Zusammenfassungen
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Zusammenfassung der erzielten Ergebnisse aus den integrativen Forschungen
A. Becker, S. Kaden, M. Kaltofen, F. Messner
Als ein besonders geeignetes Integrationsinstrument für die integrativen Forschungen in GLOWA-Elbe wurden großräumige Wasserbewirtschaftungsmodelle ausgewählt (sogenannte Langfristbewirtschaftungsmodelle, hier das Modellsystem ArcGRM). Sie haben sich in einer Reihe von Anwendungen bewährt und deshalb in der wasserwirtschaftlichen Praxis, speziell bei der mittelfristigen Planung von Maßnahmen und Ableitung von Strategien der Wasserbewirtschaftung, große Akzeptanz gefunden. Folgende Eigenschaften und Leistungscharakteristika sind besonders herauszustellen:
a) Die multiskalige Einsetzbarkeit in Flussgebieten unterschiedlicher Größe (bisher bis weit über 10.000 km2).
b) Die Möglichkeit der lagegerechten Erfassung des gesamten Gewässersystems sowie aller interessierenden Objekte im Einzugsgebiet, wie Bilanzpunkte im Gewässernetz, Nutzungen (Wasserentnahmen und -einleitungen), Bewirtschaftungselemente und Steuereinrichtungen (Speicher, Stauhaltungen, Wasserüberleitungen u.ä.), die bei der detaillierten raum- und zeitdifferenzierten Bilanzierung berücksichtigt werden müssen.
c) Die Beschreibung des stochastischen Charakters der räumlich und zeitlich variablen Zuflüsse aus allen Teileinzugsgebieten, die von den zuvor genannten Nutzungen usw. unbeeinflusst sind (sog. "natürliches Wasserdargebot").
d) Die Möglichkeit der Untersuchung unterschiedlicher Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gebiet durch Veränderung der Nutzungen, Speicherabgaben, Wasserüberleitungen, Rangfolgeregelungen für Nutzungen in Wassermangelperioden, Einfügen neuer, möglicher Steuerungselemente (Wasserbauten, Kläranlagen usw.; also für Handlungsalternativen im weitesten Sinne).
e) Die Registrierung und wahrscheinlichkeitstheoretisch gestützte Auswertung aller Simulationsergebnisse und ihre Darstellung in einer für Bewertungen und zu treffende Entscheidungen adäquaten Form.
Ein solches, im Auftrag der Bundesländer Sachsen, Sachsen-Anhalt, Brandenburg und Berlin sowie des Trägers des Sanierungsbergbaus (LMBV) für das Einzugsgebiet Spree / Schwarze Elster entwickeltes und von ihnen genutztes Modell ("ArcGRM Spree/Schwarze Elster") stand zur Verfügung. Dieses Modell und partiell auch die zugrundeliegende Software (ArcGRM) wurde für die in GLOWA-Elbe geplanten integrativen Untersuchungen zum ArcGRM-GLOWA weiterentwickelt. Letzteres hat nun in Verbindung mit dem Integrativen Methodischen Ansatz IMA zur Erreichung eines neuen Niveaus bei flussgebietsbezogenen integrativen Untersuchungen zum Globalen Wandel und seinen Auswirkungen geführt, das zusammenfassend wie folgt charakterisiert werden kann:
- Als ein grundlegender Modellinput des ArcGRM dienen Klimaszenarien für die bevorstehenden 50 Jahre in Form von stochastisch generierten jeweils 100 Realisierungen. Aus ihnen werden Abflussreihen der Zuflussgebiete des im ArcGRM-GLOWA erfassten Flusssystems als "natürliches Wasserdargebot" gemäß c) (oben) mit Hilfe eines hydrologischen Flussgebietsmodells berechnet (bisher ArcEGMO bzw. EGMOD).
- Das ArcGRM-GLOWA wird dann mit allen Zuflussreihen durchgerechnet, so dass für jeden Bilanzpunkt Ergebnisse über 50 Jahre in monatlicher Auflösung zu je 100 Realisierungen erhalten werden. Mit ihnen können statistisch abgesicherte Verteilungsfunktionen der zu erwartenden Abflüsse, wie auch der Häufigkeiten von Wasserdefiziten usw. aufgestellt werden, womit der Vielfalt und Variationsbreite (Varianz) zukünftig möglicher Klimaentwicklungen, speziell der bei ihnen eintretenden Niederschläge und Abflüsse, Rechnung getragen wird. Zugleich können auch die Unsicherheiten in den Ergebnissen angemessen beschrieben werden. Dies ist eine Pilotleistung, auch im internationalen Vergleich.
- Das Bewirtschaftungsmodell ArcGRM wurde so erweitert, dass die Einbindung genesteter Detailmodelle, wie des ArcGRM-Spreewald, möglich ist. Damit wurde eine Grundvoraussetzung für den geplanten Aufbau eines großräumigen ArcGRM-GLOWA-Elbe geschaffen, in das ArcGRM für Nebenflussgebiete, von denen einige bereits vorhanden sind, "eingenestet" werden können.
- In jedem ArcGRM können sozioökonomische Wirkungen sowie Ziele und Aufgabenstellungen integriert mitbearbeitet und in die Ableitung von Lösungen und Maßnahmevorschlägen einbezogen werden.
- So wurden essentielle sozioökonomische Grundlagendaten zur Wasserentnahme der Energiewirtschaft und des Sanierungsbergbaus sowie der Wassereinleitungen durch den aktiven Braunkohleabbau, die zuvor nach dem Status quo vorgegeben waren, modellgestützt mit der IKARUS-Datenbank für die globalen Entwicklungsrahmen gemäß IMA bis 2052 modelliert und zum Zweck der sozioökonomischen Fundierung der wasserwirtschaftlichen Modellierung in das ArcGRM integriert.
- Die Ergebnisse des ArcGRM, speziell die Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmter Abflüsse an den betrachteten Bilanzpunkten und Pegeln bis 2052, dienen als Bezugsgrößen zur Berechnung der sozioökonomischen Effekte (Nutzen, Kosten, Beschäftigung) für verschiedene Wassernutzungen im Einzugsgebiet. Es wurden für alle betroffenen Wassernutzungskategorien (und Sektoren) ökonomische Transfer-Bewertungsfunktionen erarbeitet und in das ArcGRM integriert, so dass simultan mit den Abflussdaten die aus den Veränderungen der Wasserverfügbarkeit resultierenden Nutzen- und Kostendaten ermittelt werden.
- Auf der Basis derartiger Daten für jeweils 100 Realisierungen pro Modelllauf lassen sich unsicherheitstheoretische Angaben zu den Erwartungswerten auch der ökonomischen Effekte aller Handlungsalternativen berechnen.
- Die Resultate zu den einzelnen Handlungsalternativen werden zusammen mit Stakeholdern und Entscheidungsträgern diskutiert und softwarebasiert multikriteriell bewertet, wobei sowohl die Unsicherheiten in den Ergebnisdaten als auch zukünftige Entwicklungstrends mit ihren vorgegebenen Eintrittswahrscheinlichkeiten bei den verschiedenen Entwicklungsrahmen mitberücksichtigt werden. Die Bewertungsergebnisse dienen dann als Grundlage für zu treffende Entscheidungen.
