Water retention area without agricultural land use at the primary sea wall (Research project 'COMTESS')

Water retention polders without agriculture to improve water management (Allemagne)

Ungenutzter Polder zur Verbesserung des Wassermanagements (Nordsee Region)

Description

Water retention polders to reduce flood risk due to heavy rainfall or runoff at high tide in coastal lowlands. The retention polders are used to accumulate organic material for climate change mitigation and enable development of undisturbed natural habitats, rather than for agriculture.

In the 19th and 20th century land was reclaimed from the sea to make use of the exposed fertile soils for agriculture through a process known as ‘impoldering’. The reclaimed land is now characterized by intensive grazing and cropland. This is a region where agriculture is the most important form of land use. However, the land needs to be regularly drained. Given the expected increase in precipitation in winter due to climate change, the corresponding increase in freshwater discharge needs to be managed. Furthermore, the periods when natural discharge into the sea oc-curs are likely to decrease – because of rising sea levels also caused by climate change. Consequently, in winter and spring, greater quantities of freshwater will need to be pumped into the sea rather than discharged naturally at the low or ‘ebb’ tide. Specially embanked water retention polders will be required to temporarily impound water as part of a multifunctional approach to coastal zone management.

Purpose of the Technology: These retention polders could be a cost-effective alternative to expensive invest-ments in extra pumping capacities to prevent submergence of low-lying cultivated areas. The primary aim is to restrict floods to the retention polders when the drain-age network is overburdened and cannot deal with the predicted extra demands in the future. The high evapotranspiration from the open waterbody, and the reeds growing within, will also help with reducing the amount of water. During dry sum-mers, the water in the retention polder could also be put to creative use as a source of irrigation. Another potential advantage is that subsurface saltwater intrusion in the region could be prevented by the freshwater-filled polders. During extreme storm surges and in the rare case of breaches in the sea wall, the retention polders would serve as an extra line of defence by holding seawater.

Establishment / maintenance activities and inputs: An embankment enclosing approx. 3,000 ha will be able to store up to 25,000,000 m³ water. This will improve the drainage of an area of approx. 49,000 ha. The invest-ment for building this water retention area is high – but for the reasons stated it serves a necessary purpose at a cost which is lower than the alternative – increased pumped drainage installations. Maintenance costs will be lower than the drainage alternative as only the integrity of the embankment needs to be monitored regularly. However within the proposed retention polders – the areas enclosed by the em-bankment - no agricultural activity will take place. This will lead to a change from the current intensive grazing for dairy farming and cropland to non-agricultural use. And therefore a development towards swamps, reed stands and open waters will take place. It is expected that a development to undisturbed natural habitats will increase the number of endangered species. There will be an accumulation of or-ganic material (and organic carbon) in the form of peat due to the wet conditions within the retention polders. Carbon will be sequestered by plant growth and thus reduce the amount of CO2 in the atmosphere. The natural regeneration within the embanked areas will be attractive for tourism and recreation, which should provide an opportunity for additional income generation for the local population.

Lieu

Lieu: Landkreis Aurich, Germany, Lower Saxony, Allemagne

Nbr de sites de la Technologie analysés:

Géo-référence des sites sélectionnés
  • 7.07806, 53.44667

Diffusion de la Technologie: répartie uniformément sur une zone (33.7 km²)

Dans des zones protégées en permanence ?:

Date de mise en oeuvre: il y a entre 10-50 ans

Type d'introduction
Detailed view within the water retention area without agricultural land use (Research project 'COMTESS')

Classification de la Technologie

Principal objectif
  • améliorer la production
  • réduire, prévenir, restaurer les terres dégradées
  • préserver l'écosystème
  • protéger un bassin versant/ des zones situées en aval - en combinaison avec d'autres technologies
  • conserver/ améliorer la biodiversité
  • réduire les risques de catastrophes
  • s'adapter au changement et aux extrêmes climatiques et à leurs impacts
  • atténuer le changement climatique et ses impacts
  • créer un impact économique positif
  • créer un impact social positif
L'utilisation des terres
Les divers types d'utilisation des terres au sein du même unité de terrain: Oui - Agropastoralisme (y compris les systèmes culture-élevage intégrés)

