In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass es möglich ist mittels öffentlich zugänglicher Daten der Landesämter Paläooberflächen im Zentrum einer Großstadt zu modellieren. Auf der Suche nach dem anthropogen unbeeinflussten Georelief des heutigen Stadtgebietes Leipzigs ist nicht nur die Rekonstruktion ursprünglicher, natürlicher Gegeben-heiten das Ziel, sondern auch die Auseinandersetzung damit, wie der Mensch seine Umwelt in diesem Gebiet bis heute formte und strukturierte. Die Thematik vereint verschiedene geographische Disziplinen, wie z. B. Geomorphologie, Geoarchäologie und Geoinformatik, indem das verbindende Element der Untersuchungsraum in der Innenstadt von Leipzig ist. Zur Rekonstruktion der Erdoberfläche als Digitales Geländemodell (DGM) vor etwa 1.000 Jahren (DGM 1015) und 11.000 Jahren (DGM BASIS) sind hauptsächlich Daten des Sächsischen Landesamtes für Archäologie und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie ausgewertet worden. Um die heterogenen Ausgangsdaten mit Hilfe von Leitprofilen verarbeiten zu können, erfolgt vorab das Aufstellen von Arbeitshypothesen. Alle Daten sind so aufbereitet, dass sie in einer Gesamtdatenbank zusammengefasst dargestellt und in einem Geographischen Informationssystem (GIS) auswertbar sind. Ausgehend von der Gesamtdatenbank fand auf Grundlage der Arbeitshypothesen die Generierung von Teildatenbanken statt. Demnach entspricht der Aufschlussansatzpunkt dem rezenten Relief (DGM HEUTE) und die erste anthropogen unbeeinflusste Sedimentschicht bzw. die Schicht mit den ältesten Siedlungsspuren dem Paläorelief vor ca. 1.000 Jahren (DGM 1015ROH bzw. DGM 1015). Des Weiteren präsentiert die Basis der holozänen Sedimente das Paläorelief vor ca. 11.000 Jahren (DGM BASIS). Basierend auf den Modellen DGM 1015ROH und DGM HEUTE findet eine Evaluierung der Datengrundlagen und der Methodik statt. Dafür erfolgt eine Gegenüberstellung des DGM HEUTE mit dem auf LiDAR-Daten basierendem DGM 2 des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen. Denn es besteht in der vorliegenden Dissertation die Annahme, dass es möglich ist, ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen, wenn es gelingt mit denselben Daten das DGM 2 annähernd zu reproduzieren. Nach der »Observed vs. Predicted Analyse« besteht offensichtlich ein von der Datenherkunft unabhängiger, signifikanter, monotoner Zusammenhang, zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2, welcher nicht zufällig ist. Folglich ist es möglich, mit den Daten und der Methodik auch ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen. Weiterhin konnte mit Hilfe von multivariater Statistik nachgewiesen werden, dass die Heterogenität der Datengrundlagen in Bezug auf das Jahr der Datenerhebung und die Art der Koordinatenbestimmung (xi, yi, zi) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abweichung zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 im Testdatensatz haben. Nachdem die Datengrundlagen evaluiert und teilweise u. a. mit Hilfe der Leitprofile, historischen Aufnahmen und dem DGM 2 an umgebende Profile angepasst wurden, findet die Extraktion der finalen Teildatenbanken DGM 1015 und DGM BASIS aus dem Gesamtdatensatz statt. Der Vorteil dieses für Leipzig entwickelten Untersuchungsdesigns liegt darin, dass durch den Vergleich zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 eine Evaluierung der Datengrundlagen messbar wird und nicht ausschließlich auf qualitative Kriterien zurückzuführen ist. Es wird somit auch quantitativ bewiesen, dass diese Methodik zur Paläoreliefmodellierung für die Innenstadt von Leipzig sehr gut angewendet werden kann. Prinzipiell ist es nicht möglich abschließend eine Realität der interpolierten Paläooberflächen zu präsentieren, sondern es können lediglich verschiedene Realitäten und deren Wahrscheinlichkeiten vorgestellt werden. Neben geostatistischen Methoden kommen auch deterministische Interpolationsverfahren zum Einsatz. Zur Quantifizierung der Ergebnisse erfolgt u. a. eine Kreuzvalidierung, auf deren Grundlage die Auswahl der finalen Interpolationsdarstellungen stattfindet. Das DGM BASIS und DGM 1015 stellen die Ausgangssituation der Reliefverhältnisse bei der Siedlungsgründung Leipzigs dar. Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Arbeit gelungen eine neue, fundierte Perspektive zur kritischen Diskussion der Landschafts- und Siedlungsgenese im Untersuchungsgebiet bereitzustellen. Neben einer detailgetreuen Abbildung der geomorphologischen und geologischen Gegebenheiten im heutigen Zentrum Leipzigs im Jahr 1015 und zu Beginn des Holozäns, ist es möglich, den Flurabstand zwischen den DGM zu bestimmen, um Veränderungen zu quantifizieren. In diesem Kontext ist es weiterhin möglich natürliche von anthropogenen Prozessen zu trennen und diese zeitlich aufzuschlüsseln. Auf dieser Basis können detailliertere Aussagen zum Relief zwischen Weiße Elster- und Parthetal um das Jahr 1015 gemacht werden. Des Weiteren lassen die Paläomodelle Rückschlüsse auf die raumbezogenen Gunstfaktoren bei der Siedlungsplatzwahl und -gestaltung zu. Zudem existiert das Potenzial zur Entwicklung einer visuell reizvollen Grundlage, um geowissenschaftliche und geoarchäologische Sachverhalte im Bildungsbereich für die Öffentlichkeit zu nutzen. Die Thematik hat durch den Charakter einer Fallstudie zunächst einen lokalen Bezug zu Leipzig (Sachsen). Das dabei entwickelte Untersuchungsdesign eröffnet jedoch eine neue, fundierte und transparente Möglichkeit zur Paläoreliefrekonstruktion in weiteren Untersuchungsgebieten.