Arbeitspakete aus dem Vorhaben II Regionalisierung II-2: Toolanpassung
AP II-2-1: Anpassung des Tools KLIMAWANDEL (STAR)
Verantwortlich: Prof. F.-W. Gerstengarbe (PIK, Teilprojekt 1)
Die Modelle SWIM und STAR werden direkt miteinander verkoppelt. Es wird eine Relation implementiert, welche Klimafeldern Zirkulationsmuster zuordnet.
AP II-2-2: Anpassung des Tools Landschaftswasser- und Stoffhaushalt (SWIM)
Verantwortlich: Dr. F. Wechsung (PIK, Teilprojekt 1)
Die Modelle SWIM-Elbe und WBalMo-Elbe werden über eine WISYS Schnittstelle dynamisch miteinander gekoppelt.
Ein bereits für andere SWIM-Anwendungen vorliegendes, bisher nicht in SWIM-Elbe eingesetztes Waldwachstumsmodul (Wattenbach et al. 2005) wird in SWIM-Elbe implementiert und für die Gesamtelbe parametrisiert.
AP II-2-3: Anpassung der Tools Regionale WIRTSCHAFTSEntwicklung und Raumnutzung (REGE und Land Use Scanner)
Verantwortlich: Prof. V. Hartje (TUB, Teilprojekt 2), Dr. M. Gornig (DIW, Unterauftrag des Teilprojekt 2)
Es werden weitere Kalibrierungsverfahren, die an der VU Amsterdam für den LAND USE SCANNER entwickelt wurden, für die Generierung von Eignungskarten eingesetzt. Dabei handelt es sich um verschiedene geostatistische Analysen, auf deren Basis die Eignungsskalierung abgeleitet wird.
Regionalisierte Versiegelungsraten für CORINE-Landcover Klassen werden mit Hilfe einer statistischen Analyse von vorliegenden Datensätzen zur Versiegelung in ausgewählten Teilregionen abgeleitet.
Der Ansatz zur Berechnung des Wohn-, und Siedlungsflächenbedarfs wird an Leitdaten aus dem regionalen Wirtschafts- und Bevölkerungsmodell REGE mit Hilfe weitergehender statistischer Analysen auf der Basis der Wirtschafts-, Bevölkerungs-, und Wohnraumstatistik angepasst.
AP II-2-4: Anpassung des Tools Agrarsektor (RAUMIS)
Verantwortlich: Dr. H. Gömann (FAL, Teilprojekt 4)
Es sollen weitere Maßnahmen des landwirtschaftlichen Gewässerschutzes in RAUMIS implementiert werden, die im Zusammenhang mit der Umsetzung der WRRL stehen.
AP II-2-5: Anpassung des Tools KRAFTWERKSSEKTOR (KASIM)
Verantwortlich: Dr. S. Vögele (FZJ, Unterauftrag des Teilprojekt 2)
Es soll ein Bilanzmodul zur Sicherstellung der Konsistenz zwischen dem Kraftwerksmodell und dem Wassermengenbewirtschaftungsmodell bezüglich der angenommenen Abbauraten im Braunkohletagebau erarbeitet werden.
AP II-2-6: Anpassung des Tools KOMMUNALE UND INDUSTRIELLE WASSERNACHFRAGE
Verantwortlich: Prof. V. Hartje (TUB, Teilprojekt 2), Dr. V. Meyer (UFZ, Teilprojekt 5)
In diesem Arbeitspaket sind drei Schritte zu vollziehen, um das Model einerseits leistungsfähiger zu machen und andererseits die Integration zu einem Tool zu vollziehen.
Erstens erfolgt zur Integration zu einem Tool eine Analyse des Zusammenhangs von kommunaler und industrieller Wassernachfrage einerseits und Wasserentnahme durch die öffentlichen Versorger andererseits. Basierend auf Erkenntnissen in GLOWA-Elbe II und der bereits aufgebauten Datenbank zur Wasserversorgung im Elbegebiet werden dabei insbesondere die Bedeutung des Zustandes der Wasserversorgungsinfrastruktur (Alter, Überdimensionierung etc.) und der Wassernachfragestruktur (Anteil der Industrie, der öffentlichen Verwaltung und der privaten Haushalte an der Gesamtnachfrage) untersucht. Auf Grundlage der Ergebnisse werden Modell-Algorithmen für das integrierte Tool entwickelt, die es ermöglichen, auf Basis der Gesamtwassernachfrage von Industrie und Kommunen die entsprechenden Wasserentnahmen zu berechnen.
