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Teilaufgaben:
II-1 Systematisierung des Entwicklungsrahmens
Verantwortlich: Prof. Dr. Volkmar Hartje (TUB)
Sämtliche Untersuchungen im GLOWA Elbe Verbund werden durch den Integrativen
Methodischen Ansatz (IMA) koordiniert. Dabei ist es die Aufgabe dieses
Vorhabens, den jeweiligen Entwicklungsrahmen für die zu untersuchenden
Szenarien abzuleiten. Die Konsistenz aller Randannahmen innerhalb des
Modellverbundes für die jeweiligen Szenarien muss gewährleistet werden.
Bei der Weiterentwicklung der aus GLOWA I vorliegenden Szenarien soll
möglichst auf bereits ausgearbeitete Szenarien für Deutschland und die
EU zurückgegriffen werden.
II-2 Aufbau eines sozioökonomischen GIS
Verantwortlich: Prof. Dr. Volkmar Hartje (TUB)
Grundlage für die Arbeiten im Vorhaben ist ein sozioökonomisches GIS,
mit welchem eine einheitliche räumliche Gliederung und Typisierung von
Wassernutzern, Nährstoffemittenten und Standorten festgelegt wird. Diese
muss von allen Projektteilneh-mern akzeptiert werden können. Mit Hilfe
der im GIS festgelegten Topologie und Typologie werden gleichzeitig die
Schnittstellen zu den Untersuchungen in den Konflikt-bereichen (VH III
- IV) definiert. Es wird zunächst eine einheitliche Typologisierung der
Standorte (Hydrotope), Wassernutzer, Nährstoffemittenten und räumlichen
Gliede-rungen vorgenommen. Dann wir eine entsprechende Datenbasis von
allen beteiligten Partnern nach einheitlich definierten Datenbankstrukturen
erarbeitet. Die räumliche und sachliche Differenzierung orientiert sich
an der Auflösung, welche für die am Gewässernetz orientierten Modelle
(ArcGRM und MONERIS) erforderlich ist. Im Rahmen dieser Teilaufgabe erfolgt
eine gemeinsame Bestandsaufnahme aller im Verbund vor-handenen, relevanten
Typologien und räumlichen Geometrien.
II-3 Modellierung der regionalen Klimaentwicklung
Verantwortlich: Dr. Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe (PIK)
Mit Hilfe des in der ersten Projektphase entwickelten Szenarienmodells
werden für alle Stationen im Elbeeinzugsgebiet Untersuchungen zu den meteorologischen
Größen Temperatur, Niederschlag, Schwüle und Trockenheitsindex (SPI) durchgeführt.
Die Untersuchungen erfolgen immer hinsichtlich der zeitlichen Änderungen
der angeführten statistischen Charakteristika, in der Regel nach Jahreszeiten
aufgeschlüsselt. Die zeitlichen Änderungen der Extreme werden ins Verhältnis
zu der mittleren klimatischen Entwicklung in diesem Zeitraum gesetzt.
Damit kann die zukünftige Entwicklung der mittleren Verhältnisse und die
der Extreme im Vergleich mit dem heutigen Klima abgeschätzt werden. Zusätzlich
ist geplant, das Wandelszenarium um die tschechischen Teile des Elbeeinzugsgebietes
zu erweitern sowie das Szenarienmodell hinsichtlich einer objektiven Bestimmung
der wahrscheinlichsten Realisierung zu verbes-sern. Anhand der genannten
Untersuchungen, die mit den Daten der einzelnen Stati-onen durchgeführt
werden, ist es möglich, Gebiete, die besonders durch extreme Ereignisse
gefährdet sind, abzugrenzen. Eine zeitliche Betrachtung, liefert dann
Aussa-gen über Veränderungen dieser Gebiete hinsichtlich ihrer Ausdehnung
und Lage. Die Abgrenzung der Gebiete wird mittels der bereits erwähnten
Clusteranalyse vorgenommen.