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i / In search of the anthropogenically undisturbed palaeo-surface of the city of Leipzig, the main goals are the reconstruction of the specific natural conditions during the Holocene and a deduction about how the environment has been shaped and structured by humans in this area over the last 1,000 years. In the present doctoral thesis, the possibility to model palaeo-surfaces for the central part of a big city by means of publicly accessible data of the state offices is demonstrated. The topic combines various geographical disciplines with a focus on the interface between Geosciences and Archaeology (often termed Geoarchaeology). For the reconstruction of the earth's surface as a Digital Elevation Model (DEM) about 1,000 years ago (DEM 1015) and 11,000 years ago (DEM BASIS) mainly data from the Archaeological Heritage Office Saxony and the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology have been evaluated. The qualitative data are linked by using GIS through surveying techniques. To be able to process the heterogeneous data, working hypotheses are established in advance. According to them, the elevation of the top of a geological drill or archaeological excavation represents the current surface (DEM HEUTE). In addition, the first anthropogenically undisturbed layer of a geological drill or the layer with the oldest settlement trace of an archaeological excavation represents the data basis for the DEM 1015ROH and the DEM 1015, respectively. Furthermore, the basis in transition to Holocene sediments represents the palaeo-relief approximately 11,000 years ago (DEM BASIS). All data are summarized in an overall database. Hence, the data can be analyzed in a Geographical Information System (GIS). Based on the models DEM 1015ROH and DEM HEUTE the data basis and the methodology are evaluated. For this purpose, a comparison between the DEM HEUTE and another recent DEM, which was generated with LiDAR data provided by the State Operation Geobasisinformation and Surveying Saxony (DEM 2), is conducted. Therefore, it is assumed that it is possible to create a DEM 1015 or DEM BASIS, if it is possible to reproduce approximately the DEM 2 with the same data. The Observed vs. Predicted Analysis shows, that between the DEM HEUTE and the DEM 2 a non-data-independent, significant, monotonic relationship exists, which is not random. Consequently, based on the mentioned assumption above, it is possible to use the data and methodology to create a DEM 1015 or DEM BASIS. Furthermore, the multivariate statistic for the data set demonstrated, that the heterogeneity of the data bases in relation to the year of data collection and the type of coordinate determination (xi, yi, zi) had a negligible influence on the deviation between the DEM HEUTE and the DEM 2. Nevertheless, a check and, if necessary, a correction of the original data is necessary. If there are anomalies, the correction of the original data will be adapted to the surroundings by means of representative soil profiles, historical recordings and the DEM 2. After the data basis and methodology are validated the final sub databases DEM 1015 and DEM BASIS are extracted from the overall database. By means of the developed investigation design the comparison between the DEM HEUTE and the DEM 2 can be based on a quantitative evaluation of the data basis and not exclusively to qualitative criteria. Thus, it is also proved quantitatively that the methodology to model the palaeo-surface works very well for the inner city of Leipzig. However, models represent only a limited picture of reality. In principle, there is no unique interpolation result. That´s why, it is mandatory to present different realities of the palaeo-surfaces and their probabilities. Therefore, in addition to geostatistical interpolation methods, deterministic methods are also used. To quantify the results, among other things, a cross validation is performed. On this basis the selection of the most likely interpolation for the final representation takes place. The DGM BASIS and DGM 1015 show the highest possible approximation of the palaeo-surfaces. In general, the present dissertation has succeeded in providing a new, well-founded perspective for the critical discussion of landscape and settlement genesis in the study area. In addition to a detailed mapping of the geomorphological and geological conditions in the center of Leipzig at the time of 1015 and at the beginning of the Holocene, it is possible to determine the differences between the DEMs to quantify changes. In this context, it was also possible to separate natural from anthropogenic processes and to date the changes. On that basis, more detailed statements about the relief between the river valleys of Weiße Elster and Parthe around the year 1015 can now be made. In addition, the palaeo-models allow conclusions on the space-related favorable factors in settlement site selection and design. Finally, there is the possibility to represent the palaeo-surfaces as a visually appealing basis for geoarchaeological questions in public education. Due to its´ nature of being a case study, the topic has a local connection to Leipzig (Saxony). However, the developed investigation design will open new, well-founded, transparent options for the reconstruction of palaeo-reliefs in further study areas.:Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i

