapitel 5 zu finden.
4.2.3 Versickerung
Eine Steigerung der Versickerungsrate, in der natürlichen Fläche oder durch technische
Maßnahmen, steigert die Grundwasserneubildung und damit die Möglichkeit, in der
Trockenzeit mehr Grundwasser, direkt oder über Quellschüttungen, zu fassen und nutzbar
zu machen.
Möglichkeiten, die Versickerungsrate zu steigern, sind unter anderem Methoden der
Verringerung der Fließgeschwindigkeiten des Direktabflusses, etwa durch Check Dams.
Eine weitere in Peru bereits in einem Projekt der Welthungerhilfe Verwendung findende
Methode der Versickerung ist die Nutzung von Kleinspeicherbecken (siehe 4.2.5). Diese sind
bewusst unabgedichtet in höheren Lagen angelegt und versickern das aufgefangene Wasser
in die tiefer gelegenen, bewirtschafteten Regionen, wo es als Quellwasser wieder zu Tage
tritt.33
Neben diesen bereits angewandten einfachen Methoden kommen auch in Deutschland
bekannte Versickerungsanlagen wie Versickerungsmulden oder –rigolen in Betracht.
4.2.4 Check Dams
Unter Check Dams – eine Art Rückhaltebecken; es existiert kein deutscher Begriff für diese
Bauwerke; – versteht man kleine, temporär oder dauerhaft installierte Dammbauwerke, die in
Fließgewässern und Kanälen installiert werden. Die Dämme können aus Stein, Holz oder
z. B. Sandsackhäufungen gebaut werden. Ein Beispiel für einen Check Dam aus
Steinschüttung ist in Abbildung 20 zu sehen.
33
http://www.welthungerhilfe.de/informieren/projekte/projekt/neubeginn-in-den-anden.html#!/a1140/
31
Abbildung 20: Check Dam aus Steinschüttung in Ostafrika34
Aufgabe der Check Dams ist es, die Fließgeschwindigkeit im Gewässer zu reduzieren.
Hierdurch können Erosion und Gully-Bildung – in diesem Bericht nur am Rande erwähnte,
aber im Untersuchungsgebiet sehr bedeutsame Probleme – gemindert, Sedimenttransport
verringert und Versickerung und damit Anreicherung des Grundwassers gefördert werden.
Systematisch betrachtet wird durch die Check Dams der Direktabfluss nach einem
Regenereignis verlangsamt.
Große Vorteile der Check Dams bestehen in ihrem sehr einfachen und kostengünstigen Bau
und der relativ problemlosen Unterhaltung. Sie kommen in dem Untersuchungsgebiet
ähnlichen Regionen mit vergleichbaren Problemstellungen bereits erfolgreich zum Einsatz,
etwa in Ostafrika35 oder Indien36.
4.2.5 Speicherbecken
Wasserspeicherbecken zur landwirtschaftlichen Nutzung spielen in Deutschland keine
nennenswerte Rolle, die landwirtschaftliche Wasserversorgung wird hier in der Regel über
das ausreichende Regen- und Grundwasserdargebot gewährleistet, sodass über die
Funktionen als Regenrückhalte- oder Hochwasserrückhaltebecken hinaus keine technischen
Regelwerke für solche Bauwerke vorliegen. Die analoge Verwendung der Klassifizierung für
Hochwasserrückhaltebecken nach DIN 19700-12 (Abbildung 21) erscheint angesichts der
grundsätzlich unterschiedlichen Funktion nicht sinnvoll.
34
http://www.sswm.info/category/implementation-tools/water-sources/hardware/precipitation-harvesting/check-dams-gully-plugs 35
http://www.sswm.info/category/implementation-tools/water-sources/hardware/precipitation-harvesting/check-dams-gully-plugs 36
http://www.indiawaterportal.org/articles/how-create-check-dams-water-conservation
32
Abbildung 21: Klassifizierung von HWRB nach DIN 19700-12
Auch in der etwas differenzierten Klassifizierung des DWA-Merkblattes 522 (S. 11) „Kleine
Talsperren und kleine Hochwasserrückhaltebecken“ erscheint die kleinste Kategorie „Kleine
Stauanlagen“ mit einer Größenordnung von <10.000 m³ Speichervolumen noch zu grob, um
sie in der Region Cajamarca auf die untersuchten Speicherbecken zur Brauch-
wassernutzung anzuwenden.
Daher wird im Folgenden in Tabelle 3 eine eigene Klassifizierung für Wasserspeicherbecken
zur landwirtschaftlichen Verwendung vorgenommen, um den unterschiedlichen, im
Untersuchungsgebiet zu findenden Bauarten Rechnung zu tragen und evtl. in einem
weiteren Schritt Empfehlungen und Regelungen für die unterschiedlichen Kategorien
aufstellen zu können.
Tabelle 3: Klassifizierung von Wasserspeicherbecken zur landwirtschaftlichen Nutzung
Kleine Becken Mittlere Becken Große Becken
Volumen <500 m³ 500 – 3.000 m³ >3.000 m³
Beispiel Microreservorios Microreservorios Laguna Mataracocha
Verwendung Fischzucht
Neben- oder Entlastungs-becken von größeren Reservorios
Auffang von Regenwasser
Auffang von Regenwasser
Zwischenspeicherung von temporär verfügbarem Kanalwasser
Entnahme zur Verwendung für Felder und Tiere
Auffang von Regenwasser
Rückhaltung und Aufstau von Fließgewässern
Gedrosselte Ableitung in unterliegenden Kanal
Die Wasserspeicherbecken können teilweise multifunktional Verwendung finden und neben
der Wasserspeicherung für landwirtschaftliche Zwecke auch zur Fischzucht (kleine und
33
mittlere Becken) oder Hochwasserrückhaltung (große Becken) in der Regenzeit verwendet
werden.
Zur aktuellen und empfehlenswerten technischen Ausgestaltung der Speicherbecken mehr
unter 5.1 und 5.2.
34
5. Beispielanlagen im Untersuchungsgebiet
Im Rahmen des Geländeaufenthaltes in Peru wurden drei beispielhafte Anlagen, die sich in
die in Abbildung 12 dargestellte Systematik einordnen lassen, besucht und genauer
analysiert:
1) Die Laguna Mataracocha ist ein Wasserspeicherbecken der größten Kategorie und
dient neben der Speicherung und kontrollierten Ableitung des zurückgehaltenen
Wassers auch der Hochwasserrückhaltung.
2) Im Gelände Chupicaloma finden sich auf einer Parzelle gleich mehrere an einen
Quellwasserkanal angeschlossene Speicherbecken kleiner und mittlerer Größe.
3) Auf der Parzelle von Pablo Sanchez wurden beispielhaft verschiedene Ansätze
miteinander kombiniert. Hier finden sich neben Kleinspeicherbecken auch Kanäle,
Versickerungselemente sowie ein Terrassensystem.
Alle drei Anlagen wurden bereits im Rahmen des CASCUS I Projektes untersucht, sodass
schon Informationen und Fotografien vorlagen. Außerdem wurden die drei Gebiete zur
genaueren Betrachtung selektiert, weil sie repräsentativ für die im Untersuchungsgebiet
aktuell Verwendung findenden Methoden der Wasserspeicherung sind. Die Anlagen von
Pablo Sanchez und in Chupicaloma haben auch vor Ort einen Modellcharakter und sollen
ein Bespiel für andere interessierte Landwirte abgeben.
Die Lage der drei Untersuchungsgebiete ist auf dem Übersichtsplan in Anlage 1
eingezeichnet.
Die Anlagen wurden vermessen und kartiert sowie im Anschluss hinsichtlich möglicher
technischer Optimierung ausgewertet. Ferner sollen sie auf ihre Übertragbarkeit auf andere
Gebiete eingeschätzt werden.
35
5.1 Laguna Mataracocha
Abbildung 22: Laguna Mataracocha37
Abbildung 22 zeigt das erste der drei beispielhaft ausgewählten Untersuchungsgebiete, die
Laguna Mataracocha in Chamis.
5.1.1 Methodik
Neben der Recherche online und in der in Deutschland verfügbaren Literatur zum Thema im
Vor- und Nachgang zum Geländeaufenthalt wurde die Laguna während des Aufenthaltes in
Cajamarca im September 2014 mehrmals besucht und untersucht.
Hierbei wurden neben einer ausführlichen Fotodokumentation aller Anlagenteile (soweit auf
Grund des Wasserstandes möglich) die wichtigsten technischen Elemente vermessen und
aufgenommen. Neben einem Zollstock und einem Laserdistometer zur Aufnahme kleiner
bzw. großer Entfernungen kam hierfür auch ein Handheld-GPS-Gerät zum Einsatz.
Außerdem wurden sowohl der aktuelle Wasserstand am Tag des Aufenthaltes als auch der
im Gelände erkennbare letzte Höchstwasserstand mittels GPS-Tracking erfasst.
Im Anschluss wurden Fotografien, Zeichnungen und GPS-Daten zusammengeführt, in
maßstäbliche Zeichnungen übertragen (siehe Anhang) und ausgewertet.
5.1.2 Beschreibung der Anlage
37
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014. Blickrichtung Nordost
36
Die Laguna Mataracocha, nach dem nächstgelegenen Ort auch Laguna de Chamis genannt,
ist ein Binnensee etwa 15 km nordwestlich von Cajamarca. (nicht zu verwechseln mit einer
gleichnamigen Laguna in der Provinz Cusco im Süden Perus).
Abbildung 23: Lage der Laguna Mataracocha38
Sie hat ein Speichervolumen39 von etwa 123.000 m³ und fällt damit nach der unter 4.2.5
getroffenen Einteilung in die Kategorie der großen Speicherbecken; in der Klassifizierung
von HWRB nach DIN 19700-12 würde es sich um ein mittleres Becken handeln.
Nicht belegten Quellen zufolge40 ist die Laguna in der Mitte des 19. Jahrhunderts aus
aufgestauten Quellschüttungen entstanden, über den Zeitpunkt von Bau und eventuellem
Ausbau/Restauration der technischen Bauwerke liegen keine Informationen vor.
Neben den Funktionen des Hochwasserrückhaltes und der Wasserversorgung ist die Laguna
auch ein beliebtes touristisches Ziel in der Region. So wird hier seit 2011 jährlich das festival
del agua an der Laguna gefeiert.41 Auf Grund der touristischen Bedeutung hat die
Kommunalregierung Cajamarca 700.000 Nuevo Soles in die Restauration von 14 km
Wegenetz zur Laguna investiert.42
Die Laguna wird im südlichen und östlichen Teil jeweils durch ein Dammbauwerk eingestaut,
das südliche Bauwerk ist mit einem geregelten Durchlass und einer
Hochwasserentlastungsanlage ausgestattet.
