PAStECA: Historical Aerial Photographs and Archives to Assess Environmental Changes in Central Africa

PAStECA

Het studiegebied van het project PAStECA (2017-2021) omvat de westelijke tak van het Oost-Afrikaanse riftsysteem (Oost-Congo, Rwanda, Burundi), een regio met een snel groeiende bevolking. Ondanks de soms verwoestende invloed van de mens op zijn omgeving, blijven de interacties tussen demografie, veranderingen in landgebruik en bodembedekking, en bodemdegradatie in de regio grotendeels onbestudeerd. Een beperkende factor voor dergelijk onderzoek is het gebrek aan historische gegevens.

Het KMMA bezit een uitgebreide collectie historische luchtfoto's en archieven die teruggaan tot de jaren 1950. Na omzetting van de analoge foto's in een digitaal formaat, ontwikkelen we kaarten van landgebruik en landbedekking (LULC) voor de regio tussen 1950 en vandaag. Deze LULC-kaarten maken de karakterisering mogelijk van de verbanden tussen de mens en processen van landdegradatie zoals aardverschuivingen, ontbossing en erosie.

Terzelfder tijd dienen de resultaten van PAStECA als indicator voor het nut van deze archieven in de context van modern wetenschappelijk onderzoek. Zij zullen duidelijk maken of de investering in het digitaliseren van de historische luchtfoto's gerechtvaardigd is in de context van het onderzoek.

Ruzizi

OBJECTIEF

De omzetting van natuurgebieden in door de mens gedomineerde landschappen, bijvoorbeeld door stadsuitbreiding of uitbreiding van de landbouw, is een belangrijke component van de wereldwijde milieuverandering. Deze door de mens veroorzaakte veranderingen van het milieu kunnen bijvoorbeeld gevolgen hebben voor de biodiversiteit, het klimaat en de terugkoppeling van het landoppervlak, en de aantasting van bodem en landschap. Naast deze veranderingen veranderen veranderingen in de bodembedekking ook de ecosysteemdiensten. Het beoordelen van de processen van veranderingen in landgebruik en bodembedekking (LULC) en mogelijke toekomstscenario's is van het grootste belang als we duurzaamheid willen integreren in ontwikkelingsstrategieën, ecosysteembeheer en ruimtelijke ordening, met name voor ontwikkelingslanden waar het tempo van LULC-veranderingen het hoogst is.

Om de complexiteit van veranderingen en subtiele wijzigingen in LULC te kwantificeren en te begrijpen, heeft een nauwkeurige beschrijving van vroegere LULC-omstandigheden en recente veranderingen op een tijdschaal van meerdere decennia een belangrijke toegevoegde waarde. De documentatie van langetermijntrajecten van LULC-veranderingen kan namelijk belangrijke nieuwe inzichten opleveren omdat het belang van sommige drijvende krachten achter LULC-veranderingen, zoals demografische groei en plattelands-urbane migratie, pas duidelijk wordt over een voldoende lange tijdspanne en het relatieve belang van drijvende krachten achter LULC-veranderingen op dergelijke tijdschalen aanzienlijk verandert.
Voor de minst ontwikkelde gebieden van de wereld zijn er echter vrijwel geen voldoende lange, meerjarige gegevens over LULC-veranderingen. Dit belangrijke gebrek is niet gemakkelijk op te vullen: wereldwijde en regionale LULC-evaluaties op basis van de eerste satellietgegevens uit de jaren 70 en 80 bieden een ruimtelijke resolutie die vaak te grof is voor dit doel en de satellietgegevens met zeer hoge resolutie kwamen in het beste geval pas eind jaren 90 beschikbaar. Het gebruik van historische zwart-wit luchtfoto's biedt de mogelijkheid een langer tijdsbestek te bestuderen. Dergelijke foto's vertonen uitstekende ruimtelijke details die ze geschikt maken voor het bestuderen van bijvoorbeeld uiteenlopende onderwerpen als bosovergang, aardverschuivingsdynamiek, bodemerosie en stadsuitbreiding.

De algemene doelstelling van het PAStECA-project bestaat erin het belang en de toegevoegde waarde aan te tonen van archiefdocumenten voor studies over hedendaagse problemen in gebieden waar geen basisstudies voorhanden zijn. In dit geval zullen luchtfoto's en archieven van het KMMA dienen ter ondersteuning van studies over hedendaagse milieuveranderingen in tropische gebieden in Centraal-Afrika. De nadruk van de milieuthema's ligt op de spatio-temporele dynamiek van LULC-veranderingen. Het project heeft betrekking op landbezetting en -demografie, landdegradatie, hellingprocessen en geohazards.