In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass es möglich ist mittels öffentlich zugänglicher Daten der Landesämter Paläooberflächen im Zentrum einer Großstadt zu modellieren. Auf der Suche nach dem anthropogen unbeeinflussten Georelief des heutigen Stadtgebietes Leipzigs ist nicht nur die Rekonstruktion ursprünglicher, natürlicher Gegeben-heiten das Ziel, sondern auch die Auseinandersetzung damit, wie der Mensch seine Umwelt in diesem Gebiet bis heute formte und strukturierte. Die Thematik vereint verschiedene geographische Disziplinen, wie z. B. Geomorphologie, Geoarchäologie und Geoinformatik, indem das verbindende Element der Untersuchungsraum in der Innenstadt von Leipzig ist. Zur Rekonstruktion der Erdoberfläche als Digitales Geländemodell (DGM) vor etwa 1.000 Jahren (DGM 1015) und 11.000 Jahren (DGM BASIS) sind hauptsächlich Daten des Sächsischen Landesamtes für Archäologie und des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie ausgewertet worden. Um die heterogenen Ausgangsdaten mit Hilfe von Leitprofilen verarbeiten zu können, erfolgt vorab das Aufstellen von Arbeitshypothesen. Alle Daten sind so aufbereitet, dass sie in einer Gesamtdatenbank zusammengefasst dargestellt und in einem Geographischen Informationssystem (GIS) auswertbar sind. Ausgehend von der Gesamtdatenbank fand auf Grundlage der Arbeitshypothesen die Generierung von Teildatenbanken statt. Demnach entspricht der Aufschlussansatzpunkt dem rezenten Relief (DGM HEUTE) und die erste anthropogen unbeeinflusste Sedimentschicht bzw. die Schicht mit den ältesten Siedlungsspuren dem Paläorelief vor ca. 1.000 Jahren (DGM 1015ROH bzw. DGM 1015). Des Weiteren präsentiert die Basis der holozänen Sedimente das Paläorelief vor ca. 11.000 Jahren (DGM BASIS). Basierend auf den Modellen DGM 1015ROH und DGM HEUTE findet eine Evaluierung der Datengrundlagen und der Methodik statt. Dafür erfolgt eine Gegenüberstellung des DGM HEUTE mit dem auf LiDAR-Daten basierendem DGM 2 des Staatsbetriebes Geobasisinformation und Vermessung Sachsen. Denn es besteht in der vorliegenden Dissertation die Annahme, dass es möglich ist, ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen, wenn es gelingt mit denselben Daten das DGM 2 annähernd zu reproduzieren. Nach der »Observed vs. Predicted Analyse« besteht offensichtlich ein von der Datenherkunft unabhängiger, signifikanter, monotoner Zusammenhang, zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2, welcher nicht zufällig ist. Folglich ist es möglich, mit den Daten und der Methodik auch ein DGM 1015 bzw. DGM BASIS zu erstellen. Weiterhin konnte mit Hilfe von multivariater Statistik nachgewiesen werden, dass die Heterogenität der Datengrundlagen in Bezug auf das Jahr der Datenerhebung und die Art der Koordinatenbestimmung (xi, yi, zi) einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abweichung zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 im Testdatensatz haben. Nachdem die Datengrundlagen evaluiert und teilweise u. a. mit Hilfe der Leitprofile, historischen Aufnahmen und dem DGM 2 an umgebende Profile angepasst wurden, findet die Extraktion der finalen Teildatenbanken DGM 1015 und DGM BASIS aus dem Gesamtdatensatz statt. Der Vorteil dieses für Leipzig entwickelten Untersuchungsdesigns liegt darin, dass durch den Vergleich zwischen dem DGM HEUTE und dem DGM 2 eine Evaluierung der Datengrundlagen messbar wird und nicht ausschließlich auf qualitative Kriterien zurückzuführen ist. Es wird somit auch quantitativ bewiesen, dass diese Methodik zur Paläoreliefmodellierung für die Innenstadt von Leipzig sehr gut angewendet werden kann. Prinzipiell ist es nicht möglich abschließend eine Realität der interpolierten Paläooberflächen zu präsentieren, sondern es können lediglich verschiedene Realitäten und deren Wahrscheinlichkeiten vorgestellt werden. Neben geostatistischen Methoden kommen auch deterministische Interpolationsverfahren zum Einsatz. Zur Quantifizierung der Ergebnisse erfolgt u. a. eine Kreuzvalidierung, auf deren Grundlage die Auswahl der finalen Inter-polationsdarstellungen stattfindet. Das DGM BASIS und DGM 1015 stellen die Ausgangssituation der Reliefverhältnisse bei der Siedlungsgründung Leipzigs dar. Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Arbeit gelungen eine neue, fundierte Perspektive zur kritischen Diskussion der Landschafts- und Siedlungsgenese im Untersuchungsgebiet bereitzustellen. Neben einer detailgetreuen Abbildung der geomorphologischen und geologischen Gegebenheiten im heutigen Zentrum Leipzigs im Jahr 1015 und zu Beginn des Holozäns, ist es möglich, den Flurabstand zwischen den DGM zu bestimmen, um Veränderungen zu quantifizieren. In diesem Kontext ist es weiterhin möglich natürliche von anthropogenen Prozessen zu trennen und diese zeitlich aufzuschlüsseln. Auf dieser Basis können detailliertere Aussagen zum Relief zwischen Weiße Elster- und Parthetal um das Jahr 1015 gemacht werden. Des Weiteren lassen die Paläomodelle Rückschlüsse auf die raumbezogenen Gunstfaktoren bei der Siedlungsplatzwahl und -gestaltung zu. Zudem existiert das Potenzial zur Entwicklung einer visuell reizvollen Grundlage, um geowissenschaftliche und geoarchäologische Sachverhalte im Bildungsbereich für die Öffentlichkeit zu nutzen. Die Thematik hat durch den Charakter einer Fallstudie zunächst einen lokalen Bezug zu Leipzig (Sachsen). Das dabei entwickelte Untersuchungsdesign eröffnet jedoch eine neue, fundierte und transparente Möglichkeit zur Paläoreliefrekonstruktion in weiteren Untersuchungsgebieten.:INHALTSVERZEICHNIS Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i / In search of the anthropogenically undisturbed palaeo-surface of the city of Leipzig, the main goals are the