Schummerungen sind heutzutage die anschaulichste und am weitesten verbreite Methode zur Darstellung des Reliefs in der Kartenebene. Analytische Verfahren zur Herstellung einer Schummerung finden sich meist im Kontext von Geoinformationssystemen, von denen eine große Vielzahl auf dem Markt erhältlich ist - darunter auch zunehmend Open-Source-Programme. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der Arbeit sowohl den Funktionsumfang als auch die Möglichkeiten und Grenzen der Reliefdarstellung ausgewählter kommerzieller und freier Produkte zu untersuchen und zu vergleichen. Speziell wurden die Möglichkeiten zur Erstellung einer Reliefschummerung, farbiger Höhenschichten und Maskierung flacher Gebiete untersucht. Dafür wurden verschiedene Vergleichskriterien eingeführt nach denen zwei Beispielregionen, sowohl auf Meso- als auch auf Mikroebene, bearbeitet und bewertet wurden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass kommerzielle Produkte generell die anspruchsvolleren Schummerungen generieren und Open-Source Produkte keine Alternative für qualitativ hochwertige, kartographische Anliegen darstellen. Allerdings müssen die Einstellungen in den meisten Fällen manuell sowohl an das Programm als auch an den Kartenausschnitt angepasst werden. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen sind anschaulich in Tabellen mit abschließendem Fazit am Ende der Arbeit zusammengefasst.:1. Motivation 2. Grundlagen 2.1. Reliefdarstellungsmethoden 2.2. Schummerungsarten 2.3. Herstellung einer Schummerung 3. Möglichkeiten der analytischen Schummerung 3.1. Datengrundlage 3.2. Kommerzielle Produkte 3.3. Open-Source Software 4. Ergebnis 4.1. Zusammenfassung der Ergebnisse 4.2. Tabellarischer Vergleich 5. Schlussfolgerung

Nutzergenerierte Geodaten werden für viele Anwendungen auch als alternative Quelle zu den amtlichen Daten genutzt. Das wohl populäreste Projekt, das solche Daten sammelt, ist OpenStreetMap (OSM), dessen umfangreiche Datenbank viele Typen geographischer Informationen abdeckt. Mit zunehmender Vollständigkeit werden diese Daten neben praktischen Anwendungen (Visualisierung, Routing, etc.) auch für die Beantwortung raumwissenschaftlicher Fragestellungen interessant. Das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung (IÖR) beschäftigt sich beispielsweise seit Jahren mit der Erfassung und Analyse der gebäudebasierten Siedlungsstruktur. Inwiefern der Gebäudedatenbestand von OSM für kleinräumige Analysen der Siedlungsstruktur genutzt werden kann, war bisher offen und wird mit dieser Studienarbeit, gemeinsam betreut von IÖR und dem Institut für Kartographie (TU-Dresden), beantwortet. In der Arbeit erfolgt ein quantitativer Vergleich der Gebäudedaten aus der OSM-Datenbank der mit Gebäudedaten der amtlichen Vermessung, im speziellen der Amtlichen Liegenschaftskarte (ALK) und des Amtlichen Topographisch-Kartographischen Informationssystems (ATKIS). Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf der Untersuchung von Gebäudepolygonen hinsichtlich der Vollständigkeit und Qualität der Gebäudepolygone. Im Rahmen einer Vollständigkeitsanalyse werden verschiedene Bezugsflächen verwendet, auf denen die vergleichenden Ergebnisse visualisiert werden. Für den objektbezogenen Vergleich zwischen den amtlichen und den freien Geodaten werden verschiedene Verschneidungsmethoden herausgearbeitet und hinsichtlich ihrer Aussagekraft bewertet. Stellvertretend für den Gesamtdatenbestand von Deutschland, wurde die Analyse auf ausgewählte Untersuchungsgebiete angewendet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gebäudedaten des OSM-Projektes noch starke Defizite aufweisen, was die Vollständigkeit und die Lagegenauigkeit anbelangt. Unterschiede zeigen sich vor allem hinsichtlich der Gebäudevollständigkeit zwischen Agglomerationsräumen und ländlichen Regionen, die hauptsächlich auf unterschiedlich ausgeprägte Kartieraktivitäten der OSM-Datenerfasser zurückzuführen ist.:Zusammenfassung ............................................................................ i Abstract ............................................................................................ ii Abbildungsverzeichnis ...................................................................... v Tabellenverzeichnis .......................................................................... vi Abkürzungsverzeichnis ..................................................................... vii 1. Einleitung ...................................................................................... 1 1.1. Motivation der Arbeit .................................................................. 1 1.2. Aufbau der Arbeit ....................................................................... 2 2. Theoretischer Teil .......................................................................... 3 2.1. Web 2.0 und nutzergenerierte (Geo)Daten ................................ 3 2.2. OpenStreetMap Projekt .............................................................. 5 2.3. Qualitäts- und Vollständigkeitsuntersuchungen ......................... 8 3. Methodischer Teil ........................................................................... 14 3.1. Daten, deren Formate und Aufbau ............................................. 14 3.1.1. Amtliche Geodaten – Gebäudedaten aus ATKIS und ALKIS ..... 14 3.1.2. Nutzergenerierte Geodaten – OSM .......................................... 16 3.2. Eingesetzte Software für die Datenaufbereitung ........................ 20 3.3. Konzept der Vollständigkeitsanalyse .......................................... 22 3.3.1. Bezugsflächen ......................................................................... 22 3.3.2. Ansätze auf Basis von Bezugsflächen ...................................... 26 3.3.2.1. Gebäudeanzahl ..................................................................... 26 3.3.2.2. Flächenbilanz ........................................................................ 27 3.3.3. Objektbezogener Vergleich zweier Datensätze ....................... 27 3.3.3.1. Centroid-Methode ................................................................. 29 3.3.3.2. Überdeckungsgrad-Methode ................................................. 30 3.4. Nutzungsinformationen ............................................................... 31 3.4.1. Attributinformationen aus OSM ................................................ 31 3.4.2. Attributinformationen aus amtlichen Daten .............................. 32 3.4.3. Möglichkeit zur Analyse von Attributinformationen ................... 33 4. Praktischer Teil ............................................................................... 35 4.1. Untersuchungsgebiete ................................................................ 35 4.2. Benutzte Datensätze .................................................................. 38 4.2.1. Referenzdatensatz Nordrhein-Westfalen ................................. 38 4.2.2. Referenzdatensatz Sachsen .................................................... 39 4.2.3. Vergleichsdatensatz OSM ......................................................... 39 4.2.4. Bezugsflächen .......................................................................... 41 4.3. Vorverarbeitung .......................................................................... 42 4.4. Bearbeitungsschritte der Vollständigkeitsanalyse ....................... 44 4.4.1. Auf Basis von Bezugsflächen..................................................... 44 4.4.2. Objektbezogen ......................................................................... 50 4.5. Ergebnisse .................................................................................. 54 4.5.1. Überblicklicher Vergleich ........................................................... 54 4.5.2. Vergleich von Anzahl und Fläche auf Basis von Bezugsflächen 57 4.5.3. Objektbezogener Vergleich ...................................................... 59 4.5.3.1. Centroid-Methode ................................................................. 60 4.5.3.2. Überdeckungsgrad-Methode ................................................. 61 4.5.4. Zusammenfassender Vergleich nach Untersuchungsgebieten ..63 4.5.5. Visualisierungsoptionen ........................................................... 64 4.6. Auswertung und Ergebnisse der Attributanalyse ........................ 66 5. Zusammenfassung ......................................................................... 69 5.1. Fazit ............................................................................................ 69 5.2. Ausblick ....................................................................................... 71 Literaturverzeichnis ............................................................................ ix Anhang ............................................................................................... xv / User-generated geodata is used in various applications as an alternative solution to the authorative data source. The most popular project, collecting this kind of data, is OpenStreetMap (OSM). A lot of different types of geographical information are covered in this database. In fact of the increasing level of completeness, this data becomes besides practical cases (visualization, routing, etc.) more and more important for answering questions in spatial science. For many years the Leibniz Institute of Ecological Urban and Regional Development (IOER) deals with the analysis of the building related settlement structure. In what way the building data from OSM could be used for small-scale settlement structure analyses is open. This research paper, supervised by the IOER and the Institut of Cartography (TU Dresden), will answer this questions. This student research paper deals with the quantitative comparison between building data from the OSM-database and the authorative building data from the surveying authorities, especially the automated real estate map (ALK) and the Authorative Topographic-Cartographic Information System (ATKIS). The focus of this work is on the analysis of the polygons of buildings. They are examined according to their completeness and their positional consistency. As part of the analysis of completeness, several reference planes are used to visualize the comparative results. Within the geometrical comparison of buildings between authoritative and free geological data different intersection methods are applied and compared according to their significance. The anaylsis was implemented in selected investigation areas, representative for the german nationwide data set. The results illustrate a deficit in the field of building data from OSM, regarding to completeness and positional correctness. Main differences appear especially between urban agglomeration and rural areas. This could be explained by the different mapping behaviour of the members or the therefore required underlying data.:Zusammenfassung ............................................................................ i Abstract ............................................................................................ ii Abbildungsverzeichnis ...................................................................... v Tabellenverzeichnis .......................................................................... vi Abkürzungsverzeichnis ..................................................................... vii 1. Einleitung ...................................................................................... 1 1.1. Motivation der Arbeit .................................................................. 1 1.2. Aufbau der Arbeit ....................................................................... 2 2. Theoretischer Teil .......................................................................... 3 2.1. Web 2.0 und nutzergenerierte (Geo)Daten ................................ 3 2.2. OpenStreetMap Projekt .............................................................. 5 2.3. Qualitäts- und Vollständigkeitsuntersuchungen ......................... 8 3. Methodischer Teil ........................................................................... 14 3.1. Daten, deren Formate und Aufbau ............................................. 14 3.1.1. Amtliche Geodaten – Gebäudedaten aus ATKIS und ALKIS ..... 14 3.1.2. Nutzergenerierte Geodaten – OSM .......................................... 16 3.2. Eingesetzte Software für die Datenaufbereitung ........................ 20 3.3. Konzept der Vollständigkeitsanalyse .......................................... 22 3.3.1. Bezugsflächen ......................................................................... 22 3.3.2. Ansätze auf Basis von Bezugsflächen ...................................... 26 3.3.2.1. Gebäudeanzahl ..................................................................... 26 3.3.2.2. Flächenbilanz ........................................................................ 27 3.3.3. Objektbezogener Vergleich zweier Datensätze ....................... 27 3.3.3.1. Centroid-Methode ................................................................. 29 3.3.3.2. Überdeckungsgrad-Methode ................................................. 30 3.4. Nutzungsinformationen ............................................................... 31 3.4.1. Attributinformationen aus OSM ................................................ 31 3.4.2. Attributinformationen aus amtlichen Daten .............................. 32 3.4.3. Möglichkeit zur Analyse von Attributinformationen ................... 33 4. Praktischer Teil ............................................................................... 35 4.1. Untersuchungsgebiete ................................................................ 35 4.2. Benutzte Datensätze .................................................................. 38 4.2.1. Referenzdatensatz Nordrhein-Westfalen ................................. 38 4.2.2. Referenzdatensatz Sachsen .................................................... 39 4.2.3. Vergleichsdatensatz OSM ......................................................... 39 4.2.4. Bezugsflächen .......................................................................... 41 4.3. Vorverarbeitung .......................................................................... 42 4.4. Bearbeitungsschritte der Vollständigkeitsanalyse ....................... 44 4.4.1. Auf Basis von Bezugsflächen..................................................... 44 4.4.2. Objektbezogen ......................................................................... 50 4.5. Ergebnisse .................................................................................. 54 4.5.1. Überblicklicher Vergleich ........................................................... 54 4.5.2. Vergleich von Anzahl und Fläche auf Basis von Bezugsflächen 57 4.5.3. Objektbezogener Vergleich ...................................................... 59 4.5.3.1. Centroid-Methode ................................................................. 60 4.5.3.2. Überdeckungsgrad-Methode ................................................. 61 4.5.4. Zusammenfassender Vergleich nach Untersuchungsgebieten ..63 4.5.5. Visualisierungsoptionen ........................................................... 64 4.6. Auswertung und Ergebnisse der Attributanalyse ........................ 66 5. Zusammenfassung ......................................................................... 69 5.1. Fazit ............................................................................................ 69 5.2. Ausblick ....................................................................................... 71 Literaturverzeichnis ............................................................................ ix Anhang ............................................................................................... xv

The primary objective of this research was to evaluate the potential for monitoring forest change using Landsat ETM and Aster data. This was accomplished by performing eight change detection algorithms: pixel post-classification comparison (PCC), image differencing Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI), Transformed Difference Vegetation Index (TDVI), principal component analysis (PCA), multivariate alteration detection (MAD), change vector analysis (CVA) and tasseled cap analysis (TCA). Methods, Post-Classification Comparison and vegetation indices are straightforward techniques and easy to apply. In this study the simplified classification with only 4 forest classes namely close forest, open forest, bare land and grass land was used The overall classification accuracy obtained were 88.4%, 91.9% and 92.1% for the years 2000, 2003 and 2006 respectively. The Tasseled Cap green layer (GTC) composite of the three images was proposed to detect the change in vegetation of the study area. We found that the RBG-TCG worked better than RGBNDVI. For instance, the RBG-TCG detected some areas of changes that RGB-NDVI failed to detect them, moreover RBG-TCG displayed different changed areas with more strong colours. Change vector analysis (CVA) based on Tasseled Cap transformation (TCT) was also applied for detecting and characterizing land cover change. The results support the CVA approach to change detection. The calculated date to date change vectors contained useful information, both in their magnitude and their direction. A powerful tool for time series analysis is the principal components analysis (PCA). This method was tested for change detection in the study area by two ways: Multitemporal PCA and Selective PCA. Both methods found to offer the potential for monitoring forest change detection. A recently proposed approach, the multivariate alteration detection (MAD), in combination with a posterior maximum autocorrelation factor transformation (MAF) was used to demonstrate visualization of vegetation changes in the study area. The MAD transformation provides a way of combining different data types that found to be useful in change detection. Accuracy assessment is an important final step addressed in the study to evaluate the different change detection techniques. A quantitative accuracy assessment at level of change/no change pixels was performed to determine the threshold value with the highest accuracy. Among the various accuracy assessment methods presented the highest accuracy was obtained using the post-classification comparison based on supervised classification of each two time periods (2000 -2003 and 2003-2006), which were 90.6% and 87% consequently.

