Aktuelle Forschungsvorhaben

BlueM

BlueM ist ein Softwarepaket zur Flussgebietsbewirtschaftung. Es ermöglicht die integrierte Simulation, Analyse und Optimierung von Abfluss- und Stoffströmen in ruralen und urbanen Gebieten inklusive der Prozesse im Gewässer unter Verwendung physikalisch basierter hydrologischer Ansätze. BlueM ist eine Weiterentwicklung von Modellkonzepten, die seit vielen Jahren am ihwb verfolgt werden und in diversen Anwendungsprogrammen implementiert wurden.

Neben dem hydrologischen Modellkern zur Niederschlags-Abfluss-Berechnung einschließlich Abfluss- und Stofftransport in ruralen und urbanen Gebieten (BlueM.Sim) beinhaltet das BlueM-Softwarepaket Werkzeuge zur Visualisierung und Analyse von Zeitreihen (BlueM.Wave), zur Optimierung, Autokalibrierung und der Sensitivitätsanalyse von Modellparametern (BlueM.Opt) sowie zu deren Visualisierung (z.B. in Form von Scatterplot-Matrizen). Ein weiterer Bestandteil des Pakets ist BlueM.Analyser, ein Werkzeug für Monitoringaufgaben und Auswertungen in Echtzeit (je Zeitschritt).

BlueM.Sim und BlueM.Analyser verfügen über OpenMI-Schnittstellen , so dass sie für erweiterte Problemstellungen mit anderen OpenMI-Modellen kombiniert bzw. ergänzt werden können.

BlueM Komponenten:

  • BlueM.Sim (Hydrologischer Rechenkern – mit OpenMI-Schnittstelle)
  • BlueM.Wave (Zeitreihenverwaltungs und -analysewerkzeug)
  • BlueM.Opt (Optimierung basierend auf evolutionären Algorithmen und Sensitivitätsanalyse)
  • BlueM.Analyser (Echtzeit-Datenmonitor und Auswertungswerkzeug – gekoppelt via OpenMI)

Das Softwarepaket BlueM ist nach einer Registrierung frei verfügbar, für Forschungszwecke kann nach entsprechender Vereinbarung mit dem ihwb auch auf den Quellcode zurückgegriffen werden. Weitere Informationen finden sich unter http://www.bluemodel.org.

Zahlungssysteme für hydrologische Ökosystemleistungen

Umfangreiche Untersuchungen in den letzten Jahren und Jahrzehnten belegen nicht nur immer deutlicher die Abhängigkeit des menschlichen Wohlbefindens von intakten Ökosystemen, sondern auch deren wirtschaftliche Bedeutung. Gerade im Zusammenhang mit der Wegbereitung zu einer nachhaltigen internationalen Entwicklung zeigte sich, dass selbst zeitlich begrenzte Ressourcenübernutzung nicht zu langfristig anhaltendem Wohlstand führt, jedoch möglicherweise zu unwiederbringlichem Verlust wertvoller Ökosysteme. Übernutzung zu vermeiden ist zudem wesentlich günstiger und einfacher als die Wiederherstellung von funktionierenden Ökosystemen.
Ergänzend zu diesem Erkenntnisgewinn fehlt weiterhin der Nachweis über praktikable Finanzierungsmechanismen zur nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen als Grundlage einer sozio-ökonomischen Entwicklung.

Viel versprechend gelten derzeit in diesem Zusammenhang Konzepte von Zahlungssystemen für Ökosystemleistungen. Diese erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da sie versuchen ein ungelöstes Problem der nachhaltigen Ressourcennutzung aufzugreifen: die Einbeziehung von Externalitäten der Ressourcennutzung.

In dieser Forschungsarbeit wird das Potenzial dieser Zahlungssysteme für Ökosystemleistungen in Hinblick auf die Erreichung der nachstehenden Ziele untersucht:

  • Nachhaltiger Umweltschutz und Sicherung bzw. Wiedergewinnung des Naturkapitals und dessen ökologischer Funktion.
  • Armutsreduzierung.
  • Förderung eines partizipativen integrierten Land- und Wasser-Ressourcen Managements, sowie einer nachhaltigen Raumplanung.

Dabei soll insbesondere untersucht werden, welchen Einfluss unterschiedliche Landnutzungen auf die Bereitstellung hydrologischer Ökosystemleistungen haben (physikalischer Zusammenhang). Speziell die Möglichkeit der gemeinsamen Zielerreichung von Umweltschutz und Armutsminderung in Entwicklungsländern im Zusammenhang mit Zahlungen für Ökosystemleistung soll dabei, in Hinblick auf Synergien, Komplementarität und Konkurrenz der jeweiligen Ziele, näher betrachtet werden. Schließlich soll die Entwicklung von Entscheidungshilfen zur ganzheitlichen Beurteilung dieser natürlichen Dienstleistungen vorangetrieben werden.

Die Forschungsarbeit steht in konkretem Anwendungsbezug mit dem Public-Private-Partnership-Projekt zur Zahlung für hydrologische Umweltleistungen der Gesellschaft für internationale Zusammenarbeit (GiZ) in Belén, Nicaragua.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jochen Hack

Methodischer Vorschlag zur Umweltverwundbarkeitsbewertung hydroelektrischer Infrastrukturentwicklung

Wasserkraftwerk Santa Bárbara
Wasserkraftwerk Santa Bárbara

Aufgrund der geografischen Lage und des geologischen Ursprungs, ist Nicaragua besonders verwundbar durch Naturereignisse wie Erdbeben, Tsunami, Tropenstürme, Vulkanausbrüche, Dürren, Erdrutsche und Fluten. Andererseits verfügt Nicaragua über üppige Wasserressourcen, aber Schutz und strategische Pläne zur landesweiten Wassernutzung wurden nie erstellt, was zur schonungslosen Übernutzung der Ressourcen führte.

Das Einzugsgebiet des Rio Viejo ist Teil des komplexen Systems des Rio San Juan Einzugsgebiets, u.a. bestehend aus dem Managua- und Nicaraguasee. In diesem System ist das Einzugsgebiet des Rio Viejo Fluss besonders relevant im Bezug auf die Stromerzeugung. Es existieren zwei Wasserkraftwerke und vier weitere sind geplant. Ein ständiger „Wasserimport“ aus Apanas-Einzugsgebiet (künstlicher See) zur Stromerzeugung macht das System noch komplexer. Das Fehlen eines Managementplans für das Einzugsgebiet führte in der Vergangenheit zur exzessiven Ausbeutung Verschlechterung der Wasserressourcen.

Durch gezielte Wassernutzungsstrategien und Plänen für ein integriertes Wassereinzugsgebietsmanagement sollen zukünftig die Verwundbarkeit des Einzugsgebiets gegenüber extremen Naturereignissen mit hydrologischem Hintergrund reduziert werden und eine nachhaltige Nutzung der Wasserressourcen ermöglicht werden.

Die allgemeine Zielsetzung der Forschungsarbeiten ist es einen methodischen Vorschlag zur Bewertung der Umweltverwundbarkeit und seiner Auswirkungen auf die Wasserressourcen des Rio Viejo-Einzugsgebiets zu entwickeln. Auf Basis dieser Umweltverwundbarkeitsbewertung sollen schließlich Wassernutzungsstrategien erarbeitet werden.