  • Terres cultivées
    • Cultures annuelles: céréales - orge, céréales - maïs, wheat
    Nombre de période de croissance par an: : 1
  • Pâturages
    • Affouragement en vert/ zéro-pâturage
    • Prairies améliorées
    Type d'animal: bétail - laitier, bétail - bovins à viande
    Produits et services: viande, lait
Approvisionnement en eau
  • pluvial
  • mixte: pluvial-irrigué
  • pleine irrigation

But relatif à la dégradation des terres
  • prévenir la dégradation des terres
  • réduire la dégradation des terres
  • restaurer/ réhabiliter des terres sévèrement dégradées
  • s'adapter à la dégradation des terres
  • non applicable
Dégradation des terres traité
  • dégradation chimique des sols - Cs: salinisation/ alcalinisation
  • dégradation hydrique - Hs: changement de la quantité d’eau de surface, Hg: changement du niveau des nappes phréatiques (eaux souterraines) et des aquifères, Hq: baisse de la qualité des eaux souterraines
Groupe de GDT
  • gestion des eaux de surface (sources, rivières, lacs, mers)
  • gestion/ protection des zones humides
  • Flood prevention
Mesures de GDT
  • structures physiques - S5: Barrages/retenues, micro-bassins, étangs
  • modes de gestion - M1: Changement du type d’utilisation des terres, M2: Changement du niveau de gestion / d'intensification

Dessin technique

Spécifications techniques
The figure shows the study region, located on the North Sea coast. The whole area is protected by a sea wall (grey). Crop fields (yellow), grasslands (green) and the drainage system (light blue) char-acterize the region. Large water bodies (blue) sur-rounded by reeds (brown) act as water retention polders. Vegetative regeneration, build-up of peat and re-establishment of natural habitats occurs within the retention polders. The land around the retention polders (the higher parts of the land-scape) profits from the retention areas as the risk of flooding is reduced and can be used for cropland and intensive grazing. Depending on the size of the retention area a huge amount of excess water can be contained. Retention areas of 3,000 ha are able to store up to 25,000,000 m³ water. The height of the dams depends on the elevation of the landscape but in general a height of less than 2 m is sufficient.

Location: Krummhörn. County of Aurich, Lower Saxony

Technical knowledge required for field staff / advisors: high (To generate income in the retention area (without existing agricultural methods))

Technical knowledge required for Water board: high (To build a new adapted drainage system with retention areas)

Main technical functions: control of dispersed runoff: retain / trap, control of concentrated runoff: retain / trap

Secondary technical functions: increase in organic matter, increase / maintain water stored in soil, increase of groundwater level / recharge of groundwater

Dam/ pan/ pond
Height of bunds/banks/others (m): 1
Width of bunds/banks/others (m): 2
Length of bunds/banks/others (m): 30000

Construction material (earth): sand core and clay cover

Specification of dams/ pans/ ponds: Capacity 25000000m3

Catchment area: 49000ham2

Beneficial area: 49000ham2

Other specifications: size of retention area (embanked area): 3,000.00 ha

Change of land use type: The former pastures and crop fields will not be used any more. Cessation of land use will take place.

Change of land use practices / intensity level: No more agricultural land use within the retention areas. The wetter conditions will lead to peat accumulation
Author: Udo Schotten

Mise en œuvre et entretien : activités, intrants et coûts

Calcul des intrants et des coûts
  • Les coûts sont calculés :
  • Monnaie utilisée pour le calcul des coûts : Euro
  • Taux de change (en dollars américains - USD) : 1 USD = 0.94 Euro
  • Coût salarial moyen de la main-d'oeuvre par jour : 100.00
Facteurs les plus importants affectant les coûts
The establishment costs are for the whole retention area (3 000 ha). The establishment period will be half a year. Mainly the elevation in the region determines the costs as the height of the dams depend on the elevation. Typical heights are 1 m up to 2 m with a slope of 1:3.
Activités de mise en place/ d'établissement
  1. Building of dams (Calendrier/ fréquence: during winter months)
Intrants et coûts de mise en place
Spécifiez les intrants Unité Quantité Coûts par unité (Euro) Coût total par intrant (Euro) % des coût supporté par les exploitants des terres
Main d'œuvre
Labour Dam 1,0 21000000,0 21000000,0
Equipements
Machine use Dam 1,0 9000000,0 9000000,0
Matériaux de construction
Earth Dam 1,0 750000,0 750000,0
Coût total de mise en place de la Technologie 30'750'000.0
Coût total de mise en place de la Technologie en dollars américains (USD) 32'712'765.96
Activités récurrentes d'entretien
  1. Control of dams (Calendrier/ fréquence: once a year)
  2. Maintenance of dams (Calendrier/ fréquence: once a year)
  3. Maintanance of drainage system (Calendrier/ fréquence: once a year)
Intrants et coûts de l'entretien
Spécifiez les intrants Unité Quantité Coûts par unité (Euro) Coût total par intrant (Euro) % des coût supporté par les exploitants des terres
Main d'œuvre
Labour Dam 1,0 800,0 800,0
Equipements
Machine use Dam 1,0 300,0 300,0
Matériaux de construction
Earth Dam 1,0 100,0 100,0 1,0
Autre
Maintenance per km ditch Dam 1,0 2270,7 2270,7
Coût total d'entretien de la Technologie 3'470.7
Coût total d'entretien de la Technologie en dollars américains (USD) 3'692.23