Mobile Endgeräte beeinflussen unseren Alltag und sind allgegenwärtig. Besonders die Vielfalt der Nutzungsmöglichkeiten entwickeln sich stetig weiter. Die meisten Funktionen dieser Geräte basieren auf der visuellen Informationsein- und Ausgabe. Hingegen sind die nicht-visuellen Aktionsmöglichkeiten weniger verbreitet. In der Bachelorarbeit werden darum die Parameter und die Symboldarstellung der nicht-visuellen Informationsausgabe untersucht. Des Weiteren wird eine Auswahl verschiedener Forschungsprojekte, externer Geräte und anwendungsbereiter Software vorgestellt, die sich größtenteils mit der Navigation besonders im Bezug auf Smartphones beschäftigt. Aus den gewonnenen Erkenntnissen ist die konzeptionelle Idee einer Navigationsanwendung für Smartphones entstanden. Im Bezug dazu ist eine denkbare Teststrecke im Elbsandsteingebirge für mögliche Experimente und Versuche vorgeschlagen worden, welche vielfältige Bereiche der Navigationsmöglichkeiten abdeckt. / Mobile devices are upiquitous these days and influence our everyday life dramatically, especially as the variety and use of applications is ever-evolving. However, most of the functions of these devices are based on input and output of visual information data. Non-visual features are not yet particularly common. This is why the different parameters and depictions of symbols of the non-visual data output type have been analysed in this paper. Moreover, there are some research projects, additional equipment and applications presented in here which are primarily concerned with the navigational functionality deployed by Smart phones. The study and research undertaken for this paper has lead to the creation of a concept for an application program which relates to navigational functionality based on smart phones. A test track in the Sächsische Schweiz National Parl, "Elbsandsteingebirge", has already been developed for the purpose of conducting further experiments in this area.

Das internationale Waldregime kann als Summe von Prinzipien, Normen, Prozeduren und Programmen verstanden werden, welche den Schutz und die Nutzung von Wäldern sowie die Rolle der einzelnen Akteure hierbei regeln sollen. Als Ergebnis des Erdgipfels von Rio 1992 wurden vielfältige Forderungen und Vorschläge für den Abbau von intragenerationalen (Stichwort Nord-Süd-Konflikt) und intergenerationalen Ungleichheiten erhoben. Die Erkenntnisse aus Fallstudien in mehreren asiatischen Ländern (Bangladesh, China, Indien, Nepal) deuten jedoch darauf hin, dass diese Ansätze oft nur wenig zur Lösung von Nutzungskonflikten um Waldressourcen auf der lokalen Ebene beitragen können. Gerade hier muss aber angesetzt werden, um Veränderungen im Hinblick auf die Stabilisierung des globalen Klimas herbeizuführen. / The international forest regime is characterised by principles, norms, procedures and programs, which follow the target to regulate forest conservation and use as well as to determine the role of involved actors. In the conclusions of the Rio-process many proposals with focus on the reduction of the intergenerational and intragenerational imbalances have been made. Case studies from some Asiatic countries (Bangladesh, China, India, Nepal, Vietnam) indicate, that the above mentioned global regulations hardly respond to questions of land use and forest use on a local level. Urgent actions and interventions are necessary on this local level to stabilise the global climate.

The study of recent hydrological variability of five selected karstic lakes ofthe Middle Atlas, Morocco, provides important information on the climatic, geological as well as morphological factors influencing the surface variability. In this work, on annual scale from 1984 - 2019, the dataset of Pekel et al.,2016 regarding permanent water areas and on seasonal, monthly scale from 2015 - 2020 with sentinel satellite imagery the lake areas were investigated. The determination of lake areas serves as a proxy for water volume. All lakes show a supra-regional fluctuation trend on both time scales, which is influenced by precipitation on an annual scale, prevailing temperatures on a seasonal scale, and follows a drying trend. In addition, Lake Ifrah, due to its largest catchment area as well as the geometry of the lake basin, is subject to the greatest fluctuations. Furthermore, there is evidence of a large groundwater reservoir under Lake Afourgagh and a small reservoir under Lake Aguelmame Azizga. In summary, among many still unknown influencing variables, the factors of lake size and geometry of the basin, elevation gradients, climatic parameters, shoreline morphology, catchment size and groundwater storage exert a visible influence on lake area fluctuations. The methodology used to determine lake areas on both time scales has been shown to be appropriate by comparison with other publications.

Pressure solution creep is a fundamental deformation mechanism in the upper crust. Overburden pressure that acts upon layers of sediment leaves grains densely packed. Nonhydrostatic stress distributed over the contacts between grains brings an enhancement effect on surface dissolution. As surface retreat over the contacts and hence grain repacking squeeze out pore water in the voids, the layers of sediment are deformed to become denser and denser. This work aims to identify what process slows down pressure solution creep over time. For this purpose, a new mechanistic model of pressure solution creep is developed, derived from the reaction rate law for nonhydrostatic dissolution kinetics under the hypothesis of a closed system. The present mechanistic model shows that (1) the creep rate goes down as a combined consequence of stress transfer across expanding contacts and concentration build-up in the interlayer of absorbed water; and (2) solute migration process acts as the primary rate-limiting process of pressure solution creep in the long run. This work then focuses on hydraulic evolution of channelling flow through a single deformable fracture which is simultaneously subjected to pressure solution creep. The developed 1-D reactive transport model is allowed to capture the strong interaction between channelling flow and pressure solution creep under crustal conditions. This numerical investigation provides a justified interpretation for the unusual experimental observation that fracture permeability reduction does not necessarily cause concentration enrichment. Temperature elevation contributes to accelerating the progression of pressure solution creep.

