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Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS)

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GLOWA-Danube: Grundwasserhaushalt, Grundwasserbewirtschaftung, Wasserversorgung und Human Capacity Building Phase 3 (BMBF)
Projektleiter:Dr. rer.nat. Roland Barthel
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Hyd. Jan van Heyden
Dipl.-Geoökol. Marco Borchers
Dr.-Ing. Darla Nickel
Dipl.-Hyd. Thorben Römer
Dipl.-Ing. Thomas Hörhan
Dipl.-Geogr. Anita Gundel
Dipl.-Ing. Ralf Ziller
Dipl.-Geowiss. Gudrun Becker
Dipl.-Ing. David Bendel
Fredy Alexander Pena Reyes, M.Sc.
Projektdauer:1.5.2007 - 31.10.2010
Finanzierung:Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektpartner:http://www.glowa-danube.de/Partners/partners.htm
Anschlussprojekt von: GLOWA-Danube: Grundwasserhaushalt, Grundwasserbewirtschaftung und Wasserversorgung, Phase 2
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
Grundwasserwirtschaft

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Zielsetzung:

Für das deutsche Einzugsgebiet der Donau (einschließlich des Inns) sollen der Grundwasserhaushalt und die Nutzung der unterirdischen Wasserressourcen vor dem Hintergrund eines klimatischen und sozio-ökonomischen Globalen Wandels analysiert werden und ökologisch tragfähige, ökonomisch effiziente Strategien zur Grundwasserbewirtschaftung und Wasserversorgung durch interdisziplinäre Zusammenarbeit im GLOWA-Danube-Projektverbund entwickelt werden. Hierzu werden für das innerhalb des Projektverbundes angestrebte Entscheidungsunterstützungssystem DANUBIA folgende Modelle entwickelt: (1) ein Grundwassermodell zur großräumigen Bilanzierung der Wasser- und Stoffflüsse im Grundwasser und (2) ein Wasserversorgungsmodell, das an ein Informationssystem über die im Untersuchungsraum vorhandenen Wasserversorgungsstrukturen gekoppelt ist.

Methodik:

In den ersten beiden Projektphasen wurden für die beiden Modelle "Grundwasser" und "Wasserversorgung" Daten beschafft, bearbeitet und ausgewertet, die Modellkonzeption entwickelt und umgesetzt. Dabei ist anzumerken, dass die wissenschaftlichen Erkenntnisse in beiden Teilbereichen sehr unterschiedlich sind: Die Grundwassermodellierung ist ein seit Jahrzehnten in Theorie und Praxis umfangreich bearbeitetes Themengebiet. Im Bereich der Modellierung von Wasserversorgungsstrukturen und -entscheidungen kann dagegen kaum auf bestehende Erkenntnisse zurückgegriffen werden. So wurde im Grundwasserbereich das seit Jahren etablierte Modell MODFLOW herangezogen, während das Wasserversorgungsmodell zwangsläufig eine vollständige konzeptionelle Neu- und Eigenentwicklung darstellt. Das Wasserversorgungsmodell basiert auf der erstellten Datenbank und gewährleistet gegenwärtig mittels einer einfachen Zuordnung die Vermittlung zwischen den Verbrauchern und den Versorgern bzw. den Ressourcen. Diesem Modell kommt somit in DANUBIA eine Schlüsselrolle zu, da es die Schnittstelle zwischen dem hydrologischen Kreislauf (d.h. den Naturwissenschaften) und den anthropogenen Einflüssen und Bedürfnissen (Sozialwissenschaften) darstellt.

Bisherige Ergebnisse:

Bis zum Ende der ersten Projektphase konnten zwei funktionsfähige Modelle bereitgestellt werden: Die Ergebnisse des Grundwassermodells sind sehr zufrieden stellend, es liefert vor allem in den für den kurz- und mittelfristigen Grundwasserumsatz bedeutsamen quartären (oberflächennahen) Grundwasserleitern plausible Ergebnisse, bereichsweise von einer überzeugend hohen Qualität. Abstriche müssen noch in denjenigen Bereichen gemacht werden, in denen schwierige geologische oder morphologische Verhältnisse die Prognosefähigkeit reduzieren (Alpen, Mittelgebirgsregionen). Bei den Ergebnissen aus den Testläufen ist neben der Stabilität des Modells und dem Verhalten der Grundwasserstände vor allem der Austausch zwischen dem Grundwassermodell und den direkt betroffenen Partnerprojekten in DANUBIA (Flüsse "Rivernetwork", Bodenwassermodell "Soil") von Interesse. Sowohl in den zwei Referenzläufen des Gesamtsystems DANUBIA als auch in zahlreichen Testläufen zeigt sich, dass das Grundwassermodell in sinnvoller Weise aus dem Eingangssignal, der Perkolation des Bodenwasserhaushaltsmodell, ein verzögertes und deutlich gedämpftes Ausgangssignal (In- bzw. Exfiltration) für das Flussnetz bereitstellt. Im Bereich der Transportmodellierung wurde durch eine Analyse aller vorliegenden Nitratmesswerte im Grundwasser und deren Beziehung zu den bekannten maßgeblichen Einflussgrößen die Grundlagen für die detaillierte Bearbeitung des Stofftransportes in der Projektphase 2 geschaffen. Die Datenbasis im Bereich Wasserversorgung wurde für den deutschen Teil des Einzugsgebiets mit Ende der ersten Projektphase fertig gestellt. Die Güte der Allokation wurde bewertet, indem die pro Entnahmestelle über ein Jahr aggregierten Grundwasserentnahmen mit den Jahresentnahmen aus der Gemeindestatistik verglichen wurden. Das entstandene Modell ist gut dazu geeignet, die lokalen Systeme der Wasserversorgung abzubilden, jedoch weniger für die Modellierung großer Gruppenwasser- und Fernwasserversorger sowie landwirtschaftlich intensiv genutzter Flächen. Dennoch konnten mit der Erstellung eines in DANUBIA stabil und plausibel arbeitenden Modells sowie mit der Konzeption und Implementierung eines komplexeren Wasserversorgungsmodells für ein Testgebiet, die Zielsetzungen für die erste Projektphase erfüllt und wesentliche Vorbereitungen für das für die zweite Phase zu erstellende tiefergreifende Modell getroffen werden.

Weiterführung:

Den Schwerpunkt der dritten Phase bilden beim Grundwassermodell der Stofftransport und die Verbesserung des Modells in den erwähnten komplexeren Gebieten. Ziel ist es, dort ebenso gute Ergebnisse wie in den flacheren Regionen des Einzugsgebietes zu erzielen. Desweiteren ergaben sich in der ersten Phase interessante Fragestellungen bei der Zusammenarbeit mit dem Bodenwasserhaushaltsmodell und dem Flussmodell, die in der zweiten Phase weiter intensiviert werden sollen. Das Wasserversorgungsmodell wird in der zweiten Phase von dem sogenannten "flachen" zu einem "tiefen Akteursmodell" weiterentwickelt. Während im "flachen" Modell die Wasserversorgungsstrukturen unveränderlich sind und somit nur der Ist-Zustand fortgeschrieben werden kann, trägt das "tiefe" Modell der Tatsache Rechnung, dass über einen angestrebten Modellzeitraum von bis zu 100 Jahren, die Wasserversorgung nicht als "konstant" betrachtet werden kann. Deshalb wird es angestrebt die Entwicklungen im Wasserversorgun! gssektor zumindest in ihren regionalen Konsequenzen zu modellieren. Da es unmöglich ist die diesbezüglichen Entscheidungen einzelner Wasserversorgungsunternehmen vorherzusagen, werden aufgrund bekannter Kennwerte "Typen" gebildet, denen bestimmte Reaktionen auf Ereignisse (z.B. Wasserknappheit) unterstellt werden. Grund für diese Vorgehensweise ist weniger die Absicht eine Vorhersage über den Zustand der Wasserversorgung in den kommenden Jahrzehnten abzugeben, noch der Wunsch eine "bestmögliche" Entwicklung zu ermitteln. Dies zu tun wäre ebenso unsinnig wie vermessen. Vielmehr geht es darum eine unter den bekannten Randbedingungen (z.B. Vorgaben der europäischen Wasserrahmenrichtlinie) wahrscheinliche Reaktion auf verschiedene Szenarien zu ermitteln. Reaktionen, z.B. der Umbau von Infrastrukutur bei geänderter Wassermenge und -Qualtiät sind wahrscheinlich, wogegen eine Beibehaltung des Ist-Zustandes über 100 Jahre schlicht ausgeschlossen ist. In diesem Sinn ist der Versuch "Entscheidungen" von Wasserversorgungsunternehmen zu modellieren (nicht zu "prognostizieren") sinnvoll. Dass dies wissenschaftliches Neuland darstellt, wurde bereits hervorgehoben. Insofern sind weder zu hohe Erwartungen noch Befürchtungen, das Modell könnte zur Beeinflussung politisch-ökonomsicher Entscheidungen missbraucht werden, nicht gerechtfertigt.