Environnement naturel

Précipitations annuelles
  • < 250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1000 mm
  • 1001-1500 mm
  • 1501-2000 mm
  • 2001-3000 mm
  • 3001-4000 mm
  • > 4000 mm
Zones agro-climatiques
  • humide
  • subhumide
  • semi-aride
  • aride
Spécifications sur le climat
Thermal climate class: temperate
Pentes moyennes
  • plat (0-2 %)
  • faible (3-5%)
  • modéré (6-10%)
  • onduleux (11-15%)
  • vallonné (16-30%)
  • raide (31-60%)
  • très raide (>60%)
Reliefs
  • plateaux/ plaines
  • crêtes
  • flancs/ pentes de montagne
  • flancs/ pentes de colline
  • piémonts/ glacis (bas de pente)
  • fonds de vallée/bas-fonds
Zones altitudinales
  • 0-100 m
  • 101-500 m
  • 501-1000 m
  • 1001-1500 m
  • 1501-2000 m
  • 2001-2500 m
  • 2501-3000 m
  • 3001-4000 m
  • > 4000 m
La Technologie est appliquée dans
  • situations convexes
  • situations concaves
  • non pertinent
Profondeurs moyennes du sol
  • très superficiel (0-20 cm)
  • superficiel (21-50 cm)
  • modérément profond (51-80 cm)
  • profond (81-120 cm)
  • très profond (>120 cm)
Textures du sol (de la couche arable)
  • grossier/ léger (sablonneux)
  • moyen (limoneux)
  • fin/ lourd (argile)
Textures du sol (> 20 cm sous la surface)
  • grossier/ léger (sablonneux)
  • moyen (limoneux)
  • fin/ lourd (argile)
Matière organique de la couche arable
  • abondant (>3%)
  • moyen (1-3%)
  • faible (<1%)
Profondeur estimée de l’eau dans le sol
  • en surface
  • < 5 m
  • 5-50 m
  • > 50 m
Disponibilité de l’eau de surface
  • excès
  • bonne
  • moyenne
  • faible/ absente
Qualité de l’eau (non traitée)
  • eau potable
  • faiblement potable (traitement nécessaire)
  • uniquement pour usage agricole (irrigation)
  • eau inutilisable
La qualité de l'eau fait référence à:
La salinité de l'eau est-elle un problème ?
  • Oui
  • Non

Présence d'inondations
  • Oui
  • Non
Diversité des espèces
  • élevé
  • moyenne
  • faible
Diversité des habitats
  • élevé
  • moyenne
  • faible