Infolge gravitativer Massenbewegungen sind aktuell weiträumige Flächen der ehemaligen Lausitzer Tagebaugebiete gesperrt. Um den zugrundeliegenden Verflüssigungsprozess der sandigen Innenkippenböden zu analysieren und auf granularer Ebene zu beschreiben, wurde in einem ersten Schritt das eindimensional-vertikale Verhalten einer wassergesättigten, locker gelagerten Granulatsäule untersucht. Unter Einbeziehung von Lageenergie, Kugelpackungen und Grenzflächen ließen sich daraus konzeptionelle Modelle und Hypothesen zur Abbildung der Verflüssigung und Reverfestigung von Fließsanden entwickeln. Die Ergebnisse der Untersuchungen legen nahe, dass die durch ein dynamisches Energieinitial ausgelöste Verflüssigung zur Horizontalverschiebung der Granulatkörner und damit zur Reduzierung der effektiven Spannungen sowie zur Porenwasserdruckerhöhung führt. Zudem lassen die Betrachtungen vermuten, dass der Absinkvorgang der Granulatkörner im Zuge der Reverfestigung an die Relativbewegung zwischen dem verdrängten Porenwasser und dem Schwebkornfilter der Granulatkorntextur gekoppelt ist. Die hierbei auftretende Filterströmung lässt sich durch das DARCY-Gesetz beschreiben. Da die wassergesättigte Grundwasserzone mancherorts von einer wasserungesättigten Überdeckungszone mit geringerer Durchlässigkeit überlagert werden kann, wurde in einem zweiten Schritt ein konzeptionelles Überdeckungsmodell erstellt, das die Wechselwirkungen zwischen den zwei Zonen nach einem Verflüssigungsereignis mit Fokus auf geohydraulische Zustandsparameter untersucht und gestützt auf drei idealisierte Basisprozesse charakterisiert. Im Zuge der Reverfestigung des verflüssigten Granulats kann sich unterhalb der ungesättigten Überdeckungszone eine Wasserlamelle bilden. Der sich daran anschließende instationäre Aufsättigungsvorgang der Überdeckungszone wurde mittels der numerischen Software HYDRUS-1D für verschiedene Szenarien analysiert und darauf aufbauend ein vereinfachtes Approximationsverfahren entwickelt, das die Aufsättigungsfront als vordringende, stabile, makroskopische Grenzfläche erfasst. Das temporäre Auftreten des verflüssigten Granulats sowie der Wasserlamelle tragen zur Verringerung der Kippenstabilität bei. Aufbauend auf dem Modellverständnis des eindimensional-vertikalen Verhaltens des Kippenkörpers wurden in einem weiteren Schritt verschiedene Untersuchungen zum rheologischen Verhalten der Lausitzer Innenkippensande durchgeführt. Mit Hilfe von Rotationsscherversuchen mittels eines Präzisionsrheometers konnte unter der Verwendung von Flügelrotoren eine funktionale Abhängigkeit zwischen dem Feststoffanteil und der Fließgrenze hergestellt werden. Darüber hinaus haben die Rotationsscherversuche gezeigt, dass der Feststoffanteil der Lausitzer Innenkippensande eine maßgebliche Rolle für deren rheologisches Fließverhalten spielt. Je größer der volumetrische Feststoffanteil des Fließsands im Ausgangszustand ist, desto größer sind auch die mit einer Fließbewegung einhergehenden Reibungskräfte zwischen den Granulatkörnern sowie die dadurch verursachten resultierenden Scherspannungen in der immersiven granularen Flüssigkeit. Weiterhin lassen die Ergebnisse der Rotationsversuche darauf schließen, dass die Art der dynamischen Anregung (impulsartig oder zyklisch) einen entscheidenden Einfluss auf das Verflüssigungs- und Reverfestigungsverhalten von wassergesättigten Fließsanden hat. Das dynamische Fließverhalten der Lausitzer Innenkippensande lässt sich mit den konventionellen rheologischen Modellen jedoch nicht vollständig beschreiben, da der Einfluss der komplexen Korninteraktionen bei dichten immersiven Granulaten den hydrodynamischen Einfluss der interpartikularen Flüssigkeit bei weitem übersteigt. Es ist dagegen möglich, das viskoplastische Fließverhalten der gleichförmigen, gerundeten, wassergesättigten Fließsande der Lausitzer Innenkippen mit den konzeptionellen Modellansätzen immersiver granularer Medien auf Basis von phänomenologischen rheologischen Gesetzmäßigkeiten abzubilden. Hierzu wurden weiterführende Fließversuche auf einer geneigten rauen Ebene durchgeführt. Es konnte dabei bestätigt werden, dass das rheologische Fließverhalten von Granulaten durch eine einzige dimensionslose Kennzahl, die Inertialzahl I, bestimmt wird. Somit lassen sich unterschiedliche gravitative Massenbewegungen der Lausitzer Tagebaurestlöcher innerhalb eines universellen rheologischen Modellkonzepts beschreiben. Hierzu zählen beispielsweise das dynamische Verhalten von trockenen Schüttungen, die zu erwartenden Abflachungen der subhydrischen Tagebauböschungen sowie die Fließsandströmung nach einer Verflüssigung. Summa summarum tragen die gebildeten konzeptionellen Modelle und darauf aufbauenden Hypothesen sowie die durchgeführten rheometrischen Rotationsscherversuche und rheologischen Fließversuche zu einem tieferen Verständnis des Verhaltens der Lausitzer Fließsande im Zusammenhang mit Verflüssigungsereignissen bei, was zur Vermeidung von Schadwirkungen sowie zur Entwicklung von effizienteren Sanierungsverfahren beitragen kann.:1 Einführung 1 1.1 Ansatzpunkt der Arbeit 1 1.2 Zielsetzung der Arbeit 3 1.3 Methoden der Arbeit 4 1.3.1 Literaturrecherche 4 1.3.2 Modellierung 4 1.3.3 Computersimulation 6 1.3.4 Laborversuche 6 1.4 Gliederung der Arbeit 7 2 Grundlagen 9 2.1 Rheologie 9 2.1.1 Grundlagen der Rheologie 9 2.1.1.1 Einordnung 9 2.1.1.2 Elastizität 10 2.1.1.3 Plastizität 10 2.1.1.4 Viskosität 11 2.1.2 Rheologische Modelle 14 2.1.2.1 Rheologische Grundmodelle 14 2.1.2.2 Zusammengesetzte Modellkörper 15 2.1.2.3 