Water retention area with land use adapted to the ground water levels and flooding frequencies, at the primary sea wall (Research project 'COMTESS')

Water retention polders with adapted land use (North Sea region) (Alemanha)

Polder mit angepasster Nutzung zur Verbesserung des Wassermanagement (Nordsee Region)

Descrição

Water retaining polders to reduce flood risk from heavy rainfall or runoff at high tide in coastal lowlands. Alternative production systems will be viable within thesepolders.

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 of 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. Agricultural land use within the polders is adapted to higher water levels and occa-sional flooding.

Natural / human environment: However within the proposed retention polders – the areas enclosed by the em-bankment - a change from the current intensive grazing for dairy farming and cropland to extensive grazing, open waters and wetlands covered with reeds will take place. The reeds can be harvested for their commercial value as biomass for renewable energy generation, or for other applications (e.g. thatching of roofs or industrial raw material). According to recent investigations, natural reeds growing in brackish water produce as much biomass as maize cultivated for biogas use. In con-trast to maize, no investments in tillage, fertilizer or biocides are necessary for these naturally growing reed stands. Thus the proposed land use provides an economic alternative to the current production system.

Localização

Localização: Landkreis Aurich, Germany, Lower Saxony, Alemanha

Nº de sites de tecnologia analisados:

Geo-referência de locais selecionados
  • 7.07806, 53.44667

Difusão da tecnologia:

Em uma área permanentemente protegida?:

Data da implementação: 10-50 anos atrás

Tipo de introdução
Detailed view within the water retention area with land use adapted to the ground water levels and flooding frequencies (Research project 'COMTESS')

Classificação da Tecnologia

Objetivo principal
  • Melhora a produção
  • Reduz, previne, recupera a degradação do solo
  • Preserva ecossistema
  • Protege uma bacia/zonas a jusante – em combinação com outra tecnologia
  • Preservar/melhorar a biodiversidade
  • Reduzir riscos de desastre
  • Adaptar a mudanças climáticas/extremos e seus impactos
  • Atenuar a mudanças climáticas e seus impactos
  • Criar impacto econômico benéfico
  • Cria impacto social benéfico
Uso da terra
Uso do solo misturado dentro da mesma unidade de terra: Sim - Agropecuária (incl. agricultura e pecuária)

  • Terra de cultivo
    • Cultura anual: cereais - cevada, cereais - milho, wheat
    Número de estações de cultivo por ano: 1
  • Pastagem
    • Semiestabulação/sem pastagem
    • Pastos melhorados
    Tipo de animal: gado - lácteo, gado - carne bovina não-láctea
    Produtos e serviços: carne, leite
Abastecimento de água
  • Precipitação natural
  • Misto de precipitação natural-irrigado
  • Irrigação completa

Objetivo relacionado à degradação da terra
  • Prevenir degradação do solo
  • Reduzir a degradação do solo
  • Recuperar/reabilitar solo severamente degradado
  • Adaptar à degradação do solo
  • Não aplicável
Degradação abordada
  • Deteriorização química do solo - Cs: salinização/alcalinização
  • Degradação da água - Hs: mudança na quantidade de água de superfície, Hg: mudança no lençol freático/aquífero, Hq: declínio da qualidade do lençol freático
Grupo de GST
  • Desvio e drenagem de água
  • Gestão de água de superfície (nascente, rio, lagos, mar)
Medidas de GST
  • Medidas estruturais - S5: Represa, bacia, lago
  • Medidas de gestão - M1: Mudança no tipo de uso da terra, M2: Mudança de gestão/nível de intensidade

Desenho técnico

Especificações técnicas
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. Extensive grazing and reed farming re-places current production systems within the reten-tion polders. The land around the retention area (higher parts of the landscape) profits from the retention areas as the risk of flooding is reduced and can be used for cropland and intensive graz-ing. Depending on the size of the retention polder 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 de-pends 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 / maintain water stored in soil, increase of groundwater level / recharge of groundwater, increase of biomass (quantity)

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: Within the retention area the conditions are wetter than before. Therefore the agricultural land use needs to be adapted to hydrological conditions.

