Letsmap do Brasil a web based planningLetsmap do Brasil ‐ a web‐based planning support tool for sediment management in a 

l i b i i C lmeso‐scale river basin in Western Central Brazil

C. Lorz, F. Bakker, Neumann, C., H. L. Roig, & F. Makeschin

carsten lorz@tu‐dresden decarsten.lorz@tu‐dresden.de

RegioResources 2011 A cross-disciplinary dialogue on sustainable development of regional resourcesDresden May 17-20, 2011

Brasilien

Lage des UntersuchungsgebietesLage des UntersuchungsgebietesDistrito Federal Brasília • Inhabitants: 2.5 Million

• Area: 5789 km2

• Population density: ~400/km2

BrasilienBrasilien

agricultureurban area

campocerrado

water          natural forest

afforestationno vegetation

BrasilienBrasilien

Aims

General: Securing water supply for the region (Brasília DF)⇒ silting of reservoirs

Specific:• sediment sources and pathways

• minimize sediment input into reservoirs

o reduce sediment generation

o increase sediment retention⇒ Land use

BrasilienBrasilien

Sediment Cascade

upperslope

urban areas

gullyEros

ion

ener

atio

n

gullyerosion G

e

lower slope

ll i l osio

n/m

enta

tion

eten

tion

erat

ion

m e

alluvial system

ll i l

Ero

Sedi

m Re

Gen

e n

c e

t i

m

alluvial system

enta

tion

ntio

nR e

s i

d e

lake

Sedi

me

Ret

en

BrasilienBrasilien

Land use planning tool forLand‐use‐planning tool for minimizing sediment input intominimizing sediment input into 

river network 

BrasilienBrasilien

Planning tool Letsmap do Brasil

Web based, cellular automaton for mesoscale⇒modification of PYLWeb based, cellular automaton for mesoscale⇒modification of PYL

Land use classes (changeable by user)

Specific values (0 100) for landscape functionsSpecific values (0‐100) for landscape functions

o Sediment retention     ⇒ C factor (USLE)o Runoff control ⇒ CN value (SCS)o Nitrogen availability    ⇒ amount of applied N fertilizer (FAO)o Agronomic value          ⇒ statistics, agricultural goods (IGBE)

www letsmap de

Landscape properties

o Sediment input

www.letsmap.de

o Sediment inputo Water retentiono Nitrogen retentiono Soil productivityo Soil productivity

Sediment retention) d f Sediment retentiona)  grid map of land use b) diagram of 

standardized LPF

Nitrogenretention

Agronomicvalue

Water retention

c)  LegendeAfforestation

Bare soils Build up areas

CampoCampoCerrado

Degraded CerradoArable land

Irrigated landNatural forest

P t & dPasture & meadows

d) Trends after land use change

BrasilienBrasilien

Landnutzung spezifischSedimenteintrag [C‐Faktor der USLE]

C-Faktor Standardisiert [0 bis 100]

Agrarischer Wert [€/ha] nach IBGE7

Standardisiert [0 bis 100]

Wasserrückhalt [CN-Wert nach US SCS-Verfahren]8

Standardisiert [0 bis 100]

Gewässer-qualität [N

kg/ha]

Standardisiert [0 bis 100]

Acker, nicht spezifiziert

Acker, Sojabohnen, konventionell 0,20‐0,501 0,35 35 503,96 7 72 69 7 6

Acker, Sojabohnen, till 0,172 2 0,172 17 503,96 7 64 54 0 0

Sediment retention [C factor]no-tillage 0,172  , ,

Acker, Mais, konventionell

0,1720;2 0,40‐0,90;3 

0,02‐0,90;1 >0,40 40,65 65 710,65 10 72 69 40 35

Acker, Mais, no-tillage 0,08‐0104 0,09 9 710,65 10 64 54 0 0

Acker Bohnen 0 30 0 401 0 35 35 978 78 14 72 69 11 10

Soy bean tillage 0.35 Soy bean no-tillage 0.17

Acker, Bohnen 0,30‐0,40 0,35 35 978,78 14 72 69 11 10

Acker, Hirse 0,40‐0,90;3 0,02‐0,91 0,65 65 205,62 3 64 54 9 8

Acker, Weizen 0,10‐0,40 1 0,25 25 1.010,36 15 64 54 9 8

Acker,Baumwolle0,50‐0,70;3 0,40‐

0,7010,55 55 810,94 12 70 65 90 78

Acker, Kaffee0,10‐0,30; 3 0,05; 1 

0,219 20,219 22 1.226,75 18 66 57 115 100

Agronomic value [€ ha-1]Soy bean 704 Fruits 6 281

Obst

Ananas, Avocado, Banane, Feige,

Guave, Mandarine, Mango, Maracuja, Orange, Papaya, Wassermelone,

Weintraube, Zitrone

Papaya: 0,21;1 

Orangenplantagen: 