Nichtlineare rheologische Modellansätze 17 2.1.3 Rheometrie 17 2.2 Granulare Medien 18 2.2.1 Definition 18 2.2.2 Entstehung 19 2.2.3 Granulometrie 19 2.2.4 Physikalische Beschreibung 20 2.2.5 Interpartikulare Kräfte 20 2.3 Granulare Feststoffe 21 2.3.1 Granulare Packungen 21 2.3.2 Nichtimmersive granulare Feststoffe 22 2.3.2.1 Kräftenetzwerk 22 2.3.2.2 Spannungsansatz der Kontinuumsmechanik 24 2.3.2.3 Plastisches Verhalten 24 2.3.3 Immersive granulare Feststoffe 27 2.3.3.1 DARCY-Filterströmung 27 2.3.3.2 Grenzen des DARCY-Gesetzes 29 2.3.3.3 Spannungen nach TERZAGHI 30 2.3.4 Teilimmersive granulare Feststoffe 30 2.3.4.1 Einteilung des unterirdischen Wassers 30 2.3.4.2 Mobilitätsbereiche 32 2.3.4.3 Hydraulische Zustandsgleichung 34 2.3.4.4 Durchlässigkeit 37 2.3.4.5 Kapillarität 39 2.3.4.6 Spannungen nach BISHOP 41 2.4 Granulare Flüssigkeiten 42 2.4.1 Untersuchungs- und Messmethoden 43 2.4.2 Nichtimmersive granulare Flüssigkeiten 44 2.4.2.1 Dimensionsanalyse 44 2.4.2.2 Rheologische Stoffgesetze 47 2.4.2.3 Rheologie komplexer Granulate 48 2.4.2.4 Strömung auf einer geneigten Ebene 49 2.4.2.5 Grenzen der phänomenologischen Rheologie 52 2.4.2.6 Tiefengemittelte Fließgleichungen 53 2.4.2.7 Segregation in granularen Strömungen 55 2.4.3 Immersive granulare Flüssigkeiten 57 2.4.3.1 Granulare Rutschungen 57 2.4.3.2 Granulare Medien und Suspensionen 58 2.4.3.3 Druckgesteuerte Rheologie 59 2.4.3.4 Volumengesteuerte Rheologie 62 2.4.3.5 Aktuelle wissenschaftliche Studien 64 3 Verflüssigung und Reverfestigung 66 3.1 Verhalten ohne ungesättigte Überdeckung 66 3.1.1 Grundlagen 66 3.1.2 Lageenergie 67 3.1.2.1 Lageenergieintegral 68 3.1.2.2 Reverfestigungsmodell 68 3.1.3 Kugelpackungen 70 3.1.3.1 Schichtmodell 70 3.1.3.2 Validierung des Schichtmodells 72 3.1.4 Grenzflächen 73 3.1.4.1 Säulenmodell 74 3.1.4.2 Filtermodell 75 3.1.4.3 Zonenmodell 76 3.1.4.4 Intensive und extensive Modellvariablen 77 3.1.5 Hypothesen 78 3.1.5.1 Höhenkonstanz 79 3.1.5.2 Dichte 79 3.1.5.3 Volumenstromdichte 79 3.1.5.4 Durchlässigkeitsbeiwert 80 3.1.5.5 Porenwasserüberdruck 80 3.1.5.6 Reverfestigungsdauer 81 3.1.5.7 Wasserbilanz 81 3.2 Verhalten mit ungesättigter Überdeckung 82 3.2.1 Grundlagen 82 3.2.2 Konzeptionelles Überdeckungsmodell 83 3.2.2.1 Modellstruktur 83 3.2.2.2 Geohydraulische Zustandsgrößen 84 3.2.2.3 Bodenmechanische Zustandsgrößen 85 3.2.2.4 Prozesse und Zustände 85 3.2.3 Verflüssigung und Reverfestigung der Grundwasserzone (Prozess I) 86 3.2.4 Aufsättigung der Überdeckungszone (Prozess II) 87 3.2.4.1 Berechnungsmethodik und Pre-Processing in HYDRUS-1D 88 3.2.4.2 Post-processing in HYDRUS-1D 88 3.2.4.3 Berücksichtigung von Niederschlag 92 3.2.4.4 Numerisches Approximationsverfahren 94 3.2.5 Absinkvorgang der Überdeckungszone (Prozess III) 97 4 Granulare Rheologie 99 4.1 Versuchsgranulate 99 4.1.1 Mikroglaskugeln 99 4.1.2 Fließsand 99 4.1.3 Durchlässigkeit 102 4.2 Rotationsversuche 105 4.2.1 Grundlagen 105 4.2.1.1 Messung der Fließgrenze 105 4.2.1.2 Messung der Viskosität 109 4.2.2 Rotationsrheometer zur eigenen Versuchsdurchführung 110 4.2.3 Eigene Versuche zur Fließgrenze 111 4.2.4 Eigene Versuche zur Fließkurve 117 4.2.5 Eigene Versuche zur Reverfestigung 120 4.3 Fließversuche 122 4.3.1 Grundlagen 123 4.3.2 Aufbau der eigenen Fließversuche 129 4.3.3 Auswertung der eigenen Fließversuche 132 4.3.3.1 Kalibrierung 132 4.3.3.2 Front Tracking 133 4.3.3.3 Particle Tracking 134 4.3.3.4 Höhenmessung 135 4.3.3.5 Genauigkeit 135 4.3.3.6 Auswertung 136 4.3.4 Strömungskonfiguration Luft-Luft 136 4.3.5 Strömungskonfiguration Wasser-Wasser 140 4.3.6 Strömungskonfiguration Wasser-Luft 144 5 Zusammenfassung und Ausblick 148 LITERATURVERZEICHNIS I ABBILDUNGSVERZEICHNIS XIX TABELLENVERZEICHNIS XXV SYMBOLVERZEICHNIS XXVI ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS XXXVI / Large areas of former Lusatian opencast pits have recently become inaccessible due to gravitational mass movements. To understand the underlying liquefaction process of the overburden dump sand and to describe it on a granular scale, the one-dimensional vertical behaviour of a saturated, loosely packed column was studied. Considering elevation energy, sphere packing and interfaces, several conceptual models and hypotheses for describing the liquefaction and resolidification of quicksand were developed. The analyses suggest that liquefaction leads to horizontal grain movement and thus to effective stress reduction and increases in pore water pressure. Furthermore, it is hypothesized that grain settlement during the resolidification phase is linked to the relative movement between displaced pore water and the suspended grain filter of the granulate structure. The filter flow can be described by DARCY’s law. Since the water-saturated groundwater zone can be overlaid by a water-unsaturated cover zone with lower permeability, a conceptual cover model was designed, which examines the interactions between the two zones with focus on geohydraulic state parameters and characterises them based on three main processes. Due to the resolidification of the liquefied quicksand, a water lamella can form below the unsaturated cover zone. Based on HYDRUS-1D simulations, a numerical approach was developed for the subsequent transient saturation of the cover, which treats the saturation front as an advancing stable macroscopic interface. The temporary appearance of the liquefied quicksand and the water lamella reduces stability of the inner overburden dump. Based on the understanding of the one-dimensional vertical granular behaviour, various