Zweitens wird das Modell INDUSTRIE, das bisher auf eigenversorgende Akteure abzielte, erweitert um die Industrienachfrage nach Wasser der öffentlichen Versorger. Ferner werden die Substitutionsoptionen zwischen Eigen- und Fremdversorgung, die damit einhergehenden Wasserquellen (Grundwasser, Fernwasser, lokales Oberflächenwasser etc.) und weitere damit in Zusammenhang stehenden wichtigen institutionellen Rahmenbedingungen (z.B. Wasserentnahmerechte und Verfügbarkeit von Grundwasser) im Modellaufbau berücksichtigt.
Drittens wird schließlich das Modell HAUSHALT, das bisher auf diejenigen Regionen mit Oberflächenwasserversorgung ausgerichtet war, erweitert um den Aspekt der Grundwasserversorgung. Hierbei kommt der Analyse der Entscheidungen über den Mix in der Wasserversorgung (Grund-, Fern- oder lokales Oberflächenwasser) große Bedeutung zu und entsprechend sind die relevanten institutionellen Rahmenbedingungen (Zugang zu Wasserquellen, Dominanz einzelner Wasserquellen, betriebswirtschaftliches Kalkül etc.) im Modellaufbau einzubeziehen. Da durch den Grundwasseraspekt auch die bisher weitgehend grundwasserversorgten Gebiete im westdeutschen Teil des Elbegebietes vermehrt in den Fokus rückt, wird das Modell für die grundwasserversorgten Regionen validiert und auf Basis vorliegender offizieller Daten zu Wasserversorgung und Infrastrukturen angepasst und kalibriert.
Arbeitspakete aus dem Vorhaben III Wasserverfügbarkeit III-2: Anpassung des Simulationssystems WBalMo-Elbe an den Anwendungsfall
„Integriertes Niedrig- und Hochwasser-management“
Verantwortlich: Dr. M. Kaltofen (WASY GmbH, Teilprojekt 6)
AP III-2-1: Eingabe und Änderung typischer Modellobjekte
Die WBalMo Modellobjekte „Speicher(-räume)“, „Abgabe-Element“ und „Abgabe-End-Element“ werden entsprechend den Anforderungen des integrierten Niedrig- und Hochwassermanagements erweitert/modifiziert. Als neues WBalMo Objekt (Wassernutzer) werden Tauchtiefen eingeführt und über Wasserstands-Durchfluss-Beziehungen realisiert.
AP III-2-2: Dynamisierung von Modellobjekten
WBalMo wird um Schnittstellen zu variablen Daten wie dynamisches Ranking sowie eine dynamische Zuweisung von Profilen für Wasserentnahme und –einleitung erweitert. Neben den bislang üblichen Zeithorizonten (Periode mit stets gleichen Randbedingungen) wird die Haltung von Modelleingangsdaten (speziell Nutzungsanforderungen) für Zeitreihen gewährleistet.
AP III-2-3: Algorithmen zur Modifizierung von Handlungsoptionen für Feuchtgebiete
Verantwortlich: Dr. O. Dietrich (ZALF, Teilprojekt 7)
Es werden Algorithmen zur Anpassung von WABI-Parametern in Abhängigkeit von Landnutzungsänderungen, Stauzieländerungen und Änderungen der Bewirtschaftungsintensität als Modul in WBalMo bereitgestellt.
AP III-2-4: Berücksichtigung der Grundwassernutzung in der Bilanzierung
WBalMo wird um den Nutzertyp „OW-GW-Nutzer“ erweitert. Dieser Nutzer kann Grundwasser aus definierten Bilanzgebieten beziehen. Die entsprechenden Modellinteraktionen werden über eine Erweiterung der Benutzeroberfläche gewährleistet.