II-4 Modellierung der Wirtschafts- und Bevölkerungsentwicklung
Verantwortlich: Dr. Martin Gornig (DIW)
Für die Abschätzung der regionalen Wirtschafts- und Bevölkerungsentwicklung
in Deutschland wird der im DIW entwickelte Simulationsansatz REGE verwendet.
Die auf gesamträumlicher Ebene bestimmten Szenarioergebnisse bis
2020 werden dabei mit einem spezifisch für Ostdeutschland entwickelten
Projektionsansatz verknüpft. Die regionalen Schätzparameter
stützen sich zum einen auf wirtschaftsgeographische Analogien zu
westdeutschen Regionen und zum anderen auf Zeitreihenanalysen zu aktuellen
regionalen Trends innerhalb Ostdeutschlands. Die Abstimmungen zwischen
den regionalökonomischen und regionaldemographischen Teilmodellen
erfolgt über potenzielle Ergebnisse der Arbeitsmarktbilanzen. Die
räumliche Auflösung der Projek-tionen orientiert sich an Arbeitsmarktregionen.
Sie werden in der Regel durch einzelne Raumordnungsregionen oder deren
Zusammenfassung gebildet.
Für den relevanten Teil Tschechiens wird ein vereinfachter Ansatz
zur Projektion regi-onaler Bevölkerungs- und Wirtschaftskennziffern
angewendet. Genutzt werden sollen dabei auch gesamträumliche Analysen
und Projektionen internationaler Organisationen. Der regionale Datenkranz
speist sich zunächst aus Angaben zu Wirtschafts- und Bevölkerungskennziffern
von EUROSTAT.
Für die Konsistenz zwischen den regionalökonomischen Modellannahmen
und den Maßnahmen in den Bereichen Wasserverfügbarkeit und
Gewässergüte sind mögliche Rückwirkungen der Maßnahmen
auf die regionalökonomischen Kennziffern zu beachten. Die Konsistenz
mit den sektorspezifischen Modellierungen wird über die Abstim-mung
der jeweiligen weltwirtschaftlichen und gesamtwirtschaftlichen Szenarien
sowie über die Beachtung von Wechselwirkungen auf der regionalen
Wirkungsebene erreicht.
II-5 Modellierung der landwirtschaftlichen
Landnutzung, Wassernachfrage und Nährstoffbilanzüberschüsse
Verantwortlich: Dr. Horst Gömann (FAL)
Die Grundstruktur des agrarökonomischen Modellverbundes wurde in
GLOWA-Elbe I entwickelt und für eine Ist-Zustandsanalyse angewendet.
In GLOWA-Elbe II wird RAUMIS entsprechend der sich aus der Gesamtzielsetzung
ergebenden Anforderungen weiterentwickelt, wobei Schnittstellen im Rahmen
des Modellverbundes anzupassen sind.
II-6 Modellierung
der Landnutzung & Projektion der Bevölkerungs- und Wirtschaftsentwicklung
Verantwortlich: Prof. Dr. Volkmar Hartje
(TUB)
Die für wirtschaftliche Verflechtungsräume ermittelten Bevölkerungszahlen
und wirtschaftliche Entwicklung sollen mit Hilfe eines an der VU Amsterdam
entwickelten Raumnutzungsmodells (LAND USE SCANNER) auf wasserbezogenen
räumlichen Einheiten (Teileinzugsgebiete, Wasserinfrastruktureinzugsgebiete)
projiziert werden. Das Raumnutzungsmodell dient der konsistenten Integration
der Raumansprüche, welche sich aus der regionalen Wirtschafts- und
Bevölkerungsentwicklung (REGE), der Entwicklung der landwirtschaftlichen
Landnutzung (RAUMIS), raumpolitischer Vorgaben und raumbezogener Präferenzen
ergeben. Auf der Grundlage der modellierten Raumnutzung werden die Bevölkerungs-
und Wirtschaftsleitdaten projiziert. Gleichzeitig werden Landcoverkarten
generiert.