38
Bildquelle: Google Earth, Aufnahmezeitpunkt: 06/2014 39
Chavez-Guzmann, 1993 40
http://pobrezaeindiferencia.blogspot.de/2009/11/historia-la-laguna-de-chamis.html 41
http://www.panoramacajamarquino.com/noticia/se-realizara-segundo-festival-del-agua-en-chamis/ 42
http://www.rpp.com.pe/2012-03-06-inician-afirmado-de-carretera-cajamarca-%E2%80%93chamis-carhuaquero-noticia_458476.html
37
5.1.2.1 Hydrologie
Die Laguna Mataracocha liegt am nordöstlichen Rand des Einzugsgebietes des Rio
Ronquillo. (Detaillierte Informationen zum hydrologischen Charakter des Einzugsgebietes
finden sich bei Hartwich, 201043)
Sie wird gespeist durch einen Nebenarm des Rio Manzana (vgl. Abbildung 24). Der Zufluss,
der nur nach Regenereignissen Wasser führt, fließt der Laguna durch einen inzwischen etwa
6 m tiefen Gully zu (siehe Abbildung 25 - mehr zu der dadurch entstehenden
Sedimentations-Problematik unter 5.1.2.2) In der Trockenzeit fließt der Laguna, abgesehen
von sehr seltenen Regenfällen, kein weiteres Wasser zu. Das gespeicherte Wasser der
Regenzeit muss also den Bedarf über die gesamte Trockenperiode decken. Ihren
Höchststand hat die Lagune etwa Ende Mai/Anfang Juni. Dieser nimmt dann durch
Entnahme, Versickerung und Verdunstung im Verlauf der Trockenzeit sukzessive ab, ehe die
Laguna etwa ab Ende September wieder durch neue Zuflüsse zum Beginn der Regenzeit
gespeist wird.
Abbildung 24: Zufluss zur Laguna Mataracocha aus dem Rio Manzana44
43
Hartwich, 2010 44
http://escale.minedu.gob.pe/documents/10156/1367930/ugel_cajamarca_1.pdf ; Bei den Zahlen unter den Ortsnamen handelt es sich um Registerzahlen zur Zuordnung, sie sind für die vorliegende Thematik ohne Bedeutung.
38
Abbildung 25: Gully an der Laguna Mataracocha
45
Abbildung 26: Zufluss zur Laguna46
Das gespeicherte Wasser wird gedrosselt durch das südliche Absperrbauwerk in den Kanal
Maymay geleitet. Dieser versorgt die südlichen Anlieger der Laguna sowie das Dorf
Candopampa mit Brauchwasser und ist in Abbildung 27 zu sehen.47
Abbildung 27: Kanal Maymay südlich der Laguna Mataracocha48
5.1.2.2 Problematik der Sedimentation
Ein großes Problem der Laguna ist der hohe Sedimenteintrag durch die Zuflüsse in Folge
von Erosion. Deutlich zu sehen an der Tiefe des Gullys in Abbildung 25 (ursprüngliche Tiefe
45
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014 46
Bildquelle: Google Earth, Aufnahmedatum 15.06.2013 47
Chuquiruna Ortiz, 2004, S.7 48
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014
39
des Zuflusskanals etwa 1,50 m) und dem gut zu erkennenden Schwemmkegel am Eingang
in die Lagune in Abbildung 26.
Dieser Sedimenteintrag führt zu Ablagerungen in der Lagune (siehe Abbildung 28), die deren
Speichervolumen im Laufe der Zeit stetig verringern und die Wasserqualität des gedrosselt
weitergeführten Wassers verringern. Außerdem besteht durch die große Menge an
Sedimenten eine erhöhte Gefahr der Querschnittsverringerung oder vollständigen
Verstopfung der Grundablassrohre, die ohnehin in einem relativ kleinen Querschnitt (DN 200
bzw. DN 300, genauere Beschreibung unter 5.1.2.3.3) ausgebildet sind.
Abbildung 28: Sedimentablagerung am Abfluss der Laguna49
Aus dem Beschriebenen wird deutlich, dass die Problematik der Sedimentation ihren
Ursprung nicht in der Laguna Mataracocha hat und auch dort nicht gelöst werden kann. Der
Sedimenttransport aufgrund von Erosion erfolgt in den Gebirgen oberhalb. Inwieweit diesem
Problem, etwa mittels Aufforstung oder dem Einbau der bereits beschriebenen Check Dams
begegnet werden kann, sollte Ziel weiterer Forschung sein, kann an dieser Stelle aber auf
Grund der Fokussierung auf die Laguna nicht weiter bearbeitet werden. Die gesamte
Thematik der Erosion ist Forschungsthema verschiedener Masterarbeiten an der Freien
Universität Berlin.50
Welche technischen Möglichkeiten innerhalb der Laguna möglich sind, um die Problematik
zu mindern soll unter anderem im folgenden Kapitel beantwortet werden.
49
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014 50
Siehe Masterarbeiten von Krüger, Hofmann, Taheri Rizi, FU Berlin
40
5.1.2.3 Die technischen Bauwerke der Laguna Mataracocha
Abbildung 29: Übersichtsplan Laguna Mataracocha51
5.1.2.3.1 Der Zufluss
Der zuvor bereits erwähnte Zufluss zur Laguna fällt nur bedingt unter die Überschrift
„technische Bauwerke“, da er nicht befestigt oder gelenkt ist. Im Gegenteil, er sucht sich im
in Abbildung 29 als „Zufluss“ markierten Bereich, je nach Ausprägung und Veränderung des
bereits beschriebenen Schwemmfächers, eigene Wege in die Laguna, was gut in der
Abbildung 26 zu sehen ist.
Abbildung 30 stellt den letzten Abschnitt des trocken liegenden Zuflusses in die Lagune zum
Aufnahmezeitpunkt Anfang September 2014 dar.
51
Kartengrundlage: Google Earth Aufnahme von 04/2014. In Anlage 2 in vergrößerter Darstellung
41
Abbildung 30: Zufluss zur Laguna Mataracocha während der Trockenzeit52
5.1.2.3.2 Das östliche Absperrbauwerk
Abbildung 31: Östliches Absperrbauwerk der Laguna Mataracocha53
Im östlichen Bereich der Laguna befindet sich das größere der beiden Absperrbauwerke. Es
handelt sich um ein Dammbauwerk, auf dessen Krone eine Straße entlang führt. Der Damm
ist auf Wasser- und Luftseite mit Steinen befestigt, teilweise mit Bepflanzung/Bewuchs in den
Zwischenräumen. Über eine eventuelle Innenabdichtung aus Ton o. Ä. ist nichts bekannt,
oberflächig ist keine Abdichtung zu erkennen.
Anders als zum Aufnahmezeitpunkt am Ende der Trockenzeit (vgl. Abbildung 29) steht am
Ende der Regenzeit regelmäßig Wasser am Damm an, wie aus den Spuren vor Ort und
52
Foto: Karamuka, 08.09.2014 53
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014. Blickrichtung Ost
42
Google Earth Aufnahmen älteren Datums deutlich zu erkennen ist. Der an der Vegetation
erkennbare und in den Satellitenbildern ebenfalls belegte Höchstwasserstand liegt etwa
2 ½ m unterhalb der Dammkrone. Mehr zur sich daraus ergebenden Problematik unter 5.1.3.
Eine wasserseitige Ansicht und ein Schnitt durch das östliche Absperrbauwerk finden sich
maßstäblich in Anlage 3 und 4.
5.1.2.3.3 Der Grundablass
Abbildung 32: Abfluss aus der Laguna - wasserseitig
54 Abbildung 33: Abfluss aus der Laguna - luftseitig
55
Der Abfluss aus der Lagune erfolgt zunächst durch einen in die Sedimentablagerung am
Boden gegrabenen Kanal. (vgl. Abbildung 28 und Abbildung 32), an dessen Ende das
Wasser durch einen kreisrunden Durchlass (DN 200) in eine Art Sedimentfang eingeleitet
wird. Hier wird das Wasser durch Störkörper in Form von größeren Steinen, ähnlich wie in
einem Tosbecken, beruhigt und anschließend durch zwei Rohre (DN 300) unter dem
südlichen Absperrbauwerk entlang in den luftseitig befindlichen Kanal Maymay eingeleitet
(Abbildung 33). Wasserseitig gibt es keine Absperrvorrichtung für den Grundablass.
Die Abflussregulierung erfolgt luftseitig manuell über entsprechende Armaturen, die beiden
Rohre können hier unabhängig voneinander gesteuert werden (siehe Abbildung 34).
Ebenfalls luftseitig befindet sich ein Notverschluss (ø 115 cm), dieser ist wie in Abbildung 35
erkennbar bereits stark zugewuchert und seine uneingeschränkte Bedienbarkeit damit
fraglich.
54
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014. Blickrichtung Nord 55
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014. Blickrichtung Nord
43
Es konnte vor Ort nicht ermittelt werden, wer für die Einstellung der Abflussregelung und
eine eventuelle Wartung der Anlagen zuständig ist und wie häufig dies geschieht. Es schien,
als würde die Anlage von den Nutzern, die südlich der Lagune wohnen, betrieben.
Abbildung 34: Armaturen zur Abflussregulierung Abbildung 35: Notverschluss56
Direkt neben dem Abflusskanal ist in der Laguna ein zweiter, etwas längerer und breiterer
Stichkanal in den Sedimentboden gegraben, dessen Funktion nicht abschließend geklärt
werden konnte.
Die nicht verifizierte Theorie eines peruanischen Studenten besagt, dass in diesen - in
Strömungsrichtung vor dem eigentlichen Auslass liegenden Kanal - Sedimente und Unrat
eingeschwemmt werden sollen, um das Wasser im Ablauf sauberer zu halten, der Stichkanal
also eine Art Vorklärfunktion innehat.
Draufsicht und Schnitte des Grundablassbauwerkes sind maßstäblich in den Anlagen 5 - 7
zu finden.
56
Foto (Abbildung 34 und 35): Schoenwiese, 04.09.2014
44
5.1.2.3.4 Das südliche Absperrbauwerk
Abbildung 36: Südliches Absperrbauwerk der Laguna Mataracocha57
Wie das östliche Absperrbauwerk wurde auch das kleinere südlich liegende als Damm
errichtet, der wasserseitig mit einer Schicht aus Steinen mit Bewuchs in den
Zwischenräumen abgedeckt ist. Die wasserseitige Böschung ist in Abbildung 36 zu sehen.
Auf der Luftseite ist das Bauwerk mit Bäumen und Gräsern bewachsen und hat dort auch
einen eher natürlichen, nicht künstlich abgeböschten Verlauf.