reconstruction of the specific natural conditions during the Holocene and a deduction about how the environment has been shaped and structured by humans in this area over the last 1,000 years. In the present doctoral thesis, the possibility to model palaeo-surfaces for the central part of a big city by means of publicly accessible data of the state offices is demonstrated. The topic combines various geographical disciplines with a focus on the interface between Geosciences and Archaeology (often termed Geoarchaeology). For the reconstruction of the earth's surface as a Digital Elevation Model (DEM) about 1,000 years ago (DEM 1015) and 11,000 years ago (DEM BASIS) mainly data from the Archaeological Heritage Office Saxony and the Saxon State Office for Environment, Agriculture and Geology have been evaluated. The qualitative data are linked by using GIS through surveying techniques. To be able to process the heterogeneous data, working hypotheses are established in advance. According to them, the elevation of the top of a geological drill or archaeological excavation represents the current surface (DEM HEUTE). In addition, the first anthropogenically undisturbed layer of a geological drill or the layer with the oldest settlement trace of an archaeological excavation represents the data basis for the DEM 1015ROH and the DEM 1015, respectively. Furthermore, the basis in transition to Holocene sediments represents the palaeo-relief approximately 11,000 years ago (DEM BASIS). All data are summarized in an overall database. Hence, the data can be analyzed in a Geographical Information System (GIS). Based on the models DEM 1015ROH and DEM HEUTE the data basis and the methodology are evaluated. For this purpose, a comparison between the DEM HEUTE and another recent DEM, which was generated with LiDAR data provided by the State Operation Geobasisinformation and Surveying Saxony (DEM 2), is conducted. Therefore, it is assumed that it is possible to create a DEM 1015 or DEM BASIS, if it is possible to reproduce approximately the DEM 2 with the same data. The Observed vs. Predicted Analysis shows, that between the DEM HEUTE and the DEM 2 a non-data-independent, significant, monotonic relationship exists, which is not random. Consequently, based on the mentioned assumption above, it is possible to use the data and methodology to create a DEM 1015 or DEM BASIS. Furthermore, the multivariate statistic for the data set demonstrated, that the heterogeneity of the data bases in relation to the year of data collection and the type of coordinate determination (xi, yi, zi) had a negligible influence on the deviation between the DEM HEUTE and the DEM 2. Nevertheless, a check and, if necessary, a correction of the original data is necessary. If there are anomalies, the correction of the original data will be adapted to the surroundings by means of representative soil profiles, historical recordings and the DEM 2. After the data basis and methodology are validated the final sub databases DEM 1015 and DEM BASIS are extracted from the overall database. By means of the developed investigation design the comparison between the DEM HEUTE and the DEM 2 can be based on a quantitative evaluation of the data basis and not exclusively to qualitative criteria. Thus, it is also proved quantitatively that the methodology to model the palaeo-surface works very well for the inner city of Leipzig. However, models represent only a limited picture of reality. In principle, there is no unique interpolation result. That´s why, it is mandatory to present different realities of the palaeo-surfaces and their probabilities. Therefore, in addition to geostatistical interpolation methods, deterministic methods are also used. To quantify the results, among other things, a cross validation is performed. On this basis the selection of the most likely interpolation for the final representation takes place. The DGM BASIS and DGM 1015 show the highest possible approximation of the palaeo-surfaces. In general, the present dissertation has succeeded in providing a new, well-founded perspective for the critical discussion of landscape and settlement genesis in the study area. In addition to a detailed mapping of the geomorphological and geological conditions in the center of Leipzig at the time of 1015 and at the beginning of the Holocene, it is possible to determine the differences between the DEMs to quantify changes. In this context, it was also possible to separate natural from anthropogenic processes and to date the changes. On that basis, more detailed statements about the relief between the river valleys of Weiße Elster and Parthe around the year 1015 can now be made. In addition, the palaeo-models allow conclusions on the space-related favorable factors in settlement site selection and design. Finally, there is the possibility to represent the palaeo-surfaces as a visually appealing basis for geoarchaeological questions in public education. Due to its´ nature of being a case study, the topic has a local connection to Leipzig (Saxony). However, the developed investigation design will open new, well-founded, transparent options for the reconstruction of palaeo-reliefs in further study areas.:INHALTSVERZEICHNIS Bibliografische Daten I Zitat II Danksagung III Zusammenfassung IV Abstract VI Abbildungs- & Tabellenverzeichnis XII Abkürzungsverzeichnis XVIII 1. Einleitung 1 1.1 Fragestellung und Zielführung 1 1.2 Abgrenzung des Untersuchungsgebietes 3 1.3 Grundlagen 7 1.3.1 Fachliche Einordnung der Thematik 7 1.3.2 Begriffe und Definitionen 9 