II-7 Wasserrelevante Technologien und Wasserinfrastruktur
Verantwortlich: Dr. Rainer Walz (ISI)
Technologische Entwicklungslinien und ihre Diffusion müssen
bei der Modellierung der Wassernachfrage und Nährstoffrohemissionen
der Haushalte, des Gewerbes und der Industrie und bei der Ableitung möglicher
Entwicklungspfade der kommunalen Wasserver- und Entsorgungsinfrastruktur
berücksichtigt werden. Von zentraler Bedeu-tung sind z. B. die Entwicklungen
hin zu wassereffizienten Technologien, die Trends bei den Einzeltechnologien
der Abwasserbehandlung (inklusive Regenwasserbewirtschaftung etc.) und
auch die Einsatzmöglichkeiten von neuen, gesamthaften Konzep-ten
und Systemlösungen. Einige der wichtigsten heute zur Verfügung
stehenden Ein-zeltechniken wurden bereits in der ersten Phase von GLOWA
ELBE I im Rahmen einer Kurzstudie skizziert (ISI 2002a). Die technologischen
Entwicklungen bei den Einzeltechniken müssen für die entsprechenden
Zeiträume abgeschätzt und für die Analyse der Problembereiche
nutzbar gemacht werden. Ggf. anstehende Änderungen der rechtlichen
Randbedingungen sind dabei zu berücksichtigen. Drei Technikbereiche
können unterschieden werden: Techniken der kommunalen Abwasserent-
und -versorgung, Techniken, die in Gebäuden bei Haushalten und Gewerbe
eingesetzt werden, sowie die technologischen Entwicklungslinien der für
den Wasserbedarf und die Emissionen der direkt entnehmenden bzw. einleitenden
Industrie relevanten Techniken.
Zur Modellierung der Diffusion dieser Technologien für die kommunale
Wasserwirtschaft (Haushalte und Gewerbe) dient das Modell Wasserinfrastruktur,
das sowohl inkrementelle Veränderungen innerhalb des bestehenden
Paradigmas der Wasserver- und -entsorgung abbilden kann als auch einen
Systemumstieg hin zu dezentralen neuen Technikparadigmen. Das Wasserinfrastrukturmodell
verdichtet die Ergebnisse der Technikvorausschau zu alternativen Technikbündeln
der kommunalen Wasserwirtschaft, die sowohl den Einsatz neuer Techniken
in den Haushalten als auch bei der Abwasserableitung und Abwasserbehandlung
mit einbeziehen. Zusätzlich wird die Diffusion der für den Wasserbedarf
bzw. die Emissionen der industriellen Direktent-nehmer bzw -einleiter
relevanten Technologien mit dem Techniktool „Industrie“ abgebildet.
Mit der Modellierung der Diffusion der wasserrelevanten Technologien wird
die methodische Voraussetzung geschaffen, um bei der Schätzung von
Wassernachfrage und Emissionen die Folgen der Entwicklung des Technikeinsatzes
berücksichtigen zu können.
II-8 Schätzung der Wassernachfrage und
Nährstoffrohemissionen
Verantwortlich: Prof. Dr. Volkmar Hartje (TUB)
Mit spezifischen Modulen sollen auf Basis der in REGE ermittelten und
mit dem LAND USE SCANNER räumlich verorteten Leitdaten Nährstoffrohemissionen
und Wasser-nachfrage abgeleitet werden. Dazu werden teilweise Module neu
entwickelt, welche auf der Basis von Technologieentwicklung und Preiselastizitäten
die Wassernachfrage und Rohemission abschätzen. Für die Schätzung
der Wassernachfrage von indirekten Entnehmern (insbesondere Haushalte
und Kleingewerbe) wird ebenso wie für die Wassernachfrage industrieller
Direktentnehmer jeweils ein Modell entwickelt. Für die Wassernachfrage
des Energiesektors wird das bereits in GLOWA I eingesetzte Kraft-werksmodell
KASIM verwendet.