0,219020,219 22 6.281,75 92 57 41 55 48

AnnattostrauchSüßkartoffel: 0,40‐

0 50;1 0 2‐0 8;3 

Fruits 6.281

Runoff control [CN]Gemüse

Annattostrauch, Kartoffel, Knoblauch,

Maniok, Reis, Süßkartoffel, Tomate, Zuckerrohr, Zwiebel

0,50; 0,2‐0,8;

Maniok: 0,20‐0,80;3 

Zuckerrohr: 0,1743;2 

0,13‐0,40;1 

Kartoffel: 0,1‐0,51

0,5 50 6.847,91 100 70 65 57 50

Tierproduktion 0,1242 1 0,1242 12 59 44 0 0

Wiesen und Weiden 0,02‐0,055 0,035 4 0 0 49 26 0 0

Soy bean tillage 72 Soy bean no-tillage 64

Grassteppe „Campo“ 0,01 1,3 0,01 1 0 0 89 100 0 0

Steppe „Cerrado“ 0,01 1,3 0,01 1 0 0 35 0 0 0Aufforstung 0,047 2 0,047 5 0 0 43 15 0 0Buschland 0,001 1 0,001 0 0 0 35 0 0 0

Naturnahe Wälder 0,001 1,3 0,001 0 0 0 55 37 0 0Verbrannte Fläche 0,160 6 0,16 16 0 0 74 72 0 0

vegetationslos 1 1,2,3 1 100 0 0 77 78 0 0

N fertilizing [kg ha-1]Soy bean tillage 7

ll 4 Siedlungsflächen 0,1242 1 0,1242 12 0 0 77 78 0 0Wasserflächen 0,14 1 0,14 14 0 0 -- -- 0 0

Corn tillage 40

Goldbach 2010

BrasilienBrasilien

CE CE CE CE

Land Use Classes

1 1 2 2

Natural Properties

relieftexture

U AL CE AL

AL AL

CE F

CE AL

F AL

2 1 2 2

4 3 1 3

texturedistance to water...

CE F F AL

U = settlement, CE = Cerrado, AL = arable land, F = forest

Table of values

3 4 3 1

+/- Erosion+/- Water qualityNitrogen retention Sediment ret.

Erosion Water Q. Water Ret. Econ.U 0 0 0 -CE 100 100 100 0AL 50 20 20 70F 100 100 100 20

U CE AL F1 -10 +20 -20 +202 -10 +20 -10 +203 -20 +20 -20 +204 -10 +20 -10 +20

U CE AL F 1 -20 +10 -20 +102 -20 +20 -10 +203 -20 +20 -20 +204 -10 +20 -10 +20

Sed. ret. N avail. Run cont. Agro. val.

F 100 100 100 20

Example combined values for Erosion

4 -10 +20 -10 +204 10 +20 10 +20

U CE AL F1 +20 0 +20 0

+/- economy

U CE AL F 1 -20 +20 -20 +20

+/- Water retention Agronomic valueRunoff control

120 120

-10 30

120 120

120 40

40 30 120 30

2 +20 0 +20 03 +20 0 +20 04 +20 0 +20 0

2 -20 +20 -10 +203 -20 +20 -20 +204 -20 +20 -10 +20

40 30

120 120

120 30

120 30

Sediment retentionSediment retention

Agronomicvalue

Nitrogenretention

Water retentionWater retention

AfforestationArable land, corn

Bare soils Build up areasBuild up areas

CampoCerrado

Irrigated landNatural forest

Pasture & meadows

Sediment retention

Agronomicvalue

Nitrogenretention

Water retention

Sediment retentionSediment retention

Agronomicvalue

Nitrogenretention

Water retentionWater retention

AfforestationBare soils 

Build up areasCampoCerrado

Natural forest

BrasilienBrasilien

Scheme for the generation of likeliness ofsediment input into river networks

runoff

S - factorL factorDEM L - factor

soil erodibilityLikeliness

of sediment input

soil map K - factornput

distance towater body

after Halbfaß & Grunewald, 2008

BrasilienBrasilien

LPP likeliness of sediment input into river network for the river basin Pipiripau

BrasilienBrasilien

Conclusions• Letsmap do Brasil is an integrating land use planning supportLetsmap do Brasil is an integrating land use planning support 

tool, focusing on minimizing sediment input in river networks

• Other landscape functions are integrated, e.g. N retention, p g , g ,agronomic value (more are possible)

• Letsmap do Brasil is

o open to modification

o transparent & easy to handlep y

o participation is easy

• Letsmap do Brasil is an integrating approach that might help to p g g pp g pbridge the gap between “real” models and landscape planning  

Th k !Thanks!

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