Unterhalb des Dammes verläuft der zuvor bereits beschriebene Abfluss aus der Lagune über
zwei Rohre, auf der Luftseite befinden sich etwa auf halber Höhe der Revisionsschacht und
am Dammfuß der geregelte Auslass in den unterliegenden Kanal.
Das Bauwerk verfügt außerdem über eine Hochwasserentlastungsanlage aus Beton etwas
unterhalb der ebenfalls mit einer Straße ausgestalteten Dammkrone, die luftseitig in eine
Schussrinne mündet, die in den Kanal Maymay einleitet. Die Anlage ist in Abbildung 37 luft-
und wasserseitig dargestellt.
Die Leistungsfähigkeit der Hochwasserentlastungsanlage kann nach der Überfallformel von
Poleni (Q = ⅔ µ b √(2g) h3/2 )58 bei einer Breite von 2,35 m und einer Höhe von 73 cm (mit
der Wehrkrone abschließend) sowie einem angenommenen Überfallbeiwert µ= 0,74 für den
rundkörnigen Überfall59 zu Q = 3,2 m³/s abgeschätzt werden.
57
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014. Blickrichtung Südost 58
Bollrich, 2013, S. 397 59
Schneider, 2010, S. 13.33
45
Abbildung 37: Hochwasserentlastungsanlage am südlichen Absperrbauwerk60
Wie in Abbildung 29 zu sehen, steht auch an diesem Absperrbauwerk das Wasser am Ende
der Regenzeit an, was genauere Betrachtungen im Hinblick auf Durchsickerung und die
auch bei diesem Dammbauwerk unbekannte Innendichtung notwendig macht. Sollte der
Damm ohne oder mit nicht ausreichender Innenabdichtung ausgeführt sein, droht bei
ausspülendem Sickerwasser die Gefahr eines Dammbruches.
5.1.3 Bewertung und Optimierung
Im Folgenden sollen die Bereiche, in denen Schwächen gefunden oder Möglichkeiten zur
Optimierung der technischen Anlagen überlegt wurden, dargestellt und ausgeführt werden.
5.1.3.1 Betrieb und Überwachung
Ein Bauwerk dieser Größenordnung sollte - auch wenn bisher „alles gut gegangen ist“ - von
dafür geschulten Fachkräften betrieben und überwacht werden, etwa in Anlehnung an DWA-
M 522, Kapitel 11. Dazu zählen zum Beispiel die Bauwerksüberwachung (visuell und durch
Sickerwassermessungen durch geschultes Personal) und das Führen eines
Betriebstagebuches, in dem Wasserstände, Stellungen der Abflussregulierungsorgane und
besondere Ereignisse (Hochwässer, Erdbeben etc.) festgehalten werden.
Insgesamt scheint man die Möglichkeit des Erreichens des maximal einstaubaren
Wasservolumens zwar beim Bau berücksichtigt zu haben (siehe Hochwasser-
entlastungsanlage am südlichen Bauwerk), sie aber nicht als realistische Variante zu
60
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014
46
empfinden – die zuvor beschriebene „Sorglosigkeit“ in der Überwachung des Bauwerks lässt
darauf schließen.
Ein Versagen eines der Absperrbauwerke, etwa durch einen Dammbruch auf Grund von
Sickerwasser, hätte wegen des eingestauten Volumens und der vorliegenden starken
Hangneigungen im umliegenden Gelände fatale Folgen für die Anlieger der Lagune.
5.1.3.2 Grundablass und Regulierungseinheit
Nach aktuellem Stand der Technik in Deutschland weist ein Grundablass die Elemente
Auslassbauwerk mit Rechen – Regulierungseinheit – Notverschluss – Tosbecken am
Auslass auf, wobei Regulierungseinheit und Notverschluss üblicherweise wasserseitig
angebracht sein sollten.61
Die Untersuchung vor Ort hat ergeben, dass die Lagune über kein festes Auslassbauwerk
oder einen Rechen verfügt (siehe 5.1.3.3.), kein Tosbecken vorhanden ist (siehe 5.1.3.4) und
das Regulierungsorgan sowie der Notverschluss luftseitig angebracht sind. Für letzteren Fall
werden zusätzliche Dichtungsmaßnahmen entlang des Durchlasses empfohlen, über deren
Vorhandensein an der Laguna keine Informationen vorliegen oder vor Ort erkennbar waren.
Die Abdeckung der Regulierungseinheit ist, wie in Abbildung 38 zu sehen, dauerhaft beiseite
geräumt und beschädigt, was mittelfristig wetter- und witterungsbedingt zur Beschädigung
und Unbrauchbarkeit der Regulierungsorgane führen wird. Der offene Schacht und die
beschädigte Abdeckplatte stellen außerdem ein Gefahrenpotenzial für Mensch und Tier dar.
Dies sollte in Ordnung gebracht und der Zugang zur Regulierungseinheit durch ein
abschließbares System nur noch dem oben erwähnten geschulten Personal zugänglich
gemacht werden.
61
Vgl. DIN 19700-12, 8.2
47
Abbildung 38: Defekte Abdeckung der Regulierungseinheit62
5.1.3.3 Sedimentation
Die Problematik der Sedimentation wird, unabhängig von der durch sie auftretenden
geminderten Wasserqualität, mittelfristig dazu führen, dass das verfügbare Volumen der
Lagune sinkt und der Wasserstand daher steigen wird. Dies erhöht die Gefahr eines
Überstaus der Anlage mit den unter 5.1.3.1 beschriebenen Konsequenzen.
Die grundsätzliche Problematik des hohen Sedimenttransportes des Zubringergewässers ist
wie zuvor beschrieben nicht in der Lagune selbst zu beheben, sondern bedarf weiterer
Forschung im oberhalb liegenden Gebirge.
Abhilfe schaffen kann aber die bauliche Ausgestaltung des letzten Abschnittes im Zulauf zur
Lagune durch eine ausgebaute Rinne mit einem Sandfang am Einlass. Dieser muss in der
Regenperiode, solange Wasser in die Lagune zuläuft, regelmäßig gereinigt und freigeräumt
werden, um einen Rück- oder Überstau des Zulaufes zu vermeiden. Das dort geräumte
Material kann z. B. als Dünger oder Baumaterial verwendet werden.
Auch am Auslass ist über die Installation eines ausgebauten Kanals mit Rechen (siehe
Abbildung 39) und/oder Sedimentfang nachzudenken, um die Wasserqualität zu verbessern
und einer möglichen Verringerung der Abflussrohrquerschnitte durch Treibgut und grobes
Geschiebe vorzubeugen – jedoch nur wenn regelmäßige Räumung und Wartung
gewährleistet werden können, um ein Verstopfen des sehr viel kleineren
Auslassquerschnittes zu vermeiden.
62
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014
48
Abbildung 39: Rechen zum Abhalten von Treibgut und grobem Geschiebe63
5.1.3.4 Hochwasserentlastungsanlage
Nach aktuellem Stand der Technik sollte die Schussrinne einer
Hochwasserentlastungsanlage im 45°-Winkel in das folgende Gerinne eingeleitet und dort
zunächst durch ein Tosbecken geleitet werden.
Die Untersuchung vor Ort hat jedoch gezeigt, dass die Hochwasserentlastungsanlage, wie in
Abbildung 40 zu sehen, genau senkrecht zur Fließrichtung und unmittelbar in den Kanal
Maymay einleitet. Durch die im Falle der Hochwasserentlastung auf Grund des Gefälles und
des glatten Betons sehr hohen Fließgeschwindigkeiten in der Schussrinne wird dies zu einer
Beschädigung des Kanals an der gegenüberliegenden Bewandung führen.
Abbildung 40: Einleitung aus der HWEA in den Kanal64
63
http://www.eppsteiner-zeitung.de/newsfotos/1176.jpg (Abb. links) und http://www.landespflege-freiburg.de/bilder/projekte/altbach_sedbecken1.jpg (Abb. rechts) 64
Foto: Schoenwiese, 08.09.2014
49
Eine ähnliche Problematik ergibt sich an der Prallwand im relativ starken Knick der
Schussrinne.
Ob hier jedoch eine nachträgliche bauliche Veränderung der Hochwasserentlastungsanlage
– und damit etwa eine Veränderung des Einleitungswinkels - wirtschaftlich sinnvoll ist, ist
wegen der massiven Bauweise der Anlage fraglich und müsste genauer betrachtet werden.
Zu überlegen ist jedoch in jedem Fall die Installation eines Tosbeckens am Ende der HWEA,
das gleichzeitig, wie in Abbildung 40 zu sehen, mit dem Auslass des Grundablasses
zusammenfällt, für den ebenfalls ein Tosbecken nach Stand der Technik sinnvoll und zu
empfehlen ist.
5.1.3.5 Bepflanzung des Dammbauwerkes
Die Luftseite des südlichen Dammes ist, vor allem in Kronennähe, wie auf Abbildung 41 zu
sehen, sehr stark mit Bäumen bepflanzt. Dies kann den positiven Effekt der Hangsicherung
haben.
Da es nicht den Anschein erweckt, als sei die Bepflanzung auf einem Überprofil, sondern
direkt in das Bauwerk geschehen, sollte hier jedoch untersucht werden, ob sich Sickerwege
entlang der Wurzeln ausbilden. Auch die visuelle Kontrolle des Bauwerks wird durch die
starke Bepflanzung erschwert.65
Abbildung 41: Luftseitige Bepflanzung des Absperrbauwerkes66
65
Vgl. Muth, 2001, S.77 66
Foto: Schoenwiese, 04.09.2014
50
5.2 Die Microrrerservorios in Chupicaloma
Im zweiten Untersuchungsgebiet wurden die sogenannten Microrreservorios betrachtet. Es
handelt sich hierbei nach der unter 4.2.5 getroffenen Klassifizierung um
Wasserspeicherbecken kleiner und mittlerer Größe, die vor allem zur Wasserspeicherung
verwendet werden.
Als Microrreservorios bezeichnet man in Peru üblicherweise Wasserspeicherbecken, die
durch Wasserrückhaltung und die kontrollierte Abgabe des gespeicherten Wassers die
Bewässerung von Ackerflächen ermöglichen. Sie können darüber hinaus auch andere
Nutzungen ermöglichen, z. B. Fischzucht. Die Idee, solche Wasserspeicheranlagen in der
Landwirtschaft zu verwenden, entstand, als man die Problematik der Differenz aus
Wasserbedarf und Wasserdargebot im Jahresgang in der Landwirtschaftsbranche für die
Region Cajamarca zu lösen hatte. Bei einem Bedarf von etwa 75 % des zur Verfügung
stehenden Wassers für landwirtschaftliche Nutzung (vgl. Abbildung 17) war eine Strategie zu
überlegen, welche eine verbesserte landwirtschaftliche Produktion unter effizienterer
Nutzung des vorhandenen Wassers gewährleistete. Vor diesem Hintergrund wurden 2007
von der Kommune Cajamarca Bewässerungssysteme mit Microrreservorios als regulierende
Anlagen in die Landwirtschaft eingeführt. Mit solchen Systemen sollte der Ertrag erheblich
gesteigert werden. Im Folgenden wird anhand des Beispiels der Bewässerung aus dem Dorf
Chupicaloma dargestellt, wie diese Bewässerungssysteme zu einer produktiveren
Landwirtschaft in der Region geführt haben. Neben einer technischen Beschreibung wird die
Betriebsweise der Bewässerungsanlage erläutert, ihre Wirksamkeit beurteilt und bewertet.