investigations on the rheological behaviour of the Lausatian inner overburden dump sands were carried out. With the help of rotational shear tests by means of a precision rheometer, a functional dependence between solid content and yield stress could be established using vane rotors. Furthermore, it could be shown that the solid content plays a decisive role for the rheological flow behaviour of the Lausatian quicksand. The greater the solid content in its initial state, the greater are the frictional forces between the grains associated with flow movement as well as the resulting shear stresses in the immersive granular liquid. Moreover, the results suggest that the type of dynamic excitation (pulsed or cyclic) has a significant influence on the liquefaction and resolidification behaviour of water-saturated quicksands. However, the dynamic flow behaviour of the Lusatian inner overburden dump sands cannot completely be described by conventional rheological models, since the influence of the complex grain interactions in dense immersive granular media exceeds the hydrodynamic influence of the interparticulate fluid. In contrast, it is possible to model the viscoplastic flow behaviour of the uniform, rounded, water-saturated Lusatian inner overburden dump sands with the conceptual model approaches of immersive granular media based on phenomenological rheological laws. For this purpose, further flow tests were carried out on an inclined rough plane. It was confirmed that the rheological flow behaviour of granular media is determined by a single dimensionless number, the inertial number I. Thus, the different gravitational mass movements of the former Lusatian opencast pits can be described within an universal rheological model concept. This includes, for example, the dynamic behaviour of dry deposits, the expected flattening of the subhydric mine slopes and the flow of the water-saturated quicksand after liquefaction. In all, the conceptual models and hypotheses as well as the rheometric rotational shear tests and rheological flow tests contribute to a deeper understanding of the behaviour of Lusatian quicksand in connection with liquefaction events, which helps to avoid harmful effects and to develop more efficient remediation methods.:1 Einführung 1 1.1 Ansatzpunkt der Arbeit 1 1.2 Zielsetzung der Arbeit 3 1.3 Methoden der Arbeit 4 1.3.1 Literaturrecherche 4 1.3.2 Modellierung 4 1.3.3 Computersimulation 6 1.3.4 Laborversuche 6 1.4 Gliederung der Arbeit 7 2 Grundlagen 9 2.1 Rheologie 9 2.1.1 Grundlagen der Rheologie 9 2.1.1.1 Einordnung 9 2.1.1.2 Elastizität 10 2.1.1.3 Plastizität 10 2.1.1.4 Viskosität 11 2.1.2 Rheologische Modelle 14 2.1.2.1 Rheologische Grundmodelle 14 2.1.2.2 Zusammengesetzte Modellkörper 15 2.1.2.3 Nichtlineare rheologische Modellansätze 17 2.1.3 Rheometrie 17 2.2 Granulare Medien 18 2.2.1 Definition 18 2.2.2 Entstehung 19 2.2.3 Granulometrie 19 2.2.4 Physikalische Beschreibung 20 2.2.5 Interpartikulare Kräfte 20 2.3 Granulare Feststoffe 21 2.3.1 Granulare Packungen 21 2.3.2 Nichtimmersive granulare Feststoffe 22 2.3.2.1 Kräftenetzwerk 22 2.3.2.2 Spannungsansatz der Kontinuumsmechanik 24 2.3.2.3 Plastisches Verhalten 24 2.3.3 Immersive granulare Feststoffe 27 2.3.3.1 DARCY-Filterströmung 27 2.3.3.2 Grenzen des DARCY-Gesetzes 29 2.3.3.3 Spannungen nach TERZAGHI 30 2.3.4 Teilimmersive granulare Feststoffe 30 2.3.4.1 Einteilung des unterirdischen Wassers 30 2.3.4.2 Mobilitätsbereiche 32 2.3.4.3 Hydraulische Zustandsgleichung 34 2.3.4.4 Durchlässigkeit 37 2.3.4.5 Kapillarität 39 2.3.4.6 Spannungen nach BISHOP 41 2.4 Granulare Flüssigkeiten 42 2.4.1 Untersuchungs- und Messmethoden 43 2.4.2 Nichtimmersive granulare Flüssigkeiten 44 2.4.2.1 Dimensionsanalyse 44 2.4.2.2 Rheologische Stoffgesetze 47 2.4.2.3 Rheologie komplexer Granulate 48 2.4.2.4 Strömung auf einer geneigten Ebene 49 2.4.2.5 Grenzen der phänomenologischen Rheologie 52 2.4.2.6 Tiefengemittelte Fließgleichungen 53 2.4.2.7 Segregation in granularen Strömungen 55 2.4.3 Immersive granulare Flüssigkeiten 57 2.4.3.1 Granulare Rutschungen 57 2.4.3.2 Granulare Medien und Suspensionen 58 2.4.3.3 Druckgesteuerte Rheologie 59 2.4.3.4 Volumengesteuerte Rheologie 62 2.4.3.5 Aktuelle wissenschaftliche Studien 64 3 Verflüssigung und Reverfestigung 66 3.1 Verhalten ohne ungesättigte Überdeckung 66 3.1.1 Grundlagen 66 3.1.2 Lageenergie 67 3.1.2.1 Lageenergieintegral 68 3.1.2.2 Reverfestigungsmodell 68 3.1.3 Kugelpackungen 70 3.1.3.1 Schichtmodell 70 3.1.3.2 Validierung des Schichtmodells 72 3.1.4 Grenzflächen 73 3.1.4.1 Säulenmodell 74 3.1.4.2 Filtermodell 75 3.1.4.3 Zonenmodell 76 3.1.4.4 Intensive und extensive Modellvariablen 77 3.1.5 Hypothesen 78 3.1.5.1 Höhenkonstanz 79 3.1.5.2 Dichte 79 3.1.5.3 Volumenstromdichte 79 3.1.5.4 Durchlässigkeitsbeiwert 80 3.1.5.5 Porenwasserüberdruck 80 3.1.5.6 Reverfestigungsdauer 81 3.1.5.7 Wasserbilanz 81 3.2 Verhalten mit ungesättigter Überdeckung 82 3.2.1 Grundlagen 82 3.2.2 Konzeptionelles Überdeckungsmodell 83 3.2.2.1 Modellstruktur 83 3.2.2.2 Geohydraulische Zustandsgrößen 84 3.2.2.3 Bodenmechanische Zustandsgrößen 85 3.2.2.4 Prozesse und Zustände 85 3.2.3 Verflüssigung und Reverfestigung der Grundwasserzone (Prozess I) 86 3.2.4 Aufsättigung der Überdeckungszone (Prozess II) 87 3.2.4.1 Berechnungsmethodik und Pre-Processing in HYDRUS-1D 88 3.2.4.2 Post-processing in HYDRUS-1D 88 3.2.4.3 Berücksichtigung von Niederschlag 92 3.2.4.4 Numerisches Approximationsverfahren 94 3.2.5 Absinkvorgang der Überdeckungszone (Prozess III) 97 4 Granulare Rheologie 99 