1.3.2.1 »Natürlich gewachsener Boden« 9 1.3.2.2 Zeitangaben 9 1.3.2.3 Digitale Erdoberflächenmodelle 12 1.3.2.4 Lage- und Höhenbezugssystem 13 1.3.2.5 Unsicherheiten und Fehler 13 1.4 Forschungsgeschichtlicher Überblick 16 1.5 Ähnliche Forschungen außerhalb Leipzigs 24 2. Stand des Wissens im Untersuchungsgebiet 26 2.1 Naturräumliche Einordnung 26 2.1.1 Klima 29 2.1.2 Geologie 31 2.1.2.1 Leitprofil der Leipziger Tieflandsbucht 31 2.1.2.2 Geologischer Aufbau des Untersuchungsgebietes 34 2.1.3 Boden 36 2.1.4 Vegetation 40 2.1.5 Gewässernetz 41 2.1.5.1 Auengenese der Weißen Elster 43 2.1.5.2 Auengenese der Parthe 47 2.1.5.3 Zusammenfluß der Weißen Elster und Parthe 49 2.2 Siedlungsgeschichtliche Einordnung 50 2.2.1 Allgemeiner Überblick 51 2.2.2 Die im Jahr 1015 erwähnte »urbs Libzi« 56 2.2.3 Die Zwillingssiedlung der »urbs Libzi« 59 2.2.4 Wasserbauliche Einschnitte im Untersuchungsgebiet 63 3. Methodik 67 3.1 Generierung der Datenbasis 71 3.1.1 Formulieren der Arbeitshypothesen 72 3.1.2 Datengrundlagen und deren Aufbereitung 75 3.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 77 3.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 78 3.2.1 Generierung der Teildatenbanken 78 3.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 78 3.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 82 3.3 Evaluation der Methodik 82 3.3.1 Deskriptive Statistik 83 3.3.2 »Observed vs. predicted Analyse« 84 3.3.3 Multivariate Statistik 86 3.3.4 Validation der Methodik 91 3.4 Evaluation der Datengrundlagen und Generierung der finalen Teildatenbanken 92 3.4.1 Evaluation der Datengrundlagen 94 3.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 95 3.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 95 3.4.4 Validation der Datengrundlage 96 3.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 96 3.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 98 3.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 102 3.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 104 3.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 105 3.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 106 3.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 106 3.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 110 3.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 111 4. Ergebnisse und Diskussion 114 4.1 Generierung der Datenbasis 114 4.1.1 Arbeitshypothesen 114 4.1.2 Datengrundlagen 114 4.1.2.1 Höhenfestpunkte 114 4.1.2.2 LiDAR Daten 118 4.1.2.3 Historische Archive 120 4.1.2.4 Leitprofile 123 4.1.2.5 Geologische Aufschlüsse 126 4.1.2.6 Archäologische Dokumentationen 131 4.1.3 Zusammenfassung: Gesamtdatenbank 141 4.2 Zwischenergebnisse »DGM 1015ROH« und »DGM HEUTE« 143 4.2.1 Generierung der Teildatenbanken 143 4.2.2 Interpolation und qualitative Auswertung der Zwischenergebnisse 144 4.2.3 Definition von Teiluntersuchungsgebieten 150 4.3. Evaluierung der Methodik 152 4.3.1 Deskriptive Statistik 152 4.3.2 »Observed vs. Predicted Analyse« 154 4.3.3 Multivariate Statistik 157 4.3.4 Validation der Methodik 163 4.4. Evaluierung der Datengrundlagen 166 4.4.1 Evaluation und ggf. Anpassung der Datengrundlagen 168 4.4.1.1 Geologische Aufschlüsse 168 4.4.1.2 Archäologische Dokumentationen 169 4.4.1.3 Fallbeispiel: Teiluntersuchungsgebiet Matthäikirchhof 173 4.4.2 Finale Teildatenbanken »DGM 1015« und »DGM BASIS« 176 4.4.3 Interpolation und qualitative Auswertung der Ergebnisse 179 4.4.4 Validation der Datengrundlage 182 4.5 Geostatistische Auswertung des »DGM 1015« und »DGM BASIS« 184 4.5.1 Objektive Auswahl der Rasterzellengröße 184 4.5.2 Simulation und Analyse der Paläooberflächen 186 4.5.3 Simulation und Analyse der Fließgewässer 193 4.5.4 Evaluation der vorhergesagten Unsicherheiten 197 4.6 Abschließende Interpolation und räumliche Validierung 198 4.6.1 Weitere Interpolationsmöglichkeiten und finale Modelle 199 4.6.2 Flurabstandsberechnungen zwischen den DGM 207 4.6.3 Anstehende geologische Substrate der finalen DGM 210 4.7 Landschafts- und Siedlungsgenetische Interpretation der Paläomodelle 218 5. Synthese und Ausblick 233 6. Literaturverzeichnis 248 7. Anlagen i

Water quality of a stream or river is influenced by the surrounding landscape and vegetation. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) is commonly used to characterize landcover and vegetation density. Benthic macroinvertebrates are ubiquitous in freshwater streams and are excellent indicators of the quality of freshwater habitats. Data from one NDVI remote sensing flight and one macroinvertebrate sampling event for eight wadeable stream study sites in the National Ecological Observatory Network (NEON) were acquired. Proportions of high, moderate, and sparse vegetation were calculated for each stream watershed using ArcGIS. Functional feeding groups and tolerance values were assigned to macroinvertebrate taxa. The Fourth-corner and RLQ methods of analysis, available in the ade4 package for R software, were used to evaluate the relationships of macroinvertebrate traits with environmental variables. Hypothesis testing using Model 6 in the ade4 package resulted in p-values of 0.066 and 0.057 for global (overall) significance. Mean NDVI values of moderately vegetated areas and proportion of sparse vegetation were found to be significant to percent shredders at alpha ≤ 0.05. Results of these methods of analysis, when combined with traditional macroinvertebrate sampling metrics, show that NDVI can be a useful, additional tool to characterize a watershed and its effects on macroinvertebrate community composition and structure.