Daraus werden einige Verbesserungsvorschläge abgeleitet.
5.2.1 Methodik
Die Methodik entspricht der unter 5.1.1 dargestellten, bereits an der Laguna Mataracocha
angewandten Vorgehensweise.
5.2.2 Beschreibung der Anlage
Das in Chupicaloma umgesetzte Bewässerungskonzept funktioniert wie folgt: Aus den in
Höhenlage angelegten Wasserspeicherbecken (Microrreservorios) soll das Wasser reguliert
in die zu bewässernden Flächen abgelassen werden. Dieses Prinzip mit den dazugehörigen
Hauptkomponenten veranschaulicht die Skizze in Abbildung 42. Das Wasser aus
größtenteils permanenten Quellen aber auch aus oberirdischen Niederschlagsabflüssen
gelangt durch Kanäle über Sedimentfangbecken in die Speicherbecken. Von dort aus wird es
51
durch unterschiedliche Entnahme- und Rohrleitungssysteme zu den Ackerflächen abgeführt.
Statt mit einer von Schwerkraft betriebenen Bewässerung, die billiger, aber ineffizienter ist,
setzt man zur Verteilung des Wasser über die Fläche Sprinkleranlagen ein.
Die zu bewirtschaftende Ackerfläche wird bei von Micrroreservorios kontrollierten
Bewässerungssystemen mit Beregnungsanlage (Sprinkler) viermal größer als bei
Bewässerung auf Basis von Schwerkraft67. Dadurch wird die Gesamternte ebenfalls höher.
Abbildung 42: Prinzipskizze des von Microrreservorios regulierten Bewässerungssystems
5.2.2.1 Kosten
Die Bau- und Gerätekosten solcher Anlagen wurden von der Welthungerhilfe bzw. von der
Provinz Cajamarca teilweise bereitgestellt, wobei die Anlagenbesitzer einen großen Teil der
Arbeiten in Eigenleistung erbracht haben. Als Baumaterial wurde lokales Vulkangestein für
die meisten Anlagekomponente verwendet, da der Bau mit Stahlbetonbauteilen bzw.
Ortbeton zu teurer gewesen wäre. Beim Bau der Zulaufkanäle und Sedimentfangbecken
fand aber Beton Verwendung. Tabelle 4 zeigt, wie das verwendete Baumaterial ein
entscheidender Faktor für die Investitionskosten gewesen ist. Der Bau größerer
Speicherbecken Volumen ≥ 2000 𝑚3) unter Einsatz von Beton als Abdichtungsmaßnahme ist
um mehr als das 20fache teurer im Vergleich zu einem gleich großen Becken mit
Tonabdichtung. Es wird somit deutlich, dass die Verwendung von Beton trotz wahrscheinlich
67
Floríndez Díaz, 2010. S.16
52
bekannt guten Abdichtungs-und Standsicherheitseigenschaften mit (zu) großem finanziellen
Aufwand verbunden ist.
Tabelle 4: Kosten der Microrreservorios in Abhängigkeit vom verwendeten Baumaterial68
Bauart des Microrreservorios
Kosten (Wechselkurs am 29.10.14: 1€= Soles/.3,69 )
Volumen 1.300m3 Volumen 2.000m3 Kosten/m³
Becken aus natürlichen abgedichteten Böden, Abdichtung mit abgelagerten Sedimenten soles/.8.500 Soles/.11.200
~ 6 Soles
Becken aus natürlichen Böden, mit Ton abgedichtet soles/.9.400 soles/.12.500
~ 7 Soles
Becken aus natürlichen Böden, mit Foliendichtung abgedichtet soles/.20.500 soles/.31.500
~ 16 Soles
Becken aus Stahlbetonbauteilen soles/.200.000 soles/.320.000 ~ 160 Soles
Die Tabelle zeigt die deutlich höheren Kosten von Becken mit einer Abdichtung aus
Foliendichtung bzw. Stahlbetonteilen im Vergleich zu Becken, die mit vorhandenen
Materialien und Ton abgedichtet werden. Die in den meisten Fällen etwas geringeren
Kosten/m³ beim größeren Becken lassen sich durch die notwendigen Grundkosten, die
unabhängig von der Beckengröße anfallen (z. B. Miete und Kraftstoff für Bagger), erklären.
5.2.2.2 Aufbau des Bewässerungssystems in Chupicaloma
Das beim Geländeaufenthalt untersuchte Bewässerungssystem enthält insgesamt sieben
Microrreservorios (Abbildung 43), wobei eines davon für Fischzucht (Beckennummer 6) und
eines für die Bewässerung des Gewächshauses (Beckennummer 7) eingesetzt wird69. Der
Rest wird für die Bewässerung der Ackerflächen genutzt. Die Becken sind miteinander
verbunden, sodass Wasser von höherliegenden Becken den unteren Becken zugeführt
werden kann. Die Anlage gehört Pedro Calderon Silva, der alle betrieblichen Arbeiten
durchführt.
68
Floríndez Díaz, 2010. S.26 69
Die Beckennummerierung ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit eingeführt, die Becken tragen diese Bezeichnungen vor Ort nicht
53
Abbildung 43: Lageplan Chupicaloma70
Wie in Abbildung 42 zu sehen, besteht das Bewässerungssystem i. d. R aus einem
Zulaufkanal, einem Sedimentbecken und einem Hauptspeicherbecken und einem
Verteilungssystem (in Abbildung 42 ist exemplarisch ein Wasserentnahmerohr dargestellt).
Der Zulaufkanal bildet das erste wichtige Element dieses Bewässerungssystems. Er
sammelt Wasser aus unterschiedlichen Quellen und versorgt die Speicherbecken. Die
permanenten oder periodischen Wasserquellen bilden die wichtigste und zuverlässigste
Wasserquelle. Der Niederschlagsabfluss der umliegenden Flächen kann in der Regenzeit
ebenfalls erfasst werden. Dieser Kanal kann aus Beton bestehen, ist aber meistens ein
einfacher Graben, der bei undurchlässigen Böden kein besonderes Baumaterial benötigt. Bei
kurzen und undichten Fließwegen werden Rohre aus PVC empfohlen, allerdings sammeln
diese keinen Niederschlagsabfluss aus näher gelegenen Flächen. Aus Stabilitätsgründen ist
ein trapezförmiger Querschnitt bei der Ausbildung eines solchen Kanals zu empfehlen.
Durch niedrigeres Gefälle (0,5 bis 1 % oder auch weniger) soll der Abfluss strömend in den
70
Fotoquelle: Google Earth, 2014
54
Becken ankommen71. Abbildung 44 zeigt beispielhaft, wie ein solcher Kanal (Dorf
Chupicaloma) aussehen kann.
.
Abbildung 44: Beispiel eines Zulaufkanals aus dem Dorf Chupicaloma 72
Das zweite maßgebende Element ist das Sedimentfangbecken (beispielhaft in Abbildung 45
für Becken Nummer 7 dargestellt). Dieses soll das im Zulaufkanal mitgeführte Geschiebe
vom Hauptspeicherbecken fernhalten und dient gleichzeitig als Absetzbecken für absetzbare
Stoffe. Das schützt die Microrreservorios gegen Verschlammung und verhindert, dass die
Wasserverteilungssysteme zugesetzt werden.
71
Floríndez Díaz, 2011. S.114 72
Floríndez Díaz, 2011. S.115
55
Zur Abführung des Wassers aus dem Sedimentfangbecken zum Microrreservorio baut man
ein rechteckiges oder trapezförmiges Gerinne oberhalb des Hauptbeckens. Das sollte aus
nicht erodierbarem Material, wie z. B. Stahlbeton oder gut gemörteltem Mauerwerk,
bestehen, um das Speicherbecken vor Erosionsböden zu schützen. Beispielhaft zeigt
Abbildung 45, wie dieses Gerinne aussehen kann.
Abbildung 45: Anlagekomponenten eines Microrreservorios 73
Bei der Planung ist auch zu bedenken, dass die aufnehmbare Wassermenge im Becken bei
starken Regenfällen überschritten werden kann. Die daraus resultierende
Dammüberströmung kann zu Dammversagen führen. Zur Vermeidung der Überflutung des
Absperrbauwerks und der damit verbundenen Schäden sollte deswegen eine
Entlastungsanlage ausgeführt werden. In Deutschland werden solche Anlagen für
Hochwasserentlastungszwecke bei Hochwasserrückhaltebecken, Talsperren etc. gebaut.
Diese Hochwasserentlastungsanlagen bestehen nach aktuellem Stand der Technik in
73
Foto: Karamuka, 09.2014
56
Deutschland aus einer Regulierung, Einlauf, Transportgerinne (z. B. Schussrinne) und
Auslaufbauwerk.
Solche Entlastungsanlagen sollten groß genug dimensioniert werden, um ihre Funktion zu
erfüllen. Es empfiehlt sich sogar, diese mindestens zweimal größer als den Zulauf zum
Becken auszubilden74. Der Überlauf sollte auf einem stabilen Untergrund gebaut werden,
sodass er durch Risse aus Verdichtungsarbeiten nicht gefährdet wird. Abbildung 46 zeigt
beispielhaft, wie eine solche Anlage nach peruanischen Bemessungsgrundlagen ausgeführt
werden kann, in Abbildung 48 ist eine Entlastungsanlage aus Chupicaloma dargestellt.
Dieser Überlauf ist also ein einfaches Wehr, das auf der Dammkrone gebaut ist. Zur
Berechnung seiner Kapazität kann die Poleni–Formel verwendet werden.
Q = 2
3µb g2 ℎü
3/2, wobei
Q= Durchfluss; b=Breite des Wehrs; hü=Überfallhöhe; µ = Abflussbeiwert;
g= Erdbeschleunigung
Abbildung 46: Beispiel Entlastungsanlage 75
Einige der Becken in Chupicaloma verfügen über eine solche Entlastungsanlage, die das
Becken bei Vollfüllung entlasten kann. In diese senkrecht zum Hauptbecken über die
Staukrone verlaufende Anlage fließt der Überlauf des Beckens in die tiefer gelegenen oder
kann in die Ackerfläche verteilt werden. Das Hauptreservoir (Becken Nummer 4) hat ein
tiefer gelegenes Reservespeicherbecken (Becken Nummer 5), welches das überschüssige
74
Floríndez Díaz, 2011. S.94 75
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.94
57
Wasser aufnimmt. Letzteres hat wiederum ein Ablaufgerinne, das in das Ackerland mündet.