Die so bilanzierten Grundwasserentnahmen haben Auswirkungen auf den Gesamtabfluss, die für die wasserwirtschaftliche Bilanzierung unterhalb der OW-GW-Nutzer zu berücksichtigen sind. Dazu ist das SWIM mit dem WBalMo-Elbe direkt zu koppeln (vgl. Vorhaben VI). Dafür ist im WBalMo Elbe die erforderliche Funktionalität mit dem so genannten „VOR-Element“ vorhanden. Die Grundwasserentnahmen des aktuellen Zeitschrittes werden gespeichert und lagerichtig im folgenden Zeitschritt an SWIM übergeben, seine entsprechenden Modellparameter daraufhin angepasst und die Simulation des Gesamtabflusses vorgenommen.
AP III-2-5: Konfiguration der Ergebnisdaten
Es werden erweiterte Standard-Registrierungen bei der stochastischen Simulation (variable Sicherheiten) in WBalMo implementiert, um flexible Modellkopplungen zu gewährleisten und den externen Nachbearbeitungsaufwand von Ergebnisdaten zu reduzieren und damit Handlungsstrategien unmittelbarer beurteilen zu können.
Arbeitspakete aus dem Vorhaben IV Gewässergüte IV-2: Toolanpassung - Anwendungen und Anpassung der Gewässergütetools
im Rahmen der Erarbeitung des Bewirtschaftungsplanes für die Flussgebietseinheit Elbe
AP IV-2-1: Überarbeitung der Beziehungen Nährstoffkonzentrationen – ökologischer Zustand
Verantwortlich: Dr. H. Behrendt (IGB, Teilprojekt 8), Dr. H. Fischer (BfG, Teilprojekt 9)
Die im Rahmen der Wasserrahmenrichtlinie notwendige Klassifikation des ökologischen Zustandes und der darauf basierenden Zusammenhänge zu den Nährstoffkonzentrationen in den Gewässern ist insbesondere bezüglich der Schaffung eines konsistenten Systems über verschiedene Gewässertypen hinweg ein iterativer Prozess, der noch nicht abgeschlossen ist. So ist es zur Zeit noch möglich, dass selbst bei maximalen Verminderungsmaßnahmen die Nährstoffkonzentrationen in den Flüssen noch weit über denen liegen, die für einen guten ökologischen Zustand der Küstengewässern erforderlich sein sollen. Hier können die Ergebnisse der Toolanwendung wesentlich zur Ableitung eines künftig konsistenten Systems der ökologischen Bewertung beitragen.
Zusätzlich werden die derzeit laufenden Monitoring Programme der Länder neue Erkenntnisse liefern, die eine Überarbeitung der Beziehungen zwischen den Nährstoffkonzentrationen und dem ökologischen Zustand für die einzelnen Gewässertypen notwendig machen.
AP IV-2-2: Weiterentwicklung der Gewässergütetools nach der Anwendung für die WRRL
Verantwortlich: Dr. H. Behrendt (IGB, Teilprojekt 8), Dr. H. Fischer (BFG, Teilprojekt 9), I. Michels (WASY, Teilprojekt 6)
Nach der Anwendung der Demonstrationsversionen der Gewässergütetools in den Simulationsworkshops müssen sowohl die gestellten Anforderungen als auch deren Realisierungsmöglichkeiten in den Tools und in ihrer Verknüpfung zu den anderen Werkzeugen überprüft werden und daraus die wesentlichen Schlussfolgerungen für notwendige Veränderungen in den Tools gezogen werden. Dies betrifft insbesondere die Umsetzung der Erfahrungen hinsichtlich der Nutzung der Gewässergütetools MONERIS-Elbe und QSim-Elbestrom für maßnahmeorientierte Szenarioberechnungen. (vgl. AP V-2-3 des Vorhabens V)
Arbeitspakete aus dem Vorhaben V Bewertung V-2: Toolanpassung
AP V-2-1:Übertragung der deutschen Bewertungsfunktionen auf Tschechien
Verantwortlich: Dr. V. Meyer (UFZ, Teilprojekt 5), M. Grossmann (TUB, Teilprojekt 2)