The escalating impact of climate change has become a significant global concern, particularly in urban environments through the risk of flooding, due to intensified precipitation patterns. Nature Based Solu-tions (NBS), offer effective strategies for mitigating flood risks by enhancing stormwater management and promoting urban resilience. Multicriteria Analysis (MCA) has shown to be useful for identifying suitable areas for NBS, however, there is limited research on its application specifically for urban flood resilience in Sweden. Therefore, this study aims to develop a GIS-based suitability mapping framework within MCA method for allocating suitable areas for two NBS measures: Retention Pond (RP) and Detention Basin (DB), applying it to a case study in Sweden. The study employs a mixed-method approach and consists of (1) framework develop-ment through a literature review, geospatial data assessment, and key-informant interviews, and (2) application of the framework to a case study area in Sweden. In the case study area, the resulting suitability map indicates that 7.5 % of DBs and 7% of RPs met all criteria. Key-informant interviews with local experts provided valuable insights, particularly the exclusion of hazardous zones as well as emphasizing the importance of considering not only biophysical characteristics, but also socio-cultural factors. In conclusion, this study contributes to the body of knowledge on NBS suitability mapping. The findings offer guidance to climate strategists and urban planners on a municipal level, selecting optimal locations for NBS strategies for urban flood resilience and stormwater management.

Abstract: Road traffic accidents claim more than 1,500 lives each year in Canada and affect society adversely, so transport authorities must reduce their impact. This is a major concern in Quebec, where the traffic-accident risks increase year by year proportionally to provincial population growth. In reality, the occurrence of traffic crashes is rarely random in space-time; they tend to cluster in specific areas such as intersections, ramps, and work zones. Moreover, weather stands out as an environmental risk factor that affects the crash rate. Therefore, traffic-safety engineers need to accurately identify the location and time of traffic accidents. The occurrence of such accidents actually is determined by some important factors, including traffic volume, weather conditions, and geometric design. This study aimed at identifying hotspot locations based on a historical crash data set and spatiotemporal patterns of traffic accidents with a view to improving road safety. This thesis proposes two new methods for identifying hotspot locations on a road network. The first method could be used to identify and rank hotspot locations in cases in which the value of traffic volume is available, while the second method is useful in cases in which the value of traffic volume is not. These methods were examined with three years of traffic-accident data (2011–2013) in Sherbrooke. The first method proposes a two-step integrated approach for identifying traffic-accident hotspots on a road network. The first step included a spatial-analysis method called network kernel-density estimation. The second step involved a network-screening method using the critical crash rate, which is described in the Highway Safety Manual. Once the traffic-accident density had been estimated using the network kernel-density estimation method, the selected potential hotspot locations were then tested with the critical-crash-rate method. The second method offers an integrated approach to analyzing spatial and temporal (spatiotemporal) patterns of traffic accidents and organizes them according to their level of significance. The spatiotemporal seasonal patterns of traffic accidents were analyzed using the kernel-density estimation; it was then applied as the attribute for a significance test using the local Moran’s I index value. The results of the first method demonstrated that over 90% of hotspot locations in Sherbrooke were located at intersections and in a downtown area with significant conflicts between road users. It also showed that signalized intersections were more dangerous than unsignalized ones; over half (58%) of the hotspot locations were located at four-leg signalized intersections. The results of the second method show that crash patterns varied according to season and during certain time periods. Total seasonal patterns revealed denser trends and patterns during the summer, fall, and winter, then a steady trend and pattern during the spring. Our findings also illustrated that crash patterns that applied accident severity were denser than the results that only involved the observed crash counts. The results clearly show that the proposed methods could assist transport authorities in quickly identifying the most hazardous sites in a road network, prioritizing hotspot locations in a decreasing order more efficiently, and assessing the relationship between traffic accidents and seasons. / Les accidents de la route sont responsables de plus de 1500 décès par année au Canada et ont des effets néfastes sur la société. Aux yeux des autorités en transport, il devient impératif d’en réduire les impacts. Il s’agit d’une préoccupation majeure au Québec depuis que les risques d’accidents augmentent chaque année au rythme de la population. En réalité, les accidents routiers se produisent rarement de façon aléatoire dans l’espace-temps. Ils surviennent généralement à des endroits spécifiques notamment aux intersections, dans les bretelles d’accès, sur les chantiers routiers, etc. De plus, les conditions climatiques associées aux saisons constituent l’un des facteurs environnementaux à risque affectant les taux d’accidents. Par conséquent, il devient impératif pour les ingénieurs en sécurité routière de localiser ces accidents de façon plus précise dans le temps (moment) et dans l’espace (endroit). Cependant, les accidents routiers sont influencés par d’importants facteurs comme le volume de circulation, les conditions climatiques, la géométrie de la route, etc. Le but de cette étude consiste donc à identifier les points chauds au moyen d’un historique des données d’accidents et de leurs répartitions