Wie in Abbildung 48 zu sehen ist, besteht das Überlaufgerinne aus einfachen geschütteten
Bausteinen, die aber das Vordringen von Wasser in den Kronenkörper nicht verhindern
können. Diese Bauweise birgt eine große Gefahr für den Dammkörper, da das Wasser in
den Körper eindringen und bei großer Belastung zum Dammbruch führen kann. Durch ein
gut gemörteltes Steinmauerwerk oder eine Betonwand (siehe Abbildung 45) kann das
Gerinne komplett dicht ausgebildet werden.
Ebenfalls in Abbildung 48 erkennt man ein auf der Dammkrone angelegtes Gerinne, das das
überschüssige Wasser aus dem Kanal zum Nebenreservoir (Beckennummer 5) abführen
soll, da die Aufnahmekapazität des Hauptbeckens begrenzt ist. Es wird empfohlen, auch
dieses Gerinne dicht auszubilden, um das Problem der Dammgefährdung durch sickerndes
Wasser zu verringern.
Das bedeutendste Bewässerungssystemteil ist selbstverständlich das Microrreservoir selbst.
Dieses Becken speichert das Wasser, das zur Bewässerung benötigt wird. Seine Hanglage
ist wichtig für die zu bewässernden Fläche, da Wasser durch einfache Rohrleitungen in die
Ackerfläche transportiert werden kann, ohne dass weitere druckerzeugende Einrichtungen
benötigt werden. Die Hanglage erzeugt sogar den Verteilungsdruck für das gesamte
Bewässerungssystem76.
Die Gesamthöhe des Damms berechnet sich mit:
𝐻𝑡= 𝐻𝑚+ 𝐻𝐵+𝐻𝑑77 , mit
𝐻𝑡= Gesamthöhe des Absperrbauwerks
𝐻𝑚= Totraumhöhe (Abstand von Beckensohle bis Unterkannte des Ablaufrohres)
Hb= Abstand zwischen maximal erreichbarem Wasserstand im Becken (festgelegt durch
Überlauf) und Entnahmerohr (entspricht der Betriebsraumhöhe).
𝐻𝑑= Höhe des Freiraums (Abstand von der Sohle der Entlastungsanlage bis zum höchsten
Punkt des Absperrbauwerks).
Für das Beckenvolumen 𝑉𝑡𝑝 wird eine abgeschnittene umgekehrte Pyramide (siehe
Abbildung 47) empfohlen, wobei das Volumen folgendermaßen zu bestimmen ist.
76
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.86 77
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.87
58
𝑉𝑡𝑝 =𝐻𝑑
3×(𝑆1 +𝑆2+ 21 ss 78, mit
𝐻𝑑= Höhe des Betriebsraums
S1 = obere Fläche des Beckens,
S2 = untere Fläche des Beckens
Abbildung 47: Vorgeschlagene Grundform des Microrreservorios 79
Aus Stabilitätsgründen sollte dabei die Gesamthöhe des Absperrbauwerks 3 m nicht
überschreiten. Die luftseitigen bzw. wasserseitigen Dammböschungen sind mit einem
Gefälle von 1:1,5 bzw. 1:2 auszubilden80.
Zur Wasserverteilung in die zu bewässernde Fläche werden Rohrnetze und deren
Komponenten, wie z. B. Hydranten, Sprinkler etc. eingesetzt.
In Abbildung 48 sind einige Teile eines Beckens (Beckennummer 4) beispielhaft dargestellt.
Dieses Becken enthält ein Entlastungsgerinne, das das Becken bei Volllaufen des
Reservoirs entlastet. Abbildung 50 zeigt ebenfalls das hier exemplarisch ausgewählte und in
Anlage 8 und 9 skizzierte Speicherbecken 4.
78
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.88 79
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.88 80
Antenor Floríndez Díaz, 2010. S.87
59
Abbildung 48: Entlastungsanlage des Hauptreservoirs (Beckennummer 4)
81
5.2.2.3 Betrieb der Anlage
Um Wasser für die anliegenden Landwirte bereitzustellen, wurde ein ca.15 km langer Kanal
gebaut, der Wasser aus dem oberen Einzugsgebiet in die Microreservorios leitet. An diesen
Kanal, der von mehreren Quellen gespeist wird, sind rund 650 Nutzer angeschlossen, die
das Wasser nach einem bestimmten Nutzungsplan für ihre jeweiligen Grundstücke
entnehmen. Der Nutzungsplan erlaubt jedem Nutzer, alle 15 Tage eine Stunde lang die
Entnahme von bis zu 5 l/s Wasser aus dem Kanal.
Das mit Sedimenten beladene Wasser gelangt in die Sedimentbecken, in denen
Absetzvorgängen stattfinden können. Der abgesetzte Schlamm wird dann manuell
abgetragen.
81
Bildquelle: Karamuka, 2014
60
Um das Wasser aus dem Reservoir zu entnehmen, werden unterschiedliche Einrichtungen
verwendet. Durch einen im Dammkörper eingebauten kurzen Rohrabschnitt (meistens aus
PVC) wird das Wasser über ein Ventilhäuschen und daran angeschlossen eine lange
Rohrleitung zu den Sprinklern transportiert (Abbildung 49).
Abbildung 49:Wasserentnahmeeinrichtung - Rohr und Ventilhäuschen 82
Es gibt keine Pumpe zur Förderung des Wassers aus dem Becken, es wird mit Hilfe von
Druckdifferenz bzw. des Höhenunterschiedes zwischen dem Microrreservoir und der zu
bewässernden Fläche in das Netz gespeist. Man wollte alle Becken mit Hebeanlagen
vorsehen, um eine leichte Wasserentnahme zu ermöglichen. Ausprobiert wurde das Prinzip
bei Becken Nummer 483, aber wegen Störungsproblemen (Verstopfung, Wartung etc.) wurde
bei den später entstandenen Becken mit dem zuvor beschriebenen System gearbeitet. Man
behilft sich stattdessen mit an unterschiedlichen Standorten des Beckens verlegten
Schläuchen, um flexibel und noch mehr Wasser aus dem Becken schöpfen zu können.
Alternativ könnte das Wasser aus dem Becken durch einen Grundablass (siehe auch Punkt
5.1.3.2) entnommen werden. Dieser kann dann ein zylinderförmiges Betonbauwerk oder
Rohr sein. Zur kontrollierten Wasserentnahme sollte dieser Grundablass z. B. mit einem
Regulierorgan (z. B. ein Hubschutz oder einfaches Ventil) ausgestattet werden. Bei Neubau
solcher Bewässerungssysteme könnte man diese Alternative verwenden; ein Umbau im
Bestand ist nicht oder nur schwer und mit hohem Kostenaufwand möglich.
Es werden ebenfalls Hydranten im Bewässerungssystem verwendet. Diese sind an der
festen Hauptleitung angebracht, von dort verzweigen sich die beweglichen Schläuche, die
das Wasser überall in die Ackerfläche transportieren können.
82
Becken Nummer 1. Bildquelle : Karamuka, 2014 83
siehe Anhang 7 und 8
61
5.2.2.4 Fotodokumentation
Abbildung 50: Chupicaloma - Hauptbecken zur Regulierung der Bewässerung
8485
Abbildung 51: Chupicaloma - Reservoir zu Versorgung des Gewächshauses
86
Abbildung 52: Chupicaloma - Gewächshaus Abbildung 53: Chupicaloma - Sprinkleranlage zur Pflanzenbewässerung
84
Alle Bilder in Kapitel 5.2.2.4 von Karamuka, 2014 85
Nummer 4 im Lageplan 86
Nummer 7 im Lageplan
62
Abbildung 54: Chupicaloma - Sedimentfangbecken87
Abbildung 55: Chupicaloma - Speicherbecken für Fischzucht
88
5.2.3 Bewertung und abgeleitete Optimierungsvorschläge
Die Einführung des Bewässerungssystems mit Microrreservorios hat dem Besitzer erlaubt,
eine zweite Ernte im Jahr zu haben. Während er in der Regenzeit für den Eigenbedarf
anbaut, ist er mit Hilfe des Bewässerungssystems in der Lage, auch in der Trockenzeit zu
produzieren und die geernteten Produkte zu verkaufen. Je nach Marktpreis entscheidet er
sich dabei entweder für den Verkauf oder die Verwendung der Ernte als Futtermittel für
Meerschweinchen.
Das System ist nicht nur eine gute Lösung für die Bekämpfung der Armut der Landwirte in
der Region Cajamarca, sondern auch eine gute Quelle für Arbeitsplätze für die Menschen in
der Region, da eine intensivere Landwirtschaft entsteht. Die Produktivitätserhöhung kann
Arbeitsplätze für zwei bis drei weitere Mitarbeiter schaffen89. Ferner hat die Landwirtschaft
unter Zuhilfenahme von Bewässerungssystemen das Problem der temporären Migration für
Arbeitsuchende gebessert, da Leute fast im ganzen Jahr auskömmlich beschäftigt sein
können.
Damit das System zu verbesserten Lebensbedingungen führen kann, waren einige
Ausbauarbeiten notwendig. So war es etwa notwendig, das im diesem Bericht dargestellte
Becken Nummer 4 flächenmäßig zu vergrößern, um mehr Wasser speichern und damit mehr
Ackerfläche bewässern zu können, was im Endeffekt eine erhöhte Produktivität bedeutete.
Am Anfang war der Besitzer skeptisch und sogar gegen die Vergrößerung mit der
87
An Becken Nummer 7 im Lageplan 88
Becken Nummer 6 im Lageplan 89
Floríndez Díaz, 2010, S. 24
63
Begründung, dass die Ackerfläche verloren gehen könnte, er hat mit der Zeit aber gemerkt,
dass solche Maßnahmen in der Gesamtbetrachtung eine Verbesserung der Lage mit sich
gebracht haben. Er will demzufolge auch weitere Becken vergrößern, um noch mehr Fläche
bewirtschaften zu können.