Change of land use practices / intensity level: Under the wetter conditions only a less intensitive land use is possible, e.g. no crop fields but instead extensive grazing
Author: Udo Schotten

Estabelecimento e manutenção: atividades, insumos e custos

Cálculo de insumos e custos
  • Os custos são calculados:
  • Moeda utilizada para o cálculo de custos: Euro
  • Taxa de câmbio (para USD): 1 USD = 0.94 Euro
  • Custo salarial médio da mão-de-obra contratada por dia: 100.00
Fatores mais importantes que afetam os custos
n.a.
Atividades de implantação
  1. Building of dams (Periodicidade/frequência: during winter months)
Estabelecer insumos e custos
Especifique a entrada Unidade Quantidade Custos por unidade (Euro) Custos totais por entrada (Euro) % dos custos arcados pelos usuários da terra
Mão-de-obra
Labour 1,0 21000000,0 21000000,0
Equipamento
Machine use 1,0 9000000,0 9000000,0
Material de construção
750000,0
Custos totais para a implantação da tecnologia 30'000'000.0
Custos totais para o estabelecimento da Tecnologia em USD 31'914'893.62
Atividades de manutenção
  1. Control of dams (Periodicidade/frequência: once a year)
  2. Maintenance of dams (Periodicidade/frequência: once a year)
  3. Maintenance of drainage system (Periodicidade/frequência: once a year)
Insumos e custos de manutenção
Especifique a entrada Unidade Quantidade Custos por unidade (Euro) Custos totais por entrada (Euro) % dos custos arcados pelos usuários da terra
Mão-de-obra
Labour 800,0
Equipamento
Machine use 300,0
Material de construção
Earth 100,0

Ambiente natural

Média pluviométrica anual
  • <250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1.000 mm
  • 1.001-1.500 mm
  • 1.501-2.000 mm
  • 2.001-3.000 mm
  • 3.001-4.000 mm
  • > 4.000 mm
Zona agroclimática
  • úmido
  • Subúmido
  • Semiárido
  • Árido
Especificações sobre o clima
Thermal climate class: temperate
Inclinação
  • Plano (0-2%)
  • Suave ondulado (3-5%)
  • Ondulado (6-10%)
  • Moderadamente ondulado (11-15%)
  • Forte ondulado (16-30%)
  • Montanhoso (31-60%)
  • Escarpado (>60%)
Formas de relevo
  • Planalto/planície
  • Cumes
  • Encosta de serra
  • Encosta de morro
  • Sopés
  • Fundos de vale
Altitude
  • 0-100 m s.n.m.
  • 101-500 m s.n.m.
  • 501-1.000 m s.n.m.
  • 1.001-1.500 m s.n.m.
  • 1.501-2.000 m s.n.m.
  • 2.001-2.500 m s.n.m.
  • 2.501-3.000 m s.n.m.
  • 3.001-4.000 m s.n.m.
  • > 4.000 m s.n.m.
A tecnologia é aplicada em
  • Posições convexas
  • Posições côncavas
  • Não relevante
Profundidade do solo
  • Muito raso (0-20 cm)
  • Raso (21-50 cm)
  • Moderadamente profundo (51-80 cm)
  • Profundo (81-120 cm)
  • Muito profundo (>120 cm)
Textura do solo (superficial)
  • Grosso/fino (arenoso)
  • Médio (limoso, siltoso)
  • Fino/pesado (argila)
Textura do solo (>20 cm abaixo da superfície)
  • Grosso/fino (arenoso)
  • Médio (limoso, siltoso)
  • Fino/pesado (argila)
Teor de matéria orgânica do solo superior
  • Alto (>3%)
  • Médio (1-3%)
  • Baixo (<1%)
Lençol freático
  • Na superfície
  • < 5 m
  • 5-50 m
  • > 50 m
Disponibilidade de água de superfície
  • Excesso
  • Bom
  • Médio
  • Precário/nenhum
Qualidade da água (não tratada)
  • Água potável boa
  • Água potável precária (tratamento necessário)
  • apenas para uso agrícola (irrigação)
  • Inutilizável
A qualidade da água refere-se a:
A salinidade é um problema?
  • Sim
  • Não

Ocorrência de enchentes
  • Sim
  • Não
Diversidade de espécies
  • Alto
  • Médio
  • Baixo
Diversidade de habitat
  • Alto
  • Médio
  • Baixo