spatiotemporelles en vue d’améliorer la sécurité routière. Cette thèse propose deux nouvelles méthodes permettant d’identifier les points chauds à l’intérieur d’un réseau routier. La première méthode peut être utilisée afin d’identifier et de prioriser les points chauds dans les cas où les données sur le volume de circulation sont disponibles alors que la deuxième méthode est utile dans les cas où ces informations sont absentes. Ces méthodes ont été conçues en utilisant des données d’accidents sur trois ans (2011-2013) survenus à Sherbrooke. La première méthode propose une approche intégrée en deux étapes afin d’identifier les points chauds au sein du réseau routier. La première étape s’appuie sur une méthode d’analyse spatiale connue sous le nom d’estimation par noyau. La deuxième étape repose sur une méthode de balayage du réseau routier en utilisant les taux critiques d’accidents, une démarche éprouvée et décrite dans le manuel de sécurité routière. Lorsque la densité des accidents routiers a été calculée au moyen de l’estimation par noyau, les points chauds potentiels sont ensuite testés à l’aide des taux critiques. La seconde méthode propose une approche intégrée destinée à analyser les distributions spatiales et temporelles des accidents et à les classer selon leur niveau de signification. La répartition des accidents selon les saisons a été analysée à l’aide de l’estimation par noyau, puis ces valeurs ont été assignées comme attributs dans le test de signification de Moran. Les résultats de la première méthode démontrent que plus de 90 % des points chauds à Sherbrooke sont concentrés aux intersections et au centre-ville où les conflits entre les usagers de la route sont élevés. Ils révèlent aussi que les intersections contrôlées sont plus à risque par comparaison aux intersections non contrôlées et que plus de la moitié des points chauds (58 %) sont situés aux intersections à quatre branches (en croix). Les résultats de la deuxième méthode montrent que les distributions d’accidents varient selon les saisons et à certains moments de l’année. Les répartitions saisonnières montrent des tendances à la densification durant l’été, l’automne et l’hiver alors que les distributions sont plus dispersées au cours du printemps. Nos observations indiquent aussi que les répartitions ayant considéré la sévérité des accidents sont plus denses que les résultats ayant recours au simple cumul des accidents. Les résultats démontrent clairement que les méthodes proposées peuvent: premièrement, aider les autorités en transport en identifiant rapidement les sites les plus à risque à l’intérieur du réseau routier; deuxièmement, prioriser les points chauds en ordre décroissant plus efficacement et de manière significative; troisièmement, estimer l’interrelation entre les accidents routiers et les saisons.

L’irrigation a connu de grands changements dans le bassin du Rhône français durant les trente dernières années du vingtième siècle. La mise en œuvre d’un Système d’Information sur le bassin du Rhône (SIR) montre l’existence de quatre grands systèmes d’irrigation qui s’individualisent au sein de plusieurs « régions d’irrigation ». Ces dernières révèlent des dynamiques contrastées, mettant à mal l’idée que l’irrigation aurait connu une expansion continue et homogène, même si les superficies irriguées augmentent globalement. Ces dynamiques spatiales s’expliquent par les profondes transformations d’une pratique modernisée, utilisant des techniques toujours plus économes en eau. C’est d’ailleurs le deuxième enseignement de la recherche : l’accroissement général des superficies irriguées n’a pas entraîné une augmentation des demandes en eau. Celles-ci ont plutôt tendance à diminuer, de l’ordre de 30 % en trente ans. Sous l’impulsion des gestionnaires, les irrigants font un usage de plus en plus raisonné des ressources en eau et, à terme, il ne faut certainement pas considérer l’irrigation comme une menace généralisée pour les équilibres environnementaux... Le mémoire de thèse s’accompagne d’un système de gestion de l’information géographique et d’un atlas en version électronique. / Over the last thirty years of the twentieth century, irrigation in the French basin of the Rhône river has undergone substantial change. The implementation of a Geographic Information System on the Rhône basin (SIR) demonstrates the existence of four main irrigation systems individualized within several “irrigation regions.” These reveal in turn a series of contrasted dynamics, putting into question the idea that irrigation expansion had been both continuous and homogeneous, even though the total surface area irrigated actually increased. These spatial dynamics can be accounted for by the deep transformations due to a modernised practice that relies on techniques ever more sparing with water. This is in fact the second lesson one can draw from this study : the general increase in irrigated surface areas did not lead to an increase in water demand. On the contrary, water demand has tended to diminish, in the order of 30% over thirty years. Driven by management, the cultivators’ use of water resources is more and more reasoned, so that in the long run irrigation is surely no global threat to environmental balance. The thesis includes a system for managing geographic information as well as an electronic atlas.

Increased demands on water supplies caused by population expansion, saltwater intrusion, and drought have led to water shortages which may be addressed by use of recycled water as recycled water products. Study I investigated recycled water production in Florida and California during 2009 to detect gaps in distribution and identify areas for expansion. Gaps were detected along the panhandle and Miami, Florida, as well as the northern and southwestern regions in California. Study II examined gaps in distribution, identified temporal change, and located areas for expansion for Florida in 2009 and 2015. Production increased in the northern and southern regions of Florida but decreased in Southwest Florida. Recycled water is an essential component water management a broader adoption of recycled water will increase water conservation in water-stressed coastal communities by allocating recycled water for purposes that once used potable freshwater.

