Satellitenfernerkundung zur Erfassung bewässerter Flächen und Bewässerungsmengen in der Schweiz – Validierung und methodische Weiterentwicklung am Beispiel des Bibertals im Kanton Schaffhausen

Zusammenfassung

Dieser Bericht beschreibt die Entwicklung, Anwendung und Validierung einer satellitenbasierten Methode zur Erfassung bewässerter landwirtschaftlicher Flächen und zur Quantifizierung des Bewässerungswasserverbrauchs in der Schweiz. Die Studie wurde im Bibertal (Kanton Schaffhausen) im Auftrag des Bundesamtes für Umwelt (BAFU) durchgeführt. Die Methodik kombiniert satellitenbasierte Evapotranspirationsdaten mit Modellen des maschinellen Lernens, um zwischen niederschlagsgetriebener Evapotranspiration (ETgreen) und bewässerungsbedingter Evapotranspiration (ETblue) zu unterscheiden.

Auf Grundlage mehrjähriger Landsat-Evapotranspirationsdaten bewertet der Bericht die Zuverlässigkeit der Fernerkundung zur Abschätzung von Bewässerungsaktivitäten unter Schweizer Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Methode interannuelle und saisonale Muster des Bewässerungswasserverbrauchs zuverlässig abbildet, welche ausserdem stark mit den gemessenen Wasserentnahmen korrelieren (R² = 0.77). Gleichzeitig wird der absolute Wasserverbrauch systematisch unterschätzt, bedingt durch Bewölkung, Datenlücken und eine begrenzte Sensitivität in frühen Wachstumsphasen der Kulturen.

Die Studie zeigt zudem die räumliche Übertragbarkeit der Methode auf weitere Kantone (Schaffhausen, Zürich, Thurgau) und formuliert Empfehlungen für ein zukünftiges schweizweites, operationelles Bewässerungsmonitoring auf Basis von Satellitendaten in Kombination mit ergänzenden bodengestützten Informationen. Die Ergebnisse verdeutlichen sowohl das Potenzial als auch die Grenzen der Fernerkundung zur Unterstützung des Wasserressourcenmanagements und der Dürrevorsorge in der Schweizer Landwirtschaft.

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Résumé en français

Ce rapport présente le développement, l’application et la validation d’une méthode basée sur la télédétection satellitaire visant à identifier les surfaces agricoles irriguées et à quantifier la consommation d’eau d’irrigation en Suisse. L’étude a été menée dans la région du Bibertal (canton de Schaffhouse) dans le cadre d’un mandat confié par l’Office fédéral de l’environnement (OFEV). La méthodologie combine des données satellitaires d’évapotranspiration avec des modèles d’apprentissage automatique afin de distinguer l’évapotranspiration due aux précipitations (ETgreen) de celle induite par l’irrigation (ETblue).

Sur la base de séries pluriannuelles de données d’évapotranspiration, le rapport évalue la fiabilité de la télédétection pour l’estimation des activités d’irrigation dans les conditions suisses. Les résultats montrent que la méthode reproduit de manière robuste les variations interannuelles et saisonnières de la consommation d’eau d’irrigation et qu’elle présente une forte corrélation avec les volumes d’eau effectivement prélevés (R² = 0,77). En revanche, la consommation absolue d’eau est systématiquement sous-estimée, en raison notamment de la couverture nuageuse, des lacunes dans les données et d’une sensibilité limitée durant les phases précoces de croissance des cultures.

L’étude démontre en outre la transférabilité spatiale de la méthode à d’autres cantons (Schaffhouse, Zurich, Thurgovie) et formule des recommandations en vue de la mise en place d’un système opérationnel de suivi de l’irrigation à l’échelle nationale, fondé sur des données satellitaires complétées par des informations issues de mesures au sol. Les résultats mettent en évidence à la fois le potentiel et les limites de la télédétection pour soutenir la gestion des ressources en eau dans l’agriculture suisse.

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English Summary

This report presents the development, application, and validation of a satellite-based method to detect irrigated agricultural areas and quantify irrigation water consumption in Switzerland. The study was conducted in the Bibertal region (Canton of Schaffhausen) as part of a project commissioned by the Swiss Federal Office for the Environment (FOEN). The methodology integrates satellite-derived evapotranspiration data with machine-learning models to separate rainfall-driven evapotranspiration (ETgreen) from irrigation-driven evapotranspiration (ETblue).

Using multi-year Landsat evapotranspiration data, the report evaluates the reliability of remote sensing for estimating irrigation activities under Swiss conditions. Results show that the method accurately captures interannual and seasonal patterns of irrigation water use and correlate strongly with measured water withdrawals (R² = 0.77), despite a systematic underestimation of absolute volumes due to cloud cover, data gaps, and limited sensitivity during early crop growth stages.

The study demonstrates the transferability of the method to additional cantons (Schaffhausen, Zürich, Thurgau) and provides recommendations for a future nationwide operational irrigation monitoring system based on satellite data and complementary ground-based information. The findings highlight both the potential and the limitations of remote sensing for supporting water resource management and drought preparedness in Swiss agriculture.