4.1 Versuchsgranulate 99 4.1.1 Mikroglaskugeln 99 4.1.2 Fließsand 99 4.1.3 Durchlässigkeit 102 4.2 Rotationsversuche 105 4.2.1 Grundlagen 105 4.2.1.1 Messung der Fließgrenze 105 4.2.1.2 Messung der Viskosität 109 4.2.2 Rotationsrheometer zur eigenen Versuchsdurchführung 110 4.2.3 Eigene Versuche zur Fließgrenze 111 4.2.4 Eigene Versuche zur Fließkurve 117 4.2.5 Eigene Versuche zur Reverfestigung 120 4.3 Fließversuche 122 4.3.1 Grundlagen 123 4.3.2 Aufbau der eigenen Fließversuche 129 4.3.3 Auswertung der eigenen Fließversuche 132 4.3.3.1 Kalibrierung 132 4.3.3.2 Front Tracking 133 4.3.3.3 Particle Tracking 134 4.3.3.4 Höhenmessung 135 4.3.3.5 Genauigkeit 135 4.3.3.6 Auswertung 136 4.3.4 Strömungskonfiguration Luft-Luft 136 4.3.5 Strömungskonfiguration Wasser-Wasser 140 4.3.6 Strömungskonfiguration Wasser-Luft 144 5 Zusammenfassung und Ausblick 148 LITERATURVERZEICHNIS I ABBILDUNGSVERZEICHNIS XIX TABELLENVERZEICHNIS XXV SYMBOLVERZEICHNIS XXVI ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS XXXVI

This thesis focuses on land degradation in the hinterland of Rio de Janeiro, part of the highly endangered Brazilian Atlantic Forest biome. Forest and pasture degradation are of outmost concern in the region. Thus, the main objective of this work is to provide a methodology to identify areas that fulfill the aim of increasing forest area, improving forest quality and reducing overall pasture degradation. Therefore, this work presents an approach for high-resolution land cover and pasture degradation mapping as well as an approach for prioritizing reforestation sites. Based on the prioritized land, forest scenarios are modelled and evaluated. Outcomes of this work include the recommendation to restrict land use on slopes above 10° and theoretical considerations to adapt compensatory payments for reforestation based on the priorities of the identified sites. Methods used in this work encompass image fusion using RandomForest regression, Land Cover Classification with the RandomForest classifier and Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) and field methods for pasture degradation mapping.:LIST OF FIGURES XVII LIST OF TABLES XIX LIST OF ABBREVIATIONS XXI 1 INTRODUCTION 1 1.1 PROBLEM IDENTIFICATION 1 1.2 RESEARCH OBJECTIVES AND QUESTIONS 3 1.3 VALUE OF THE RESEARCH 5 1.4 STRUCTURE 6 2 CONCEPTUAL BACKGROUND 7 2.1 LAND DEGRADATION 7 2.1.1 Definition of Land Degradation 7 2.1.2 Forest Fragmentation 9 2.1.3 Pasture Degradation 14 2.2 REMOTE SENSING FUNDAMENTALS 16 2.2.1 Optical Remote Sensing 16 2.2.2 Image Classification and Land Cover Mapping 20 2.2.3 Vegetation Discrimination 22 2.2.4 Digital Elevation Model (DEM) Applications 24 2.3 LANDSCAPE METRICS 25 3 STUDY AREA 27 3.1 LOCATION 27 3.2 PHYSICAL ENVIRONMENT 28 3.3 HUMAN ENVIRONMENT 32 4 PART (A): STATE OF THE ART 39 4.1 LAND DEGRADATION IN THE GUAPI-MACACU WATERSHED 40 4.1.1 Forest Fragmentation 40 4.1.2 Pasture Degradation 42 4.2 REMOTE SENSING-BASED LAND DEGRADATION ASSESSMENTS 46 4.2.1 Forest Monitoring in the Brazilian Atlantic Forest Biome 49 4.2.2 Pasture Degradation Mapping 51 4.3 POLICIES AND PROGRAM WITH RELEVANCE TO CONSERVATION AND REFORESTATION PROJECTS IN BRAZIL 54 4.3.1 International Programs, Schemes and Intitiatives 54 4.3.2 National Environmental Policies and Programs 58 4.3.3 Policies and Programs with Focus on the Brazilian Atlantic Forest 64 4.3.4 State-based Regulations in the Rio de Janeiro Federal State 65 4.4 LAND REHABILITATION AND REFORESTATION EFFORTS IN THE RJ FEDERAL STATE 66 4.4.1 Pasture Rehabilitation 66 4.4.2 Forest Restoration 67 5 MATERIAL AND METHODS 71 5.1 GEODATA AND SOFTWARE 71 5.2 PART (B): LAND COVER AND PASTURE DEGRADATION MAPPING 73 5.2.1 Field Survey of Degraded Pastures 73 5.2.2 Satellite Data Processing 75 5.2.3 Hot Spot Analysis 86 5.2.4 Relation of Slope Angle and Degradation Class 87 5.3 PART (C): PRIORITIZATION OF REFORESTATION SITES 87 5.3.1 Preliminary Study 88 5.3.2 Spatial Multi-Criteria Evaluation (SMCE) 90 5.3.3 Forest Scenario Development and Evaluation Using Landscape Metrics 94 6 RESULTS 97 6.1 PART (B): MAPPING OF PASTURE DEGRADATION 97 6.1.1 Categorization of Pasture Degradation 97 6.1.2 High-resolution SWIR band modelling 99 6.1.3 Land Cover Classification with Random Forests 101 6.1.4 Pasture Degradation Mapping Using Spectral Mixture Analysis and Field Data 103 6.1.5 Hot Spot Analysis of Pasture Degradation 106 6.1.6 Slope Influence on Pasture Degradation 107 6.2 PART (C): PRIORITIZATION OF REFORESTATION SITES USING SMCE 109 6.2.1 Characteristics of the Prioritized Areas 109 6.2.2 Forest Scenarios 113 7 DISCUSSION 117 7.1 PART (A/B): ASSESSMENT OF THE STATUS OF LAND DEGRADATION IN THE GUAPI-MACACU WATERSHED 117 7.2 PART (B): METHODOLOGICAL APPROACH FOR PASTURE DEGRADATION MAPPING 119 7.2.1 Satellite images for high-resolution LCC 119 7.2.2 High-resolution SWIR Band Modelling 120 7.2.3 Land Cover Classification 121 7.2.4 Pasture Degradation Mapping Approach 122 7.3 PART (C): SPATIAL PRIORITIZATION FOR REFORESTATION MEASURES 125 7.3.1 Identification of Priority Sites 125 7.3.2 Forest Scenarios 127 8 CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS 131 9 OUTLOOK 135 REFERENCES 137 ANNEX I / Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Landdegradation im Hinterland von Rio de Janeiro, Teil des stark gefährdeten brasilianischen Atlantikwaldbioms. Wald- und Weidedegradation zählt zu den Hauptproblemen in der Region. