Die Millionenfrage: Wasser für Peking

Entscheidungssystem unterstützt die Megacity beim Wassermanagement für Bewohner, Betriebe und Landwirtschaft

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Die Millionenfrage Wasser für Peking 001

© IOSB — 

Wassermanagement Peking: Für Peking wurde eine Wasser-Bilanz erstellt, die eine integrierte Betrachtung aller Wasser-Ressourcen ermöglicht. Sie fußt auf zwei hochkomplexen Modellen zur Situation von Grundwasser und Oberflächengewässern (Entnahme, Neubildung unter Einfluss diverser Faktoren). Die Variablen in den Modellen werden für Prognosen automatisch auf die entscheidenden Wirkungszusammenhänge reduziert.

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Marktreife2009

05. Oktober 2009 — 

Vierzehn Millionen Menschen leben und arbeiten in der chinesischen Hauptstadt Peking. Und jedes Jahr kommen durch Zuwanderung bis zu eine Million weitere dazu. Die flächendeckende Versorgung mit Trinkwasser ist deshalb eine lebenswichtige Aufgabe der Verwaltungsbehörden der Metropole. Eine der dringendsten Zukunftsfragen dabei ist: Wie lässt sich auch in einigen Jahren noch sauberes Wasser in ausreichender Menge und Qualität für Haushalte, Betriebe und die Landwirtschaft bereit stellen? Denn die Nachfrage steigt nicht nur mit der Bevölkerungszahl, sondern auch wegen des starken industriellen Wachstums. Die rasante Entwicklung hat zudem zunehmend negative Auswirkungen auf die vorhandenen Trinkwasserressourcen: Bodenversiegelungen beispielsweise führen dazu, dass immer weniger Niederschläge versickern können. Die Oberflächengewässer werden mehr und mehr durch Industrie- und Haushaltsabwässer belastet.

Der Bedarf an Frischwasser wird in Peking bereits seit Jahren weitestgehend mit Grundwasser gedeckt und ist so hoch, dass der Grundwasserspiegel im Jahr um rund 1,5 Meter sinkt. Allein für die Landwirtschaft, dem mit Abstand größten Wasserverbraucher im Einzugsbereich der Stadt, sind etwa 40.000 Brunnen in Betrieb. Einen Überblick zu bekommen, wo und wann welche Mengen an Frischwasser entnommen werden, war für die einzelnen Bereiche der Gesamtregion bisher kaum möglich, denn eine systematische Erfassung der Verbrauchszahlen gibt es kaum. Weil Trinkwasser für die Einwohner der Metropole kostenfrei ist, fehlen etwa in den Haushalten die Wasserzähler. Um wirksame Strategien und Maßnahmen für ein nachhaltiges Ressourcenmanagement entwickeln zu können, ist es notwendig, die lokalen Gegebenheiten in den einzelnen Teilgebieten genau zu kennen. Stadtplaner, Stadtverwaltung und Wasserversorger müssen die komplexen Zusammenhänge zwischen Wasserentnahme, Situation der Oberflächengewässer, Niederschlagsmenge, Grundwasserneubildung und Entwicklung der Stadtlandschaft verstehen und wissen, wie sich diese Faktoren gegenseitig beeinflussen. In einem durch das Bundesforschungsministerium und das chinesische Ministerium für Wissenschaft und Technologie geförderten Projekt wurde vom Fraunhofer IITB mit seinem Anwendungszentrum Systemtechnik in Ilmenau nun ein System entwickelt, das eine integrierte Betrachtung aller Wasserressourcen Pekings ermöglicht. Es kann künftig die Grundlage für weiterführende und sinnvolle Entscheidungen zur Wasserversorgung der Zukunft bilden.

Zunächst erstellten die Experten des Instituts eine Wasserbilanz für das betrachtete Gebiet, das mit 6.300 Quadratkilometern mehr als siebenmal so groß ist wie das Land Berlin. Dazu mussten zuerst umfangreiche Daten recherchiert und aufbereitet werden: von der Bestandsaufnahme der tatsächlich vorhandenen Menge an Grund- und Oberflächenwasser über den Verbrauch durch Haushalte, Landwirtschaft und Industrie bis zu den lokalen Gegebenheiten wie Niederschlagsmenge oder Verdunstung. Auf Grundlage dieser Wasserbilanz wurden zwei Modelle erstellt: Eines mit dem die Situation des Grundwassers abgebildet wird und ein zweites zur Situation der Oberflächengewässer. Beim Grundwasser-Modell werden die lokalen geografischen und klimatischen Besonderheiten ebenso berücksichtigt wie hydrogeologische Einflussfaktoren, etwa die Durchlässigkeit des Bodens. Das zweite Modell zur Situation der Oberflächengewässer erfasst Flüsse, Seen und Kanäle ebenso wie Reservoire, Schleusen und Wasserwerke. Auch dieser Modellaufbau muss die Vernetzung der beteiligten Elemente berücksichtigen. Denn nur so lässt sich zeigen auf welchen Wegen das Wasser innerhalb des gesamten Gebietes transportiert, gesammelt und verteilt wird. Zudem soll auch der Einfluss des Oberflächenwassers auf den Grundwasserstand erfasst und erklärt werden. Werden beide Modelle miteinander gekoppelt bilden sie eine umfassende Grundlage, um Prognosen zur zukünftigen Wasserverteilung zu errechnen. Verschiedene Strategien für ein optimiertes Wassermanagement lassen sich auf diese Weise testen und weiterentwickeln. Ein Problem hatten die Systementwickler am Fraunhofer IITB dafür allerdings noch zu lösen: Die Größe und die lokalen Unterschiede des Modellgebietes machten sehr große, komplexe Modelle erforderlich. Die dafür nötigen Berechnungen aber sind zu umfangreich, um Entwicklungen über Jahre oder Jahrzehnte innerhalb sinnvoller Rechenzeit vorausberechnen zu können und die kurz-, mittel- und langfristigen Wirkungen verschiedener Wasserentnahmestrategien rechnerisch miteinander zu vergleichen. Um das System zur Entscheidungsunterstützung trotzdem sinnvoll einsetzen zu können wurde ein neuartiges Konzept entwickelt, das die Vielzahl der einzelnen Variablen in den Ausgangsmodellen automatisch auf die jeweils entscheidenden Wirkungszusammenhänge reduziert. Seit Sommer 2008 wird das System nun in der Wasserbehörde in Peking zur Unterstützung beim Aufbau eines zukunftsfähigen Wassermanagements für die Megacity eingesetzt.

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