Es ist hervorzuheben, dass das durch Verdunstung verlorene Wasser (ein Teil davon sorgt
für feuchtes Kleinklima und ist maßgebend für Pflanzen) mit Vergrößerung der
Beckenoberfläche zunimmt. Eine Reduzierung der Beckenoberfläche um 20 % bewirkt eine
entsprechende Reduzierung des Verdunstungsvolumen um 20 % und umgekehrt90. Durch
Optimierung des Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen (kleines Verhältnis ist günstig)
kann der Wasserverlust minimiert werden. Es gibt einige technische Maßnahmen zur
Begrenzung bzw. Verhinderung der Verdunstungsverluste, wie etwa bei Magin, 1960
beschrieben91.
Der erste Ansatz ist die Reduzierung der Oberfläche durch Maximierung der gewählten
Beckentiefe. Hierfür müssen aber andere wichtige Betriebsbedingungen u. a.
Wasserentnahme, Unterhaltung etc. berücksichtigt werden. Auch die Speicherung in
unterirdischen Becken oder in relativ großen Becken statt mehreren kleinen Becken scheint
Erfolg versprechend. Sind diese Maßnahmen nicht möglich, kann das Becken durch Decken
o. Ä. gedeckt werden. Als letzte günstige und effektive Alternative wird der Einsatz von
Oberflächenfolien (surface films) genannt. Bestehend aus unterschiedlichen Materialien wie
z. B. cetyl alcohol film, oil film etc92. können diese Folien zur Reduzierung von Verdunstung
verwendet werden. Eine fundiertere Untersuchung dieser technischen Maßnahmen ist
erforderlich, um zu wissen, welche Maßnahmen bei welchen Betriebsbedingungen geeignet
und wirtschaftlich sind.
Das begrenzte Beckenvolumen wird durch Sedimentationsvorgänge beeinträchtigt. Obwohl
jedes Hauptbecken ein Vorbecken zum Sedimentfang hat, wird immer Sediment im
Wasserspeicher gesammelt, sodass die Becken bei Bedarf zur Wartung oder Reinigung
(etwa alle fünf Jahre) geleert und anschließend geräumt werden. Zur Minimierung des
Sedimenteintrags aus oberhalb der Staubecken liegenden Flächen kann die Errichtung einer
Wand aus Beton oder Mauerwerk hilfreich sein (siehe dazu Anlage 10). Die Standsicherheit
dieser Mauer für drückende Kräfte aus Sedimenten oder Wasser muss dabei gewährleistet
werden.
90
McJannet, 2008, S.1 91
Magin, 1960 92
Magin, 1960, S.56
64
Wasserverlust durch Versickerung ist ebenfalls zu berücksichtigen. Weil der Bau der
Anlagen mit undurchlässigem synthetischem Material zu teurer war, hat man lokal
verfügbares Baumaterial (hier Vulkangestein) verwendet. Dieses ist jedoch rissig und
durchlässig und lässt entsprechend viel Sickerwasser aus den Becken entweichen. Um
diesem Problem entgegenzuwirken, kann örtlich feinkörniges Material mit geringer
Durchlässigkeit (Lehm, Ton) zur Abdichtung verwendet werden.
65
5.3 Parcela Pablo Sánchez
Die topografischen Gegebenheiten Perus nötigen die Bevölkerung, auch Hangflächen als
Ackerland zu nutzen. 97 % der Gesamtfläche Perus sind Hänge. Die restlichen 3 %
Flachland reichen bei Weitem nicht aus, um alle Einwohner zu ernähren. Aus diesem Grund
wurde schon vor der Eroberung Perus durch die Spanier das Landschaftsbild durch
Terrassen- und Kanalbau geprägt. Mit der Machtübernahme 153393 durch die Spanier
wurden die bestehenden Gesellschafts- und Besitzstrukturen zerstört. Das Land wurde an
Großgrundbesitzer übergeben, die es, um die Ernte zu optimieren, mit dem Ochsenpflug
bestellten.
Während einer Aufforstungsmaßnahme in den 1970er Jahren wurde die Parcela Pablo
Sánchez in der Region Cajamarca zu Demonstrationszwecken angelegt. Ziel war es dabei
zu zeigen, wie sich in einem integrativen Projekt eine umfeld- und umweltverträgliche
Landwirtschaft in Verbindung mit einem an die klimatischen Bedingungen angepassten
Eingriff in den natürlichen Wasserhaushalt realisieren lassen.
Ziel der Rückhaltemaßnahmen ist es, eine zweite Ernte zu ermöglichen, die ohne
zusätzliches Wasser nicht möglich ist.
Die Parcela verdankt ihren Namen ihrem Eigentümer, Herrn Pablo Sánchez, der als Pionier
dieser umweltverträglichen Landwirtschaft anzusehen ist.
5.2.1 Methodik
Die Methodik entspricht der unter 5.1.1 dargestellten, bereits an der Laguna
Mataracocha angewandten Vorgehensweise.
93
http://www.cms.fu-berlin.de/lai/e-learning/projekte/caminos/kulturkontakt_kolonialzeit/entdeckung_eroberung/eroberung_perus/ (Stand: 19.11.2014)
66
5.3.2 Beschreibung der Anlage
Abbildung 56: Lageplan Untersuchungsgebiet Parcela Pablo Sánchez
Wie im Lageplan dargestellt, ist die Parcela Pablo Sánchez in drei verschiedene Bereiche
mit unterschiedlichen Maßnahmen der Regenwassergewinnung unterteilt:
Hang 1 mit Abflusssammelrinnen
Hang 1 befindet sich oberhalb der Straße. Über eine Abflusssammelrinne wird das
Wasser in das tiefer gelegene Reservoir geleitet.
Hang 2 mit Versickerungsrinnen
Hang 2 befindet sich unterhalb der Straße und entwässert in ein Speicherbecken aus
Beton.
Bereich 3 mit Terrassen
Es wurden drei verschieden große Terrassen angelegt.
67
Zustand bei der Aufnahme während der Geländearbeiten – September 2014
Das Grundstück wird seit ca. sechs Monaten, nach dem Tod von Pablo Sánchez, weder
genutzt noch gepflegt. Im Laufe der Zeit verwildert es. In den Rinnen sammeln sich das Laub
und durch Bodenerosion locker gewordene Gesteinsbrocken. Je nach Tiefe und Neigung der
Rinne sammelt sich mehr oder weniger Unrat. Auf den Terrassen wachsen wilde Himbeeren,
die die Terrassenstufen darunter teilweise nur noch erahnen lassen. Erst durch die
Starkregenereignisse in der Regenzeit findet zum Teil eine natürliche Reinigung der Rinnen
statt.
Dabei könnten die Anlagen mit vergleichsweise geringem Aufwand erhalten werden. Vier
Arbeiter pro Hektar Land würden zum Reinigen der Rinnen reichen, um die
wasserwirtschaftlichen Einrichtungen voll funktionsfähig zu halten.
Datengrundlagen
Aufgrund der Klimadaten der Provinz Cajamarca kann folgendes Wasserdargebot für die
Parcela Pablo Sánchez abgeleitet werden:
Gesamtfläche der Parcela Pablo Sánchez: ca 10.000 m2
Mittlerer Jahresniederschlag (3.2 Klimatische und hydrologische
Randbedingungen): 716 mm – 795 mm
Angenommener Abflussbeiwert Ψ = 0,6
→ ungefähr 4.000 m3/ Jahr
Nach Abbildung 12: Klimadiagramm für die Stadt Cajamarca (s. Seite 15) fällt ein Großteil
des Niederschlags zwischen Oktober und April eines Jahres. Man kann davon ausgehen,
dass der berechnete Jahresniederschlag also hauptsächlich in diesen sechs Monaten fällt.
Um 4.000 m3 zwischenspeichern zu können, müsste ein Großes Becken nach der unter Kap.
4.2.5 getroffenen Einteilung gebaut werden.
Zu genaueren Berechnungen fehlen die Grundlagendaten. Wir konnten auf nichts aufbauen,
da uns weder die Kosten für den Bau, noch Langzeitdaten zu Betrieb und Unterhaltung der
Anlage zur Verfügung standen.
Die von uns vor Ort genommenen Daten und Messwerte sind ein erster Schritt zur
Abschätzung und Situtationsanalyse.
Auf dem gesamten Gelände sind Verdunstungs- bzw. Benetzungsverluste von ca. 15 %
anzunehmen. Außerdem besteht das Problem der Verteilung des Wassers auf die drei
Teilbereiche. Dies wird entweder mobil oder durch Schächte gelöst. Auch hier sind keine
Unterlagen vorhanden. Klar ist nur, dass versucht wird, das Wasser am oberen Hang zu
entnehmen und nach Bedarf auf die landwirtschaftlich genutzten Flächen wieder abzugeben.
68
Anderenfalls müsste das Wasser über Pumpen bewegt werden. Ebenso wird gerade am
Versickerungshang und in den Terrassen versucht, möglichst viel Wasser im Boden
zwischen zu speichern.
5.3.2.1 Hang mit Abflusssammelrinne
Abbildung 57: Skizze Hang 1 der Parcela94
Das Gebiet der Abflusssammelrinne umfasst 3.600 m2. Es ist annähernd rechteckig angelegt
(genauere Details und Abmessungen finden sich in Anlage 16). Wie in Abbildung 57: Skizze
Hang 1 der Parcela dargestellt, verläuft die Abflusssammelrinne durch das Gebiet, über die
Straße, in das tiefer gelegene Reservoir. Das Gebiet ist mit Eukalyptus und vereinzelt
stehenden Kiefern bepflanzt. Zum einen um der Bodenerosion entgegenzuwirken, zum
anderen um den Oberflächenabfluss zu verlangsamen oder auszubremsen. Allerdings
entstehen durch die Eukalyptus-Bepflanzung auch Probleme. Eukalyptus ist eine sehr
spezielle Pflanze, die sehr viel Öl enthält und kein Unterholz entwickelt. Deshalb wird der
Eukalyptus auch „grüne Wüste“ genannt.
Die Abflusssammelrinne ist 120 m lang und beginnt außerhalb des von uns abgesteckten
Hanges. Sie verläuft etwa quer zur Falllinie des Hangs. Bevor die Abflusssammelrinne die
Straße kreuzt, verläuft sie um eine scharfe Kurve. Nach Überquerung der Straße führt die
Rinne einen steil geneigten Abhang hinunter und durch ein Sedimentfangbecken in das
Reservoir. Die Abflusssammelrinne dient mit ihrem angepassten Querschnitt und der
94
Bearbeitung: S. Rumold
69
Untergrundbeschaffenheit dazu, den Oberflächenabfluss zu sammeln und das Wasser
gebündelt abzuleiten, um es dann im Reservoir zu speichern (Abbildung 58).