Caractéristiques des exploitants des terres appliquant la Technologie

Orientation du système de production
  • subsistance (auto-approvisionnement)
  • exploitation mixte (de subsistance/ commerciale)
  • commercial/ de marché
Revenus hors exploitation
  • moins de 10% de tous les revenus
  • 10-50% de tous les revenus
  • > 50% de tous les revenus
Niveau relatif de richesse
  • très pauvre
  • pauvre
  • moyen
  • riche
  • très riche
Niveau de mécanisation
  • travail manuel
  • traction animale
  • mécanisé/ motorisé
Sédentaire ou nomade
  • Sédentaire
  • Semi-nomade
  • Nomade
Individus ou groupes
  • individu/ ménage
  • groupe/ communauté
  • coopérative
  • employé (entreprise, gouvernement)
Genre
  • femmes
  • hommes
Âge
  • enfants
  • jeunes
  • personnes d'âge moyen
  • personnes âgées
Superficie utilisée par ménage
  • < 0,5 ha
  • 0,5-1 ha
  • 1-2 ha
  • 2-5 ha
  • 5-15 ha
  • 15-50 ha
  • 50-100 ha
  • 100-500 ha
  • 500-1 000 ha
  • 1 000-10 000 ha
  • > 10 000 ha
Échelle
  • petite dimension
  • moyenne dimension
  • grande dimension
Propriété foncière
  • état
  • entreprise
  • communauté/ village
  • groupe
  • individu, sans titre de propriété
  • individu, avec titre de propriété
Droits d’utilisation des terres
  • accès libre (non organisé)
  • communautaire (organisé)
  • loué
  • individuel
Droits d’utilisation de l’eau
  • accès libre (non organisé)
  • communautaire (organisé)
  • loué
  • individuel
Accès aux services et aux infrastructures
santé

pauvre
x
bonne
éducation

pauvre
x
bonne
assistance technique

pauvre
x
bonne
emploi (par ex. hors exploitation)

pauvre
x
bonne
marchés

pauvre
x
bonne
énergie

pauvre
x
bonne
routes et transports

pauvre
x
bonne
eau potable et assainissement

pauvre
x
bonne
services financiers

pauvre
x
bonne

Impact

Impacts socio-économiques
Production agricole
en baisse
x
en augmentation


No agricultural land use in the retention area any more.

production fourragère
en baisse
x
en augmentation


No agricultural land use in the retention area any more.

revenus agricoles
en baisse
x
en augmentation

Intrusion by saline groundwater
decreased
x
increased

Impacts socioculturels
possibilités de loisirs
réduit
x
amélioré


Diversification of landscape by building the retention area will increase the attractivity for recreation and tourists.

connaissances sur la GDT/ dégradation des terres
réduit
x
amélioré


No agricultural land use under wet conditions results in more diversity and conservation of regional species and habitats.

Impacts écologiques
qualité de l'eau
en baisse
x
en augmentation


Updwelling of saline groundwater is prevented by increased water level in the retention area.

nappes phréatiques/ aquifères
en baisse
x
rechargé


By water in the retention are the recharge of groundwater will increase and prevents salinization.

évaporation
en augmentation
x
en baisse


Instead of pumping water into the sea a higher amount is evapotranspirated naturally.

humidité du sol
en baisse
x
en augmentation


Typical for the region are wet situations. These typical wet conditions are restored by cessation of drainage system within the retention area.

salinité
en augmentation
x
en baisse


By water in the retention are the recharge of groundwater will increase and prevent salinization.

matière organique du sol/ au dessous du sol C
en baisse
x
en augmentation


By wetter conditions and due to cessation of land use, the soil organic matter will be increased and peat layers will established..

biomasse/ au dessus du sol C
en baisse
x
en augmentation

diversité végétale
en baisse
x
en augmentation


By wet conditions without land use the number of typical local species will be increased.

diversité animale
en baisse
x
en augmentation


By wet conditions without land use the number of typical local species will be increased.

espèces bénéfiques (prédateurs, pollinisateurs, vers de terre)
en baisse
x
en augmentation

diversité des habitats
en baisse
x
en augmentation


By wet conditions without land use the number of typical local habitats will be increased.

émissions de carbone et de gaz à effet de serre
en augmentation
x
en baisse


Modelled is the global warming potential by gas emissions. Not yet clear if it is benefit or disadvantage. Model will show.

Impacts hors site
disponibilité de l’eau (nappes phréatiques, sources)
en baisse
x
en augmentation

flux des cours d'eau fiables et stables en saison sèche (incl. faibles débits)
réduit
x
en augmentation


Water stored in retention area can be used for irrigation during dry summer months.

inondations en aval (indésirables)
en augmentation
x
réduit


Measured m3 of excess water in the catchment area, leading to floods or needs to be pumped. Exact values from modelling will be added as soon as possible!

dommages sur les champs voisins
en augmentation
x
réduit

dommages sur les infrastructures publiques/ privées
en augmentation
x
réduit

Production area
None
x
None

Quantité avant la GDT: 49.000
Quantité après la GDT: 48.400
For the whole catchment area a loss of approx. 600 ha (size of retention area).