  • De eerste specifieke doelstelling is het produceren van geolokaliseerde digitale producten van de historische foto's en archieven die gebruikt kunnen worden voor LULC-studies in het algemeen.
  • De tweede specifieke doelstelling van dit project is om met behulp van deze digitale producten de oorzaken, effecten, schalen en trends van de LULC en de veranderingen daarin in de context van de aantasting van het milieu te onderzoeken.
  • De derde specifieke doelstelling is gewijd aan het verbeteren van de toegankelijkheid van digitale producten met betrekking tot historische foto's, archieven en LULC-veranderingen die beschikbaar zijn voor zowel de internationale wetenschappelijke gemeenschap als het grote publiek om de exploitatie ervan te bevorderen.

 

Bukavu 1959

Bukavu in 1959

 

STUDIEGEBIED

Het studiegebied is beperkt tot de tropische bergmilieus van de westelijke tak van het Oost-Afrikaanse Rift. Dit gebied loopt van de noordelijke Tanganyika riftzone in het zuiden tot de vulkanische provincie Virunga in het noorden. De LULC-evolutie ervan is zeer interessant om te bestuderen vanwege de combinatie van de volgende natuurlijke en menselijke kenmerken:

  • Het gebied heeft een van de hoogste bevolkingsdichtheden van Afrika, de stadsuitbreiding gaat zeer snel en de antropogene druk is hoog (in Rwanda bijvoorbeeld is de bevolkingsdichtheid gestegen van 183 inwoners/km2 in 1978 tot 415 inwoners/km2 in 2012, terwijl de dichtheid voor het hele continent slechts 39 inwoners/km2 bedraagt). Bukavu, Bujumbura en Goma zijn steden met elk ongeveer 800.000 inwoners, terwijl er in de koloniale periode slechts enkele duizenden in deze steden woonden. Die bevolkingstoename heeft een drastisch effect in de stedelijke gebieden, maar ook op het platteland, waar landconflicten een reëel probleem vormen;
  • Een grote meerderheid van de bevolking is afhankelijk van de landbouw;
  • Een aanzienlijk deel van de bevolking is direct of indirect verbonden met de mijnbouwsector en beide dragen bij tot de bodemdegradatie;
  • Het gebied ligt op de grens tussen drie landen (met een verschillend bestuursbeleid en verschillende sociaal-economische kenmerken);
  • Het landschap is divers (bergen, meren, rivieren, vulkanen) en de bodem en het klimaat zijn zeer gunstig voor uitbreiding van de landbouw;
  • Het gebied is getroffen door jarenlange conflicten die op hun beurt de sociaal-economische ontwikkeling in gevaar brengen en de LULC beïnvloeden (migratie, landdruk op natuurparken, mijnbestrijding);
  • Natuurlijke uitlokkende en predisponerende factoren zoals zware regenval, tektonische activiteit en steile topografie bevorderen het optreden van aardverschuivingen en bodemerosieprocessen (waaronder grote geulen). Bovendien zijn Nyamulagira en Nyiragongo twee zeer actieve vulkanen en een bron van verschillende gevaren (lavastroom, vrijkomen van giftig gas). Vooral het vulkaanrisico en de lavastromen zetten de ruimtelijke ordening in de regio van Goma nog meer onder druk;
  • Het KMMA heeft de afgelopen tien jaar een zeer grote expertise over de regio opgebouwd en heeft voor vergelijkbare omgevingen ongekende gegevensbestanden verzameld;
  • Het KMMA en de ULB hebben in het kader van het GeoRisCA-project een uitgebreid netwerk uitgebouwd waarbij lokale instellingen en het maatschappelijk middenveld betrokken zijn.

PAStECA studiegebied 

PASTECA study area

 

METHODE

TOm de doelstellingen van PAStECA te bereiken, is het project onderverdeeld in 9 werkpakketten (WP's). De verantwoordelijkheid voor elk pakket is toegewezen aan 1 of meer partners (KMMA, KUL of ULB).

PASTECA workpackages

Er zijn drie transversale WP's: WP 1 levert de basisgegevens die de hoeksteen vormen van het project, WP 8 integreert, via verschillende modelbenaderingen, de resultaten van de andere WP's, en WP 9 betreft de verspreiding op het web van de gegeorefereerde historische gegevens en de geproduceerde kaarten om de gegevens te delen met de wetenschappelijke gemeenschap in het algemeen en het grote publiek, beleidsmakers en landbeheerders bewust te maken van het belang van veranderingen in landgebruik.

De andere WP's zijn georganiseerd in twee verwante groepen, waarvan de eerste zich richt op de productie van een digitale collectie met georeferentie rechtstreeks uit de bij MRAC beschikbare historische gegevens en de productie van afgeleide digitale LULC-producten. De tweede groep betreft de analyse van het veranderende milieu. Hierbij zijn verschillende WP's betrokken die sterk met elkaar verbonden zijn. Het project omvat disciplines zoals bevolkingswetenschappen, geografie, geomorfologie, geomatica en teledetectie. WP 0 is transversaal en behandelt de beheer- en valorisatiestrategieën.