Abbildung 58: Abflusssammelrinne am Hang 1 der Parcela
Im Rahmen unserer Erhebung wurden repräsentative Querschnitte und die Neigung im
Abstand von 20 m vermessen (siehe Tabelle 5: Repräsentative Querschnitte der
Abflusssammelrinne Parcela und die Darstellung in Anlage 17). Begonnen wurde am GPS-
Punkt 201. Aufgenommen wurden die Tiefe (siehe Abbildung 59: Vermessung der
Abflusssammelrinne der Parcela) sowie die Breite eines Querschnittes. Der tiefste
70
Querschnitt wurde zwischen den GPS-Punkten 203 und 204 mit 18,3 cm gemessen. Wie zu
erwarten war, liegt der breiteste Querschnitt mit 80 cm am Ende der Abflusssammelrinne.
Die Neigung beträgt durchschnittlich 10,5°. Am Ende der Rinne konnte auch der
veranschlagte Abstand von 20 m zwischen den Punkten nicht mehr eingehalten werden.
Grund ist die Kurve der Abflusssammelrinne mit einem zu steilen Winkel von 80°. Dieser
steile Winkel, der auch in Abbildung 60: scharfe Kurve der Abflusssammelrinne Parcela zu
sehen ist, ist verantwortlich dafür, dass das Wasser aus dem vorgesehenen Weg über die
Abflusssammelrinne ausbricht. Der breitere Querschnitt, der sich mit der Zeit gebildet hat
fördert dies.
Tabelle 5: Repräsentative Querschnitte der Abflusssammelrinne Parcela 95
von Pkt zu Pkt Abstand Repräsentative Querschnitte Neigung
[m] [cm/cm] %
201 202 20 0/0 14/10.1 30/9 40/0 9
202 203 20 0/0 14/11.5 20/12.5 25/10 40/0 12
203 204 20 0/0 14/13.7 28/18.3 36/17.3 43/6.5 60/0 11
204 205 20 0/0 10/11.2 20/15.7 34/15.6 45/5.2 60/0 10
205 206 20 0/0 14/15.4 20/16.6 33/12.9 40/8.7 50/0 11,5
206 207 7,7 0/0 10/6.5 20/9.9 30/6.3 50/0 9,5
207 208 8,8 0/0 20/5.1 30/7 50/14 70/6.5 80/0 9,5
Abbildung 59: Vermessung der Abflusssammelrinne der Parcela96
Abbildung 60: scharfe Kurve der Abflusssammelrinne Parcela
97
95
Eigene Darstellung: S.Rumold 96
Bildquelle: S.Rumold, 09.2014 97
Bildquelle: S.Rumold, 09.2014
71
Unterhalb des Hanges kreuzt die Abflusssammelrinne die Straße. An dieser Stelle ist sie nur
noch zu erahnen. Auch vom Nachbargrundstück aus läuft Wasser über die durch die Zeit
gebildeten Erosionsrinnen bis zum Microreservoir. An der Stelle, an der die Rinne die Straße
kreuzt, ist sie kaum noch erkennbar.
Das durch diese Erosion entstandene Problem verursacht die Sedimentation in den
Microreservorios. Da nur die angelegte Abflusssammelrinne ein Sedimentauffangbecken
besitzt (siehe Abbildung 61: Sedimentationsbecken der Abflusssammelrinne Parcela ), wird
durch die restlichen Zuflüsse viel Sediment in das Reservoir eingetragen. Gerade an den
Ecken des Reservoirs ist der hohe Sedimenteintrag zu sehen. An einer Ecke hat sich sogar
schon ein Schwemmfächer gebildet.
Gebaut wurde das Reservoir mit Materialien aus der unmittelbaren Umgebung. Sogar der
Ton, der als Dichtungsmaterial verwendet wurde, wird in der Region gewonnen. Zusätzlich
wird die Standfestigkeit erhöht. Ein Dichtungskern ist in den umgebenden Dammbauwerken
nicht zu erkennen.
Das im Reservoir (siehe Abbildung 62: Reservoir der Parcela) gespeicherte Wasser wird
zum einen genutzt, um die gewünschte zweite Ernte zu gewährleisten. Dazu sollte das
Reservoir bis Ende März gefüllt sein. Zum anderen wird das Wasser als Frostschutz genutzt.
Durch die natürliche Evaporation des Wassers im Reservoir und die Bewässerung in den
Abendstunden wird die Luftfeuchtigkeit erhöht und damit die Frostbildung verringert.
Unterhalb des Reservoirs befindet sich ein Auslassregulator. Laut Antenor Florindez können
aus dem Becken 400 - 500 l/s entnommen werden.
An der Luftseite des Reservoirs sieht man, welchen Einfluss der Regen auf das nicht
befestigte Bauwerk hat. Die Luftseite ist nur spärlich mit Eukalyptus bepflanzt und man
erkennt, dass diese Bepflanzung nicht ausreicht, um die Regenerosion vollständig zu
verhindern.
Aufgrund der zu Beginn beschriebenen dürftigen Datenlage ist nicht zu klären, warum es
keine Hochwasserentlastungsanlage gibt. Sollte der Wasserstand ansteigen, wird die
Dammkrone überströmt und der Damm kann abrutschen oder schlimmstenfalls brechen.
Bisher hat das Reservoir den Launen der Natur standgehalten und nur geringen Schaden
genommen. Jedoch wird es ohne Unterhaltung und die notwendigen technischen
Vorkehrungen, wie z. B. die HWEA nicht auf lange Sicht standhalten.
72
Abbildung 61: Sedimentationsbecken der Abflusssammelrinne Parcela
Abbildung 62: Reservoir der Parcela
73
5.3.2.2 Hang mit Versickerungsrinnen
Abbildung 63: Skizze Hang 2 der Parcela
Der Hang 2 mit Versickerungsrinnen umfasst ein Gebiet von 3.250 m2. Es ist dreieckig
angelegt, mit der Hypotenuse am Straßenrand und an der gegenüber liegenden Ecke das
Speicherbecken aus Beton. (Details und Abmessungen siehe Anlage 18).
Zum Zeitpunkt unserer Vermessungsarbeiten (September 2014) konnten wir acht Rinnen
aufnehmen. In Anbetracht des Zustandes der Rinnen wird davon ausgegangen, dass es
wesentlich mehr Rinnen gab, als das Gebiet angelegt wurde. Durch die steile Hanglage und
die daraus resultierende starke Regenerosion gibt es mittlerweile Querverbindungen
zwischen den einzelnen Rinnen, die sich negativ auf die Funktionalität der
Versickerungsrinne auswirken. Zusätzlich zu den Querverbindungen führen zwei Wege quer
über den Hang. In diesen Wegen kann das Wasser abfließen und spült so Gestein und Laub
fort. Durch diesen „Reinigungsvorgang“ sind die Wege deutlich besser erhalten als die
Rinnen. In den Rinnen sammelt sich Geröll und Laub, denn im Gegensatz zu den
Abflusssammelrinnen sind die Versickerungsrinnen nicht quer zum Hang geneigt, sondern
waagrecht. Damit ist gewährleistet, dass das Wasser möglichst viel Zeit zum Versickern hat.
Obwohl es seit langer Zeit nicht gepflegt wurde, funktioniert das Speicherbecken aus Beton,
in das die Versickerungsrinnen münden, immer noch (siehe Abbildung 65).
74
Das Wasser sickert durch den Bodenkörper und wird dadurch gefiltert. Aufgefangen wird es
durch in den Boden gegrabene Rohre inklusive Dränageumhüllungen, wahrscheinlich aus
Steinpackungen. Durch den Bodenkörperfilter wird das Regenwasser gefiltert und qualitativ
verbessert.
Ein großes Problem bei Starkregen in Kombination mit großem Gefälle ist, dass es zu
unkontrolliertem Oberflächenabfluss kommt. Begünstigt wird das Ganze durch die
Bodenbeschaffenheit. Bei den Untersuchungen wurde ein gering mächtiger Oberboden
festgestellt, der den Oberflächenabfluss in den Versickerungsrinnen verstärkt. Ideal wäre es,
bei einem Niederschlag von 600 - 700 mm horizontale Rinnen im Abstand von 10 - 15m mit
einer Höhe von 20 cm über eine Fläche von 4 - 6 Hektar anzulegen98. Dies würde zur
Wasser- und Bodenverbesserung beitragen.
Abbildung 64: Versickerungsrinne am Hang 2 Parcela
98
Vortrag Antenor Florindez
75
Abbildung 65: Speicherbecken aus Beton Parcela
In der Mitte, am westlichen Rand des Untersuchungsgebietes befindet sich ein zweites
Bauwerk aus Beton (siehe Abbildung 66: Zweites Bauwerk aus Beton der Parcela ). Die
Funktionalität dieses Bauwerkes gilt es noch herauszufinden. Es liegt quer am Hang und
besteht aus drei Absetzbecken mit Auslässen. Ein Absetzbecken fasst ungefähr 2 m3. Der
Zufluss besteht aus zwei Rohren. Die Absetzbecken werden tiefer in Fließrichtung und sind
miteinander verbunden. Auch hier sieht man, dass die Anlage nicht mehr genutzt wird. In
den einzelnen Becken erkennt man bereits dicke Ablagerungsschichten, die auf einen
Unterhaltungsmangel hindeuten.
Abbildung 66: Zweites Bauwerk aus Beton der Parcela
76
5.3.2.3 Terrassen
Ähnlich wie die Versickerungsrinnen sind auch die Terrassen zum Hang hin fast waagrecht
geneigt angeordnet (Gefälle 3 - 5%). Allerdings sind sie leicht zum Berg hin geneigt, nicht
nur um dem Wasser möglichst viel Zeit zum Versickern zu geben, sondern auch um das
Wasser in einem gewissen Maße zurückzuhalten. Angelegt wurden drei Terrassen. Die
Terrasse an der Gedenkstätte besteht aus fünf einzelnen Terrassenstufen (siehe Abbildung
67: Terrasse an der Gedenkstätte der Parcela ). Details und Abmessungen sind den Anlagen
12 und 20 zu entnehmen. Zwei weitere Terrassen befinden sich am Haus unterhalb. Die
Terrasse neben dem Haus besteht aus zwei einzelnen Terrassenstufen (siehe Abbildung 69:
Terrasse neben dem Haus der Parcela). Die Terrasse unterhalb des Hauses besteht aus vier
einzelnen Stufen (siehe Abbildung 70: Terrasse unterhalb des Hauses der Parcela ). Details
und Abmessungen dazu in den Anlagen 13 und 14 sowie im Lageplan Terrassen am Haus in
Anlage 19.
Terrasse an der Gedenkstätte
Abbildung 67: Terrasse an der Gedenkstätte der Parcela
Die Terrassenstufen können jeweils einzeln bewässert werden (siehe Abbildung 68:
Wasserhahn einer Terrassenstufe der Parcela). Zum Zeitpunkt unseres Aufenthaltes wurde
nur noch die Terrasse unterhalb des Hauses teilweise bewirtschaftet (Abbildung 70).