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist daher die Bereitstellung einer Methodik, um Flächen zu identifizieren, die zur Vergrößerung der Waldfläche und Verbesserung der Waldqualität sowie gleichzeitiger Verminderung degradierter Weiden beitragen. Aus diesem Grund stellt diese Arbeit einen Ansatz für eine hochauflösende Kartierung der Landbedeckung und der Weidedegradation sowie einen Ansatz für die Priorisierung von Wiederaufforstungs-gebieten vor. Auf der Grundlage der priorisierten Flächen werden Waldszenarien modelliert und bewertet. Ergebnisse dieser Arbeit beinhalten u.a. die Empfehlung zur Einschränkung der Landnutzung auf Hängen über 10° und theoretische Überlegungen zur Anpassung der Ausgleichszahlungen für die Wiederaufforstung auf der Grundlage der Prioritäten der Standorte. Die in dieser Arbeit verwendeten Methoden umfassen Bildfusion mittels RandomForests Regression, die hochauflösende Ableitung der Landbedeckung unter Verwendung des RandomForests Klassifiizierers, sowie spektrale Entmischung mittels Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis (MESMA) und Feldmethoden für die Kartierung des Weidezustands.:LIST OF FIGURES XVII LIST OF TABLES XIX LIST OF ABBREVIATIONS XXI 1 INTRODUCTION 1 1.1 PROBLEM IDENTIFICATION 1 1.2 RESEARCH OBJECTIVES AND QUESTIONS 3 1.3 VALUE OF THE RESEARCH 5 1.4 STRUCTURE 6 2 CONCEPTUAL BACKGROUND 7 2.1 LAND DEGRADATION 7 2.1.1 Definition of Land Degradation 7 2.1.2 Forest Fragmentation 9 2.1.3 Pasture Degradation 14 2.2 REMOTE SENSING FUNDAMENTALS 16 2.2.1 Optical Remote Sensing 16 2.2.2 Image Classification and Land Cover Mapping 20 2.2.3 Vegetation Discrimination 22 2.2.4 Digital Elevation Model (DEM) Applications 24 2.3 LANDSCAPE METRICS 25 3 STUDY AREA 27 3.1 LOCATION 27 3.2 PHYSICAL ENVIRONMENT 28 3.3 HUMAN ENVIRONMENT 32 4 PART (A): STATE OF THE ART 39 4.1 LAND DEGRADATION IN THE GUAPI-MACACU WATERSHED 40 4.1.1 Forest Fragmentation 40 4.1.2 Pasture Degradation 42 4.2 REMOTE SENSING-BASED LAND DEGRADATION ASSESSMENTS 46 4.2.1 Forest Monitoring in the Brazilian Atlantic Forest Biome 49 4.2.2 Pasture Degradation Mapping 51 4.3 POLICIES AND PROGRAM WITH RELEVANCE TO CONSERVATION AND REFORESTATION PROJECTS IN BRAZIL 54 4.3.1 International Programs, Schemes and Intitiatives 54 4.3.2 National Environmental Policies and Programs 58 4.3.3 Policies and Programs with Focus on the Brazilian Atlantic Forest 64 4.3.4 State-based Regulations in the Rio de Janeiro Federal State 65 4.4 LAND REHABILITATION AND REFORESTATION EFFORTS IN THE RJ FEDERAL STATE 66 4.4.1 Pasture Rehabilitation 66 4.4.2 Forest Restoration 67 5 MATERIAL AND METHODS 71 5.1 GEODATA AND SOFTWARE 71 5.2 PART (B): LAND COVER AND PASTURE DEGRADATION MAPPING 73 5.2.1 Field Survey of Degraded Pastures 73 5.2.2 Satellite Data Processing 75 5.2.3 Hot Spot Analysis 86 5.2.4 Relation of Slope Angle and Degradation Class 87 5.3 PART (C): PRIORITIZATION OF REFORESTATION SITES 87 5.3.1 Preliminary Study 88 5.3.2 Spatial Multi-Criteria Evaluation (SMCE) 90 5.3.3 Forest Scenario Development and Evaluation Using Landscape Metrics 94 6 RESULTS 97 6.1 PART (B): MAPPING OF PASTURE DEGRADATION 97 6.1.1 Categorization of Pasture Degradation 97 6.1.2 High-resolution SWIR band modelling 99 6.1.3 Land Cover Classification with Random Forests 101 6.1.4 Pasture Degradation Mapping Using Spectral Mixture Analysis and Field Data 103 6.1.5 Hot Spot Analysis of Pasture Degradation 106 6.1.6 Slope Influence on Pasture Degradation 107 6.2 PART (C): PRIORITIZATION OF REFORESTATION SITES USING SMCE 109 6.2.1 Characteristics of the Prioritized Areas 109 6.2.2 Forest Scenarios 113 7 DISCUSSION 117 7.1 PART (A/B): ASSESSMENT OF THE STATUS OF LAND DEGRADATION IN THE GUAPI-MACACU WATERSHED 117 7.2 PART (B): METHODOLOGICAL APPROACH FOR PASTURE DEGRADATION MAPPING 119 7.2.1 Satellite images for high-resolution LCC 119 7.2.2 High-resolution SWIR Band Modelling 120 7.2.3 Land Cover Classification 121 7.2.4 Pasture Degradation Mapping Approach 122 7.3 PART (C): SPATIAL PRIORITIZATION FOR REFORESTATION MEASURES 125 7.3.1 Identification of Priority Sites 125 7.3.2 Forest Scenarios 127 8 CONCLUSION AND RECOMMENDATIONS 131 9 OUTLOOK 135 REFERENCES 137 ANNEX I

Die Flächeninanspruchnahme liegt im Vierjahresdurchschnitt der Jahre 2011 bis 2014 mit 69 Hektar pro Tag immer noch mehr als doppelt so hoch wie von der Bundesregierung vor 14 Jahren in der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie festgelegt. Vor dem Hintergrund des 30-Hektar-Zieles hat die Bundesregierung in den Koalitionsverträgen der 17. und 18. Legislaturperiode vereinbart, gemeinsam mit den Städten und Gemeinden den kommunalen Handel mit Flächenzertifikaten in einem Modellversuch zu erproben. Der vom Umweltbundesamt beauftragte Modellversuch wurde als Planspiel durchgeführt. Kernstück des Planspiels war ein praxisnahes kontrolliertes Feldexperiment, an dem sich 87 Kommunen beteiligten. In diesem Feldexperiment simulierten die teilnehmenden Kommunen für eigene, real geplante Baugebiete den Flächenzertifikatehandel über einen Zeitraum von 15 Jahren (2014-2028) mittels einer Online-Plattform. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Flächenhandelssystem in der Lage ist, die Flächenneuinanspruchnahme effektiv zu verringern. Flächensparziele lassen sich zudem im Verbund aus Planung und flexibler Mengensteuerung effizient erreichen. Die Kommunen konnten die überörtlichen Mengenvorgaben durch den Kauf und Verkauf von Zertifikaten flexibel vor Ort umsetzen. Insgesamt belegen die Ergebnisse, dass ein Flächenhandelssystem geeignet ist, eine nachhaltige Siedlungsentwicklung zu fördern und Kommunalfinanzen zu entlasten.