Características dos usuários da terra que utilizam a tecnologia

Orientação de mercado
  • Subsistência (autoabastecimento)
  • misto (subsistência/comercial)
  • Comercial/mercado
Rendimento não agrícola
  • Menos de 10% de toda renda
  • 10-50% de toda renda
  • >50% de toda renda
Nível relativo de riqueza
  • Muito pobre
  • Pobre
  • Média
  • Rico
  • Muito rico
Nível de mecanização
  • Trabalho manual
  • Tração animal
  • Mecanizado/motorizado
Sedentário ou nômade
  • Sedentário
  • Semi-nômade
  • Nômade
Indivíduos ou grupos
  • Indivíduo/unidade familiar
  • Grupos/comunidade
  • Cooperativa
  • Empregado (empresa, governo)
Gênero
  • Mulheres
  • Homens
Idade
  • Crianças
  • Jovens
  • meia-idade
  • idosos
Área utilizada por residência
  • < 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
Escala
  • Pequena escala
  • Média escala
  • Grande escala
Propriedade da terra
  • Estado
  • Empresa
  • Comunitário/rural
  • Grupo
  • Indivíduo, não intitulado
  • Indivíduo, intitulado
Direitos do uso da terra
  • Acesso livre (não organizado)
  • Comunitário (organizado)
  • Arrendado
  • Indivíduo
Direitos do uso da água
  • Acesso livre (não organizado)
  • Comunitário (organizado)
  • Arrendado
  • Indivíduo
Acesso a serviços e infraestrutura
Saúde

Pobre
x
Bom
Educação

Pobre
x
Bom
Assistência técnica

Pobre
x
Bom
Emprego (p. ex. não agrícola)

Pobre
x
Bom
Mercados

Pobre
x
Bom
Energia

Pobre
x
Bom
Vias e transporte

Pobre
x
Bom
Água potável e saneamento

Pobre
x
Bom
Serviços financeiros

Pobre
x
Bom

Impactos

Impactos socioeconômicos
Produção agrícola
diminuído
x
aumentado


Under wet conditions in the retention area a crop production is not possible any more.

Produção de forragens
diminuído
x
aumentado


Under wet conditions in the retention area an intensive fodder production is not possible any more.

Qualidade da forragem
diminuído
x
aumentado


Under wet conditions in the retention area the optiomal fodder quality can not ensured any more.

Área de produção (nova terra sob cultivo/uso)
diminuído
x
aumentado

Quantidade anterior à GST: 49000 ha
Quantidade posterior à GST: 46000 ha
For the whole catchment area a loss of approx. 3,000 ha (size of retention area).

Disponibilidade de água para criação de animais
diminuído
x
aumentado


Due to reduction of saline influx

Despesas com insumos agrícolas
aumentado
x
diminuído


Only adjusted land use takes place within retention area, therefore the expenses are reduced.

Rendimento agrícola
diminuído
x
aumentado

Diversidade de fontes de rendimento
diminuído
x
aumentado


Due to land use adapted to the conditions the typical land use is not possible and a diversitfication will take place with reed mowing and extensive grazing in the retention area.

Intrusion by saline groundwater
decreased
x
increased

Impactos socioculturais
Oportunidades de lazer
Reduzido
x
Melhorado


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

Conhecimento de GST/ degradação da terra
Reduzido
x
Melhorado


Less intensive land use results in more diversity and conservation of regional species and habitats.

Atenuação de conflitos
Agravado
x
Melhorado

Impactos ecológicos
Quantidade de água
diminuído
x
aumentado


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

Qualidade de água
diminuído
x
aumentado


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

Lençol freático/aquífero
reduzido
x
Recarga


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

Evaporação
aumentado
x
diminuído


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

Umidade do solo
diminuído
x
aumentado


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

Salinidade
aumentado
x
diminuído


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

Matéria orgânica do solo/carbono abaixo do solo
diminuído
x
aumentado


By wetter conditions the soil organic matter will be increased.

Biomassa/carbono acima do solo
diminuído
x
aumentado


Growth of reeds

Diversidade vegetal
diminuído
x
aumentado


By diversification of land use the number of species will be increased, especially due to extensive land use.