In diesem Arbeitspaket werden die vorliegenden Bewertungs- und Kostenfunktionen und –module aus GLOWA-Elbe I, II und III hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf Tschechien geprüft, entsprechend angepasst und für die Integration in WBalMo bzw. MONERIS aufbereitet. Durch tschechische Partner und in Kooperation mit den deutschen Bearbeitern werden die Funktionen gemäß tschechischer Preis- und Kostenstrukturen und anderer Rahmenbedingungen parametrisiert. Für folgende Aspekte werden Bewertungsalgorithmen für Tschechien angepasst: Kosten von emissionsreduzierenden Maßnahmen, die für Tschechien relevant sind − insbesondere im Bereich der Abwasserentsorgung − sowie auf Wasserverfügbarkeit bezogene Algorithmen für die öffentliche Wasserversorgung, die Industrie, die Landwirtschaft, die Teichwirtschaft, die Thermischen- und Wasserkraftwerke, die Schifffahrt sowie für den Tourismus. Neben der Anpassung der Bewertungsfunktionen soll durch die tschechischen Partner die tschechische Datengrundlage verfeinert werden, um eine ähnlich gute Datenqualität zu realisieren wie sie für Deutschland bereits vorliegt. Die dazu erforderlichen Daten sind von den zuständigen Behörden im Rahmen der bestehenden Kooperationen zu beschaffen und durch die tschechischen Bearbeiter aufzubereiten. Einige ergänzende Interviews werden durchgeführt, um einerseits Bewertungsergebnisse mit tschechischen Experten zu diskutieren (Validierung der angepassten Algorithmen) und um bei sehr stark abweichenden tschechischen Rahmenbedingungen alternative Bewertungsansätze mit maßgeblichen tschechischen Akteuren der Wasser- und Abwasserwirtschaft zu erörtern. (UFZ/TUB/ISI)
AP V-2-2: Ableitung ergänzender Bewertungsfunktionen für das WBalMo
Verantwortlich: Dr. N. Lienhoop (UFZ, Teilprojekt 5)
Zur Vervollständigung der Bewertungsfunktionen der in WBalMo enthaltenen Wassernutzungen sind folgende Bewertungsbereiche zu bearbeiten:
a) Bewertungsfunktionen Transportgüterschifffahrt: Die in der Bundesverkehrswegeplanung verwendete Bewertungsmethodik zur Ermittlung der Transportkostenersparnisse von Verbesserungen der Schiffbarkeit wird als Bewertungsalgorithmus für das WBalMo angepasst und parametrisiert. Im Mittelpunkt stehen dabei die wesentlich vom Durchfluss abhängige Variable der spezifischen Abladetiefe und die daraus ableitbare effektive Kapazität der Binnenschifffahrtsflotte. Auf der Basis dieser Größen wird ein Bewertungsalgorithmus zu den Transportkosten erstellt. Dabei werden vorliegende Prognosen des Güteraufkommens zugrunde gelegt, und deren Einfluss auf das Bewertungsergebnis wird durch Sensitivitätsanalysen geprüft. (TUB)
b) Ableitung von ergänzenden Bewertungsfunktionen zum Tourismus an den Gewässern im Elbebebiet: Die Bedeutung des Erholungsnutzens der Flussläufe und der relevanten Speicher im Elbegebiet inklusive ihrer vielfältigen Nutzungsformen (Radfahren, Wandern, Schwimmen, Kanufahren etc.) wird in Abhängigkeit von der Wassermengenverfügbarkeit und der Wasserqualität quantifiziert. Dafür werden Daten aus der offiziellen Statistik sowie Daten zu Zahlungsbereitschaftserhebungen zu verschiedenen Wassernutzungen im deutschen Elbegebiet, die bereits in GLOWA Elbe II erhoben wurden, statistisch ausgewertet. Auf Basis der Ergebnisse werden Algorithmen zur Integration in das WBalMo erarbeitet. (UFZ)