A Geographic Information System visually communicates both spatial and temporal analyses and has been available for at least twenty years in New Zealand. Using a Kaupapa Māori Research framework, this research investigates the benefits and barriers for Māori if they were to adopt GIS to assist their development outcomes. Internationally, indigenous peoples who have adopted GIS have reported they have derived significant cultural development benefits, including the preservation and continuity of traditional knowledge and culture. As Māori development continues to expand in an increasing array of corporate, scientific, management and cultural arenas, the level of intensity required to keep abreast of developments has also expanded. GIS has been used by some roopū to assist their contemporary Māori development opportunities; has been suggested as a cost effective method for spatial research for Waitangi Tribunal claims; has supported and facilitated complex textual and oral evidence, and has also been used to assist negotiation and empowerment at both central and local government level. While many successful uses are attributed to GIS projects, there are also precautionary calls made from practitioners regarding the obstacles they have encountered. Overall, whilst traditional knowledge and contemporary technology has been beneficially fused together, in some instances hidden or unforeseen consequences have impeded or imperilled seamless uptake of this new technology. Challenges to the establishment of a GIS range from the theoretical (mapping cultural heritage) to the practical (access to data) to the pragmatic (costs and resources). The multiple issues inherent in mapping cultural heritage, indigenous cartography and, in particular, the current lack of intellectual property rights protection measures, are also potential barriers to successful, long-term integration of GIS into the tribal development matrix. The key impediments to GIS establishment identified by surveyed roopū were lack of information and human resources, and prioritisation over more critical factors affecting tangata whenua. Respondents also indicated they would utilise GIS if the infrastructure was in place and the cost of establishment decreased. Given the large amount of resources to be invested into GIS, and the opportunity to establish safe practices to ensure continuity of the GIS, it is prudent to make informed decisions prior to investment. As an applied piece of Kaupapa Māori research, a tangible outcome in the form of an establishment Guide is presented. Written in a deliberately novice-friendly manner, the Guide traverses fundamental issues surrounding the establishment of a GIS including investment costs and establishment processes.

Com a entrada em vigor do Protocolo de Quioto, intensificam-se as expectativas pela regulamentação de um mercado de créditos de carbono. No caso de esses créditos terem sua origem em projetos de reflorestamento ou de florestamento, conforme previsto pelos chamados Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL), vem a ser fundamental o estabelecimento de uma metodologia para quantificação de estoques de carbono armazenados sob a forma de biomassa vegetal. Este trabalho propõe, como um método informatizado para cálculo de estoque de carbono em florestas, um conjunto de funcionalidades e um modelo de dados cadastrais totalmente integrados com um Sistema de Informações Geográficas de arquitetura aberta. A partir de mapas e imagens geo-referenciadas e com base em dados obtidos de pequenos transectos, o sistema calcula a quantidade total de carbono estocada em toda a floresta. Além de permitir apresentar esses resultados para diferentes agentes armazenadores de carbono, como, por exemplo, segmentos de floresta ou cada espécie vegetal, o sistema mantém registro histórico de dados dendrométricos, o que virá permitir a geração de gráficos de curvas de crescimento e, por conseguinte, estimativas futuras. / Increasing expectation for the carbon credit market regulamentation take place as a result of the Kyotos Protocol enforcement. In case of credits that come from reforestation or forestation projects, as foresseen under the Clean Development Mechanism (CDM), it is fundamental to establish a methodology for quantification of carbon stocks stored under the vegetal biomass form. This work proposes, as an informatizated method of forests carbon stocks calculation, a set of functionalities and a cadastre data model totally integrated with an open architeture of Geographyc Information System. Based on maps and images georeferenced on data basis provided by small transectos, the system calculates the total amount of carbon storages all over the forest. Besides allowing to present the results to different storing carbon agents, for instance, forests segments or each vegetal species, the system keeps historical register of dendrometrics data, which will make possible the generation of graphs, curves of growth and, therefore, future evaluation.

Com a entrada em vigor do Protocolo de Quioto, intensificam-se as expectativas pela regulamentação de um mercado de créditos de carbono. No caso de esses créditos terem sua origem em projetos de reflorestamento ou de florestamento, conforme previsto pelos chamados Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (MDL), vem a ser fundamental o estabelecimento de uma metodologia para quantificação de estoques de carbono armazenados sob a forma de biomassa vegetal. Este trabalho propõe, como um método informatizado para cálculo de estoque de carbono em florestas, um conjunto de funcionalidades e um modelo de dados cadastrais totalmente integrados com um Sistema de Informações Geográficas de arquitetura aberta. A partir de mapas e imagens geo-referenciadas e com base em dados obtidos de pequenos transectos, o sistema calcula a quantidade total de carbono estocada em toda a floresta. Além de permitir apresentar esses resultados para diferentes agentes armazenadores de carbono, como, por exemplo, segmentos de floresta ou cada espécie vegetal, o sistema mantém registro histórico de dados dendrométricos, o que virá permitir a geração de gráficos de curvas de crescimento e, por conseguinte, estimativas futuras. / Increasing expectation for the carbon credit market regulamentation take place as a result of the Kyotos Protocol enforcement. In case of credits that come from reforestation or forestation projects, as foresseen under the Clean Development Mechanism (CDM), it is fundamental to establish a methodology for quantification of carbon stocks stored under the vegetal biomass form. This work proposes, as an informatizated method of forests carbon stocks calculation, a set of functionalities and a cadastre data model totally integrated with an open architeture of Geographyc Information System. Based on maps and images georeferenced on data basis provided by small transectos, the system calculates the total amount of carbon storages all over the forest. Besides allowing to present the results to different storing carbon agents, for instance, forests segments or each vegetal species, the system keeps historical register of dendrometrics data, which will make possible the generation of graphs, curves of growth and, therefore, future evaluation.