Diversidade animal
diminuído
x
aumentado


By diversification of land use the number of species will be increased, especially due to extensive land use.

Espécies benéficas (predadores, minhocas, polinizadores)
diminuído
x
aumentado

Diversidade de habitat
diminuído
x
aumentado


By diversification of land use the number of habitats will be increased.

Controle de praga/doença
diminuído
x
aumentado

Emissão de carbono e gases de efeito estufa
aumentado
x
diminuído


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

Impactos fora do local
disponibilidade de água (lençóis freáticos, nascentes)
diminuído
x
aumentado


Water from retention area.

Caudal confiável e estável em período seco (inclusive baixo caudal)
Reduzido
x
aumentado


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

Cheias de jusante (indesejada)
aumentado
x
Reduzido


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!

Danos em áreas vizinhas
aumentado
x
Reduzido


Retention area to tackle impact of climate change.

Danos na infraestrutura pública/privada
aumentado
x
Reduzido


Retention area to tackle impact of climate change.

Análise do custo-benefício

Benefícios em relação aos custos de estabelecimento
Retornos a curto prazo
muito negativo
x
muito positivo

Retornos a longo prazo
muito negativo
x
muito positivo

Benefícios em relação aos custos de manutenção
Retornos a curto prazo
muito negativo
x
muito positivo

Retornos a longo prazo
muito negativo
x
muito positivo

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.

Mudança climática

Mudança climática gradual
Temperatura anual aumento

não bem em absoluto
x
muito bem
Extremos (desastres) relacionados ao clima
Temporal local

não bem em absoluto
x
muito bem
Tempestade de vento local

não bem em absoluto
x
muito bem
Seca

não bem em absoluto
x
muito bem
Inundação geral (rio)

não bem em absoluto
x
muito bem
Outras consequências relacionadas ao clima
Período de crescimento reduzido

não bem em absoluto
muito bem
Resposta: não conhecido

Adoção e adaptação

Porcentagem de usuários de terras na área que adotaram a Tecnologia
  • casos isolados/experimental
  • 1-10%
  • 11-50%
  • > 50%
De todos aqueles que adotaram a Tecnologia, quantos o fizeram sem receber incentivos materiais?
  • 0-10%
  • 11-50%
  • 51-90%
  • 91-100%
A tecnologia foi recentemente modificada para adaptar-se as condições variáveis?
  • Sim
  • Não
A quais condições de mudança?
  • Mudança climática/extremo
  • Mercados dinâmicos
  • Disponibilidade de mão-de-obra (p. ex. devido à migração)

Conclusões e experiências adquiridas

Pontos fortes: visão do usuário de terra
  • 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).
Pontos fortes: a visão do/a compilador/a ou de outra pessoa capacitada
  • 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

    How can they be sustained / enhanced? Fresh water in the retention polders prevents saline ground water from intrusion. Build polders in areas where saline ground water intrudes.
  • Endangered species might obtain new habitats in the retention area

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

    How can they be sustained / enhanced? By increasing the attractivity for touristic use in the retention area benefits for land owner can be generated and the probability to build up retention areas instead of strengthening the existing drainage system is increased.
Pontos fracos/desvantagens/riscos: visão do usuário de terracomo superar
  • Retention polders in an important tourism region will change the landscape and this may reduce the value of the region for tourism. Include tourism concerns in the retention area (access, infor-mation, attractiveness).
  • Loss of land for agricultural production (highly productive arable land) Establish retention area in low elevated parts, where there is not a high interest for agricultural production.
  • Endangered species might lose habitats when building up the retention area 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.
Pontos fracos/desvantagens/riscos: a visão do/a compilador/a ou de outra pessoa capacitadacomo superar
  • High water levels (especially with changing water levels) may generate high emission of greenhouse gas Ground water levels should kept stable near to the soil surface.

Referências

Compilador/a
  • Martin Maier
Editores
Revisor
  • Fabian Ottiger
  • David Streiff
  • Alexandra Gavilano
Data da documentação: 6 de Março de 2015
Última atualização: 1 de Abril de 2019
Pessoas capacitadas
Descrição completa no banco de dados do WOCAT
Dados GST vinculados
A documentação foi facilitada por
Instituição Projeto
Referências-chave
  • http://www.comtess.uni-oldenburg.de/:
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