c) Standardisierte Bewertungsfunktionen für Wasserüberleitungen: Aufbauend auf den technischen Details und den Angaben zu Pumpaktivitäten und –kosten zu relevanten Überleitungstypen, die durch das BfG-Modell BEWASYS geliefert werden (vgl. VH III), werden standardisierte Bewertungsalgorithmen zur Integration in das WBalMo erarbeitet, wobei insbesondere Entwicklungsrahmen bezogene Merkmale − z.B. sich im Zeitablauf ändernde Energiekosten − mit berücksichtigt werden. (UFZ)
d) Anpassung der Bewertungsmodule auf Grund- und Fernwassernutzung: Innerhalb der Bewertungsalgorithmen für die Wasserversorgung von Kommunen und Industrie werden die Regeln zur möglichen Umstellung auf alternative Wasserquellen (lokales Oberflächenwasser, Grundwasser, Fernwasser) bzw. Anpassungsstrategien auf Dürreperioden auf Grundlage von Expertengesprächen spezifiziert. Anschließend werden die Kosten der Umstellung und Anpassung ermittelt und in standardisierter Form in die bestehenden Algorithmen integriert. (UFZ/TUB)
e) Identifikation und Bewertung sonstiger Maßnahmeneffekte: Diejenigen Maßnahmeneffekte, die nicht monetär erfasst wurden und für die bisher noch keine standardisierte Bewertung erstellt wurde, werden in einem ersten Schritt erfasst. Anschließend werden für diese Effekte einfach strukturierte und leicht nachvollziehbare Bewertungskriterien entwickelt, die sowohl quantitativ als auch qualitativ (fuzzy-logic) basiert sein können. Soweit möglich erfolgt auch hierbei eine Integration ins WBalMo . In jedem Fall werden die Kriterien so gestaltet sein, dass sie anschlussfähig zur Multikriteriensoftware ProDecX sind. (UFZ)
AP V-2-3: Weiterentwicklung und Anpassung der Module zur Kosten-Wirksamkeitsanalyse in MONERIS
Verantwortlich: M. Grossmann (TUB, Teilprojekt 2)
Die folgenden ergänzenden Arbeiten werden zur Komplettierung der ökonomischen Module im Tool Gewässergüte vorgenommen:
(i) Das Modul zur integrierten Bewertung soll überarbeit werden, so dass die Kosten-Wirksamkeitsrelationen auf mehrere Zieldimensionen bezogen werden können. Dazu müssen die entsprechenden Indikatoren und Auswertungsroutinen konzipiert werden. In Bezug auf den Schwermetallindikator soll das Nährstoffeintragsmodells MONERIS um Komponenten zur Modellierung von Schwermetalleinträgen auf der Basis der Ergebnisse eines UBA-Projektes (2004-2007) zu den Schwermetalleinträgen in Deutschland erweitert werden (vergleiche VH IV). Dazu sind auch die Retentionswirkungen der bisher untersuchten Technologien und Maßnahmen im Bereich der Siedlungswasserwirtschaft hinsichtlich dieser Schwermetalle zu implementieren. (TUB/ISI)
ii) Einbindung langfristiger Komponenten in die Kostenfunktionen für die Siedlungswasserwirtschaft: Die vorliegenden Kostenfunktionen werden erweitert um längerfristig wirkende Komponenten, welche sich aus den Leitdaten der Entwicklungsrahmen ableiten lassen. Dazu gehören insbesondere veränderte Verläufe der Kosten in Abhängigkeit von der Bevölkerungsentwicklung und von Änderungen der klimatischen Bedingungen. (ISI)
(iii) Erweiterung des Moduls zur integrierten Bewertung um die Möglichkeit einer Kostenträger-Inzidenzanalyse. Es wird eine Inzidenzanalyse für Zahlungsströme zwischen Gebietskörperschaften und Gebührenzahlern/Betrieben durchgeführt. Dazu wird für jede Maßnahme der Finanzierungsanteil nach Kostenträger aufschlüsselbar gestaltet. Zunächst wird dabei von aktuellen Regelungen ausgegangen, welche dann im Rahmen von Szenarienanalysen verändert werden können. Schließlich werden Indikatoren für die Belastung einzelner Kostenträger abgeleitet (z.B. Kostenbelastung pro Kopf). (TUB)