77
Abbildung 68: Wasserhahn einer Terrassenstufe der Parcela
Terrasse neben dem Haus
Abbildung 69: Terrasse neben dem Haus der Parcela
78
Terrasse unterhalb des Hauses
Abbildung 70: Terrasse unterhalb des Hauses der Parcela
5.3.3 Bewertung und Optimierung
Die Funktionalität der beschriebenen Bauwerke ist zum Zeitpunkt der Untersuchungen stark
eingeschränkt und teilweise nicht nachvollziehbar. Um die exakte Funktionsweise, z. B. der
Rohrsysteme und Wasserwege zu ermitteln, sind aufwändigere und längerfristige Arbeiten
nötig.
An den Entwässerungshängen wären weitere Messungen von Infiltrationsraten am Hang der
Infiltrationsrinnen und Fließgeschwindigkeitsmessungen am Hang der Ablaufrinne sinnvoll
und gäben Aufschluss über die Effektivität der Systeme. Angesichts der Tatsache, dass das
Ergebnis der Infiltrationsmessungen in der Ablaufrinne und auf den Terrassen identisch war,
ist ein großer Forschungs- und Verbesserungsbedarf in der Ausbildung der Ablaufrinne bzw.
in der Gestaltung der Terrassen abzuleiten. Des Weiteren sollte eine Überprüfung des
Reservoirs hinsichtlich der Standfestigkeit im Hochwasserfall und der Abdichtung im Boden
sowie in den Seitenwänden erfolgen.
Die Bewirtschaftung der Terrassen an der Gedenkstätte und neben dem Wohnhaus scheint
völlig eingestellt zu sein. Hier wäre zu prüfen, ob dies an mangelnder Instandhaltung oder an
schlechten Bewirtschaftungsergebnissen liegt. Eine Bodenprobe und -analyse könnte hier
Aufklärung geben.
79
Die Terrassen direkt unter dem Haus sind teilweise funktionsfähig und werden auch bebaut.
In diesem Fall ist zu prüfen, ob dies lediglich an der Nähe zum Wohnhaus liegt oder andere
geografische oder bewässerungstechnische Vorteile vorliegen.
Generell bietet das Anwesen von Pablo Sánchez Forschungspotenzial und hinterlässt einige
offene aber interessante Fragen. Hinsichtlich der Aufgabenstellung von CASCUS II (siehe
Kapitel 1.1) ist die Parcela Pablo Sánchez eine geeignete und lohnenswerte
Forschungsstätte.
80
6. Übertragbarkeit der Beispiele
Im Folgenden soll überprüft werden, inwieweit die untersuchten Beispiele auf Regionen mit
ähnlichen Randbedingungen übertragen werden können. Hierbei wird zwischen genereller
und spezieller Übertragbarkeit unterschieden.
6.1 Laguna Mataracocha
Die Laguna Mataracoccha ist ein natürlich entstandenes Wassersystem, welches als
Wasserspeicher für die landwirtschaftliche Nutzung ausgebaut wurde. Solch eine Lagune
benötigt ein großes Einzugsgebiet, das ausreichend Wasser zuführt.
Generell ist die Nutzung natürlicher Lagunen sinnvoll und zweckerfüllend. Sie fördern die
Erhöhung des Grundwasserspiegels, da das Wasser auf großer Fläche in das Grundwasser
versickern kann. Im Falle eines Starkregenereignisses kann bei entsprechendem Ausbau
(u. a. einer Hochwasserentlastungsanlage) das Hochwasser sicher abgeführt und die
Unterlieger können mit zusätzlichem Nutzwasser versorgt werden.
Eine künstliche Anlegung ist jedoch ausschließlich nach ausgiebigen Untersuchungen zu
empfehlen, da Aspekte wie Größe und Ergiebigkeit des Einzugsgebietes, regelmäßige
Wartung durch entsprechend ausgebildetes Personal sowie die Kosten zur Einrichtung und
Unterhaltung eines solchen Wasserspeichers berücksichtigt werden müssen. Hierbei ist nicht
nur der Jetzt-Zustand zu beachten, sondern auch eine Prognose für die nächsten Jahrzehnte
mit einzubeziehen.
6.2 Chupicaloma
Die Wasserspeicherbecken in Chupicaloma wurden künstlich angelegt und funktionieren seit
mehreren Jahren. Das ganze wasserbauliche System wird zum einen durch den
Niederschlag und zum anderen durch einen angeschlossenen Kanal gespeist.
Die Einrichtung und Unterhaltung einer solchen Anlage unter den in Kapitel 5.2 gegebenen
Bedingungen ist effektiv und günstig (siehe Kapitel 5.2, Tabelle 4). Ein Vorteil besteht darin,
dass die Bewohner der anliegenden Parzelle das System adäquat unterhalten und nutzen.
Um die Wasserzufuhr vom Kanal zu den Speicherbecken zu regulieren, ist es notwendig,
dass sich der Betreiber dauerhaft im nahen Umkreis der Anlage aufhält.
81
Generell kann der Bau solcher Speicherbecken empfohlen werden. Das Kosten-Nutzen-
Verhältnis ist bei entsprechender Bewirtschaftung sehr gut. Doch muss bei der Planung
berücksichtigt werden, dass ein solches System in dieser Klimazone nicht mit Regenwasser
allein, sondern nur durch die zusätzliche Zuführung von Wasser, z. B. durch einen Kanal,
funktionieren kann. Gleichzeitig bedingt dies die Anwesenheit eines fachkundigen Betreibers
oder eine technische/automatisierte Form der Regelung für die Zuführung, wie zum Beispiel
zeitgesteuerte Klappen an den Zuläufen.
6.3 Parcela Pablo Sanchez
Über die Funktionsfähigkeit der Parcela Pablo Sánchez lässt sich zum Zeitpunkt der
Untersuchungen kaum eine Aussage treffen. Man geht davon aus, dass die drei
zusammenhängenden wasserbaulichen Systeme sehr gut funktioniert haben, als sie noch
instand gehalten wurden. In diesem Fall wurde die gegebene Topografie in Form einer
ausgeprägten Hanglage sehr gut genutzt. Das System aus Ablauf- und Infiltrationsrinnen
füllt zwei Wasserspeicherbecken, die zur landwirtschaftlichen Nutzung der darunter
liegenden Terrassen genutzt werden können.
Dieses System kann bei einer ähnlichen topografischen Ausgangslage zielführend sein.
Jedoch stellen unter anderem Größe und Wartung hohe Herausforderungen an den
Betreiber. Die Reinigung und Instandhaltung der Ablauf- und Infiltrationsrinnen, der
Sedimentfangbecken sowie die Bestellung der Terrassen können zeit- und kostenintensiv
sein. Hierbei kann es von Vorteil sein, solch eine Anlage entweder im Verbund von mehreren
Privatpersonen oder von einer Gemeinde betreiben zu lassen. Die Instandhaltung kann so
geteilt und das Einzugsgebiet und der Ertrag vergrößert werden.
82
7. Fazit
Die drei Untersuchungsgebiete weisen großes Verbesserungspotenzial in vielerlei Hinsicht
auf. Die Möglichkeiten liegen dabei nicht nur in der Ausführung und Unterhaltung der
einzelnen Systeme, sondern auch in der Verwaltung der Anlagen und der Aufklärung der
Anwohner.
Um die Funktionalität und Dauerhaftigkeit solcher Systeme in Zukunft besser prognostizieren
zu können, sind umfangreichere Datenerhebungen, wie Niederschlags- und Abfluss-
messungen oder Infiltrationsversuche notwendig. Mit Hilfe dieser Daten können die Anlagen
genauer bemessen und somit auch wirtschaftlicher gebaut werden. Derartige Aufgaben
könnten mit Hilfe der Studierenden der Universität Cajamarca durchgeführt werden.
Außerdem ist die Ausbildung von qualifiziertem Fachpersonal wichtig für zukünftige
Neubauten dieser Art. Technische Mängel können so stark vermindert, wenn nicht sogar
gänzlich vermieden werden. Dies kann sich positiv auf die späteren Kosten für
Instandhaltung und Reparaturen auswirken.
Besondere Beachtung sollte man der Information der Bürger schenken. Hier können
Informationsveranstaltungen zur Wasserproblematik und Wege, wie man diese eindämmen
kann, hilfreich sein. Es ist wichtig, dass den Bewohnern von Cajamarca bewusst wird, wie
und wo sie zur Verbesserung der angespannten Situation beitragen können. Solch eine
Aufklärung kann jedoch nur mit Hilfe der Regierung und in Kooperation mit den Universitäten
bzw. den Fachleuten, wie Ingenieuren, Geowissenschaftlern etc. vor Ort erfolgen.
Somit wird deutlich, dass die Region Cajamarca einiges an Forschungs- und
Entwicklungsbedarf hinsichtlich der Bewirtschaftung der Ressource Wasser bietet. Dieses
Problem kann jedoch nur interdisziplinär und mit Hilfe aller beteiligten Interessengruppen
angegangen werden.
83
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85
9. Anlagen
Anlage 1: Übersichtskarte Region Cajamarca mit Kennzeichnung der
Untersuchungsbiete
Anlage 2: Lageplan Laguna Mataracocha
Anlage 3: Ansicht östliches Absperrbauwerk Laguna Mataracocha
Anlage 4: Schnitt östliches Absperrbauwerk Laguna Mataracocha
Anlage 5: Draufsicht Grundablass Laguna Mataracocha
Anlage 6: Schnitt 1 Grundablass Laguna Mataracocha
Anlage 7: Schnitt 2 Grundablass Laguna Mataracocha
Anlage 8: Grundriss Haupt- und Nebenreservoir Chupicaloma
Anlage 9: Schnitt Hauptreservoir Chupicaloma
Anlage 10: Schutzmaßnahme gegen Sedimentation
Anlage 11: Überblickskarte Parcela Pablo Sanchez
Anlage 12: Tabelle Terrasse Gedenkstätte, Parcela Pablo Sanchez
Anlage 13: Tabelle Terrasse neben Haus, Parcela Pablo Sanchez
Anlage 14: Tabelle Terrasse unterhalb Haus, Parcela Pablo Sanchez
Anlage 15: Lageplan Entwässerungshänge Parcela Pablo Sanchez
Anlage 16: Lageplan Abflusssammelrinne Parcela Pablo Sanchez
Anlage 17: Gerinnequerschnitt Parcela Pablo Sanchez
Anlage 18: Lageplan Versickerungsrinnen Parcela Pablo Sanchez
Anlage 19: Lageplan Terrassen am Haus Parcela Pablo Sanchez
Anlage 20: Lageplan Terrasse an der Gedenkstätte Parcela Pablo Sanchez