II-9 Modellierung des hydrologischen Kreislaufs
und landwirtschaftlichen Erträge
Verantwortlich: Dr. Valentina Krysanova (PIK)
Im Vorhaben III benötigt ArcGRM für die Berechnung
der statistischen Kennwerte des Wasserdargebotes an bestimmten Bilanzknoten
im Gewässernetz entweder gemessene (für den Beobachtungszeitraum)
oder simulierte (für den Szenarienzeitraum) Zeitreihen der mittleren
monatlichen Durchflüsse. Während durch SWIM der Land-schaftswasserhaushalt
und Abflüsse berechnet werden, bilanziert ArcGRM an bestimmten Bilanzknoten
im Gewässernetz den Wasserbedarf und das verfügbare Wasserdargebot.
Die Arbeitsteilung zwischen ArcGRM und SWIM sieht dann so aus, dass SWIM
das Wasserdargebot an wasserwirtschaftlichen Bilanzknoten im Einzugsgebiet
für den Szenarienzeitraum für jeden Zeitschritt ermittelt, damit
dann mit ArcGRM die wasserwirtschaftliche Bilanzierung für das zukünftige
Wasserdargebot und den zu-künftigen Wasserbedarf berechnet werden
kann. Dazu müssen durch SWIM zunächst die vertikalen Wasserflüsse
simuliert und dann lateral bis zu den Knoten verschoben werden, an denen
der Austausch mit ArcGRM stattfinden soll. Es werden Reihen mittlerer
monatlicher Abflüsse aus Teilgebieten des Untersuchungsgebietes für
den Bilanzzeitraum 2003-2052, die das natürliche Wasserdargebot repräsentieren,
also keine Einflüsse durch Wassernutzungen beinhalten, übergeben.
Die Reihen müssen zusätzlich die Entwicklung der Grundwasserabsenkungstrichter
in der Bergbauregion berücksichtigen, da nur außerhalb der
Absenkungsgebiete eine natürliche Abflussbil-dung stattfindet. SWIM
wiederum erhält von ArcGRM Informationen über das wasser-wirtschaftliche
Management im Elbebereich, die für den Landschaftswasserhaushalt
von Bedeutung sein können. Ein Beispiel für dieses Zusammenspiel
ist z.B. die Grundwasserentnahme durch Kommunen und Betriebe: Während
SWIM die Grundwasserneubildung, Grundwasserstände und Grundwasserabfluss
berechnet, ermittelt ArcGRM den Bedarf und die Entnahme von (Grund-) Wasser.
Aus der Bilanz kann dann errechnet werden, ob auch unter dem Einfluss
des globalen Wandels die nachhaltige Wassernutzung aus dem Grundwasserspeicher
gewährleistet werden kann.
Die Modellvernetzung mit dem Agrarwirtschaftsmodell RAUMIS ist bereits
weit voran geschritten. Die zu erwartenden Klimaänderungen, die im
TA II.3 Klimaänderung abgeleitet werden, werden durch SWIM zunächst
kulturarten- und regionsspezifisch in Ertragsänderungen im Elbeeinzugsgebiet
übersetzt und an das agrarökonomischen Modell übergeben.
Umgekehrt gehen die Flächennutzungsinformationen aus RAUMIS (Kulturart,
Nährstoffsalden, Bodenbearbeitungstechnologie, Viehbesatz) über
den LAND USE SCANNER in das ökohydrologische Modell SWIM ein, mit
dem dann neben den Auswirkungen von Änderungen der Landbewirtschaftung
auf die Nährstoffbe-lastungspotenziale der Gewässer sowie die
Wasser- und Stoffbilanzen von Flusseinzugsgebieten auch die Emissionen
von klimarelevanten Schadgasen abgeschätzt werden können.
In ähnlicher Weise wie ArcGRM im Vorhaben III die statistischen Kennwerte
des Wasserdargebotes benötigt, benötigt MONERIS im Vorhaben
IV Zeitreihen der Wasserflüsse für die Berechnung empirischer
Stofftransportgleichungen. Für die beiden Änderungsszenarien
A1 und B2 sollen diese ebenfalls durch SWIM simuliert und an MONERIS weitergegeben
werden.
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