Analyse coûts-bénéfices

Bénéfices par rapport aux coûts de mise en place
Rentabilité à court terme
très négative
x
très positive

Rentabilité à long terme
très négative
x
très positive

Bénéfices par rapport aux coûts d'entretien
Rentabilité à court terme
très négative
x
très positive

Rentabilité à long terme
très négative
x
très positive

The benefits will be visible in the longer time frame. There will be benefits of the investments when considering sea level rise in the upcoming 100 years.

Changement climatique

Changements climatiques progressifs
températures annuelles augmente

pas bien du tout
x
très bien
Extrêmes climatiques (catastrophes)
pluie torrentielle locale

pas bien du tout
x
très bien
tempête de vent locale

pas bien du tout
x
très bien
sécheresse

pas bien du tout
x
très bien
inondation générale (rivière)

pas bien du tout
x
très bien
Autres conséquences liées au climat
réduction de la période de croissance

pas bien du tout
très bien
Réponse : pas connu

Adoption et adaptation de la Technologie

Pourcentage d'exploitants des terres ayant adopté la Technologie dans la région
  • cas isolés/ expérimentaux
  • 1-10%
  • 11-50%
  • > 50%
Parmi tous ceux qui ont adopté la Technologie, combien d'entre eux l'ont fait spontanément, à savoir sans recevoir aucune incitation matérielle ou aucun paiement ?
  • 0-10%
  • 11-50%
  • 51-90%
  • 91-100%
La Technologie a-t-elle été récemment modifiée pour s'adapter à l'évolution des conditions ?
  • Oui
  • Non
A quel changement ?
  • changements/ extrêmes climatiques
  • évolution des marchés
  • la disponibilité de la main-d'œuvre (par ex., en raison de migrations)

Conclusions et enseignements tirés

Points forts: point de vue de l'exploitant des terres
  • Protection of vulnerable landscape by building the retention area in the low elevated parts of the landscape that are up to date already difficult to drain. The retention area will support the drainage of the arable fields and pastures outside the retention area.

    How can they be sustained / enhanced? Combine with other technical solutions for protection against flooding (including strengthening of the ditch system and in-creasing pumping capacity).
Points forts: point de vue du compilateur ou d'une autre personne-ressource clé
  • Prevention of flooding during strong rainfalls and possibility to irrigate during dry periods

    How can they be sustained / enhanced? The larger the retention areas are the more water can be stored.
  • Prevention of salt water intrusion in the region. Fresh water in the retention areas prevent saline ground water from up dwelling

    How can they be sustained / enhanced? Build polders where saline ground water dwells up.
  • Endangered species might obtain new habitats in the retention area

    How can they be sustained / enhanced? Cessation of agricultural land use can help to improve the habitats for endangered species and increase attractiveness for tourism.
  • Through investments in building retention areas the very expensive strengthening of existing drainage structures is not necessary anymore

    How can they be sustained / enhanced? Alternative benefits for land owner can be generated e.g. increas-ing the attractiveness for tourism.
Faiblesses/ inconvénients/ risques: point de vue de l'exploitant des terrescomment surmonter
  • Retention area in a region of high relevance for tourism. The retention area will change the landscape and this may reduce the value of the region for tourism Include interests from tourism in the retention area (access, information, attractivity).
  • Endangered species might lose habitats when establishing the retention polders Do not build a retention area where endangered species live.
  • Loss of livelihoods Retention areas should be planned for parts of the landscape without settlements.
Faiblesses/ inconvénients/ risques: point de vue du compilateur ou d'une autre personne-ressource clécomment surmonter
  • Loss of land for agricultural production Build up retention area in low elevated parts, where the productivity is already poor.
  • For peat formation wet conditions are necessary, but under wet conditions highest methane emissions were measured. The emissions due to methane are therefore higher than the potential storage effects due to carbon sequestration. Ground water levels should kept stable near to the soil surface.

Références

Compilateur
  • Martin Maier
Editors
Examinateur
  • Fabian Ottiger
  • David Streiff
  • Alexandra Gavilano
Date de mise en oeuvre: 9 juin 2015
Dernière mise à jour: 1 avril 2019
Personnes-ressources
Description complète dans la base de données WOCAT
Données de GDT correspondantes
La documentation a été facilitée par
Institution Projet
Références clés
  • http://www.comtess.uni-oldenburg.de/:
Liens vers des informations pertinentes disponibles en ligne
  • http://www.comtess.uni-oldenburg.de/: None
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