 

CONSORTIUM

AfricaMuseum GeoRiskA

KULeuven

ULB

 

ONDERZOEKSRESULTATEN

Data

Wetenschappelijke publicaties

  • Maki Mateso, J.C., Bielders, C., Monsieurs, E., Depicker, A., Smets, B., Tambala, T., Bagalwa Mateso, L., Dewitte, O. (in preparation) Characteristics, distribution and susceptibility of natural and human-induced landslides in a tropical mountainous region: the Rift flank west of Lake Kivu (DR Congo).
  • Kubwimana, D., Ait Brahim, L., Nkurunziza, P., Dille, A., Depicker, A., Nahimana, L., Abdelouafi, A., Dewitte, O. (2021) Characteristics and Distribution of Landslides in the Populated Hillslopes of Bujumbura, Burundi. Geosciences 11, 259. doi: https://doi.org/10.3390/geosciences11060259.
  • Depicker, A., Jacobs, L., Mboga, N., Smets, B., Van Rompaey, A., Lennert, M., Wolff, E., Kervyn, F., Michellier, C., Dewitte, O., Govers, G. (2021). Historical dynamics of landslide risk from population and forest-cover changes in the Kivu Rift. Nature Sustainability. doi: https://doi.org/10.1038/s41893-021-00757-9.
  • Mboga, N., Grippa, T., Georganos, S., Vanhuysse, S., Smets, B., Dewitte, O., Wolff, E., Lennert, M. (2021) Fully convolutional networks for land cover classification from historical panchromatic aerial photographs. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 167, 385-395. doi: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.07.005.
  • Depicker, A., Govers, G., Jacobs, L., Campforts, B., Uwihirwe, J., Dewitte, O. (2021). Interactions between deforestation, landscape rejuvenation, and shallow landslides in the North Tanganyika-Kivu Rift region, Africa. Earth Surface Dynamics 9, 445-462. doi: https://doi.org/10.5194/esurf-9-445-2021.
  • Dewitte, O., Dille, A., Depicker, A., Kubwimana, D., Maki Mateso, J.-C., Mugaruka Bibyento, T., Uwihirwe, J., Monsieurs, E. (2021). Constraining landslide timing in a data-scarce context: from recent to very old processes in the tropical environment of the North Tanganyika-Kivu Rift region. Landslides 18, 161-177. doi: https://doi.org/10.1007/s10346-020-01452-0.
  • Mboga, N., Grippa, T., Georganos, S., Vanhuysse, S., Smets, B., Dewitte, O., Wolff, E., Lennert, M. (2020). Fully convolutional networks for land cover classification from historical panchromatic aerial photographs. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 167, 385-395. doi: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2020.07.005.
  • Monsieurs, E., Dewitte, O., Depicker, A., Demoulin, A. (2019). Towards a transferable antecedent rainfall – susceptibility threshold approach for landsliding. Water 11, 2202. doi: https://doi.org/10.3390/w11112202.
  • Depicker, A., Jacobs, L., Delvaux, D., Havenith, H.-B., Maki Mateso, J.-C., Govers, G., Dewitte, O. (2020). The added value of a regional landslide susceptibility assessment: the western branch of the East African Rift. Geomorphology 353, 106886. doi: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.106886.
  • Mboga, N., Georganos, S., Grippa, T., Lennert, M., Vanhuysse, S., Wolff, E. Fully Convolutional Networks and Geographic Object-Based Image Analysis for the Classification of VHR Imagery. Remote Sens. 2019, 11, 597. doi: https://doi.org/10.3390/rs11050597.
  • Dille, A., Kervyn, F., Bibentyo, T.M., Delvaux, D., Ganza, G.B., Mawe, G.I., Buzera, C.K., Nakito, E.S., Moeyersons, J., Monsieurs, E., Nzolang, C., Smets, B., Kervyn, M., Dewitte, O., 2019. Causes and triggers of deep-seated hillslope instability in the tropics–Insights from a 60-year record of Ikoma landslide (DR Congo). Geomorphology 345, 106835. doi: https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2019.106835.
  • Smets B., Michellier C., Syavulisembo A.M., Muganga G., d'Oreye N., Kervyn F. (2018) - Very high-resolution imaging of the city of Goma (North Kivu, D.R. Congo) using SfM-MVS photogrammetry. 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS).
  • Mboga, N., Georganos, S., Grippa, T., Lennert, M., Vanhuysse, S., Wolff, E. (2018) - Fully convolutional networks for the classification of aerial VHR imagery. GEOBIA 2018- Geobia in a Changing World, 2018, pp. 1–12.

 

Voor meer informatie kunt u terecht op de PAStECA website.

Projectbeschrijving ook beschikbaar op de website van het AfricaMuseum.