Unsicherheiten im Wassermanagement

Hauptseminar SS 06 Thema: Unsicherheiten im WassermanagementDozent: Prof. M. Matthies Autor: Nils Schuhmacher

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Unsicherheiten im Wassermanagement

-Anwendung eines GIS- basierten Modells zum

Wassermanagment im Amudarja Fluss Delta

Universität OsnabrückAngewandte Systemwissenschaft: Hauptseminar SS 06

Dozent: Prof. M. MatthiesAutor: Nils Schuhmacher


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Artikel

„Application of a GIS-based Simulation Tool to Illustrate Implications of Uncertainties for Water Management in the Amudarya River Delta“

Autoren: Maja Schlüter & Nadja Krüger


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Überblick

1. Einleitung2. Das Amudarja Delta3. Vorstellung von TUGAI

3.1 Die Tugai Wälder3.2 Die Module von TUGAI3.3 Das HSI Modul

4. Externe Unsicherheiten abschätzen5. Diskussion und Abschluss


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1. Einleitung

Definition von Unsicherheit : Uncertainty refers to “any deviation from the unachievable goal of completely deterministic knowledge of the relevant system” (Walker et al., 2003)Inhärente vs. Externe UnsicherheitenDer Umgang mit Unsicherheiten:

inhärente: Experten, mathematische Methodenexterne: SzenarioanalyseDas GIS- basierte Simulations Tool TUGAI soll vor allem zur Abschätzung externer Unsicherheiten dienen


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2. Das Amurdaja Delta


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2. Das Amurdaja Delta

ProblembeschreibungUnsicherheitsfaktoren bei der Wassernutzung im Amurdaja Delta:


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3. Vorstellung von TUGAI3.1 Die Tugai Wälder

Erscheinen als Gürtel um Flüsse und Kanäle; und in regelmäßig überfluteten GebietenDie Vegetation wird charakterisiert durch hohe Toleranz für trockene Luft und nassen Boden, hohe Transpiration, Resistenz gegen Dürren und Versalzung Die Hauptbaumarten sind Pappeln (spez. Populus Euphratika), Oleaster und WeidenP. Euphratika nimmt im Ökosystem der Tugai Wälder eine zentrale Rolle ein. Daher wird u.a. anhand der Umweltanforderungen von P. Euphratica die Qualität des Habitats in TUGAI bestimmt


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3. Vorstellung von TUGAI3.2 Übersicht der Module


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3. Vorstellung von TUGAI3.3 Das HSI Modul

3.3.1 Einführung

Der Habitat Suitability Index (HSI) stellt eine Zahl Element [0,1] darDiese Zahl soll die Eignung eines Habitats für P. euphratica wiedergebenEr ergibt sich aus mehreren Umweltvariablen:

Wichtig: Antrophogene Einflussfaktoren werden bei der Berechnung des HSI nicht berücksichtigt !!!


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3.3.2 Das Modell

Räumliche und zeitliche Auflösung:GIS Map mit Gridzellen von 300m*300m und einer jährlichen Berechnung des HSI für jede Zelle.

Berechnung des HSI:Separate Berechnung für erwachsene Bäume und heranwachsende Bäume (Saat, Keim und „Setzlings“ - Zeit). Um die Beziehung zwischen Umweltvariablen und Habitat Suitability quantifizieren zu können, wurden Experten dazu befragt. Die Ergebnisse wurde, falls möglich, durch Literaturdaten ergänzt.


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3.3.2 Das Modell: Gesammeltes Expertenwissen


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3.3.2 Das Modell: Der fuzzy set approach

Das so gesammelte Wissen wurden mittels eines fuzzy set approach formalisiert.Für jede Umweltvariable wurde eine Suitability Kurve erstelltDie Kurve ordnet jedem möglichen Wert der Umweltvariable einen Suitablity Wert zwischen 0 und 1 zu (fuzzy functions).Der HSI ergibt sich dann aus einer Kombination der Suitability Kurven


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3. Vorstellung von TUGAI3.3 Das HSI Modul3.3.3 Modellergebnisse

Als Simulationszeitraum wurden die Jahre 1991-1999 gewählt.

Der Grundwasserspiegel wurde auf Basis von Grundwasserdaten aus 15 Messstationen für den Simulationszeitraum interpoliert.

Die Geomorphologie konnte aus dem bereits bestehenden Aral See GIS entnommen werden.

Das Flut Regime (Frequenz, Timing, Dauer) wurde auf Grundlage der Fluten von 1978 u.1998 erstellt.

HSI Ergebnisse für heranwachsende Bäume für das Jahr 1998


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3.3.4 Validierung

Vergleich der Modellergebnisse mit Satellitenaufnahmen aus dem Jahr 2000

Sensitivitätsanalyse:Ein zusätzlicher Ansatz zur Formalisierung des Expertenwissens wurde gewählt (fuzzy rule-based system), um die Sensitvität für strukturelle Änderungen im Modell zu testen.

Vergleich der HSI Ergebnisse für erwachsene Tugai Formationen im Jahr 1999 mit der aktuellen Verteilung von Tugai Wäldern im Jahr 2000. Die schwarze Farbe zeigt Gebiete mit einem niedrigen HSI Wert an (<0,3) und tatsächlich ex. Tugai Wäldern.


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4. Externe Unsicherheiten abschätzen

Rolle von TUGAI in Entscheidungsprozessen:

Externe Unsicherheiten müssen erkannt werden und können dann in die Szenarioentwicklung einfließen. Die Entwicklung von Szenarien und die anschließende Szenarioanalyse sollen vor allem die Dikussion über Handlungsalternativen anregen.


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4. Externe Unsicherheiten abschätzen

Beispiel einer Szenarioanalyse: Erhöhte Wasserentnahme durch Afghanistan mit einer Inflow Abnahme im Delta bis zu 14%Vergleich mit einem Referenzszenario soll die Auswirkungen auf das Ökosystem verdeutlichenSimulationszeitraum: 28 Jahre

Ergebnisse:Fluten: Abnahme der Fluterdauer ab 6%; bei 10%-12% verkürzt auf 1 Monat; bei 14% keine Flut mehrHSI: Gemischte Veränderung der Habitat Suitability bei Szenarios bis 12% (u.a. Verschlechterung der südlichen Gebiete, Verbesserung der Sumpfgebiete); allgemeine Verschlechterung bei 14% Szenario.


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5. Diskussion und Abschluss

Resümee

Das TUGAI Tool stellt ein einfaches Tool zur Szenarioanalyse dar, welches das aktuell verfügbare Wissen über Hydrologie und Ökologie des Delta Gebiets integriert, um eine erste und schnelle Abschätzung von Tendenz und Ausmaß ökologischer Veränderungen, aufgrund geplanter Veränderungen des hydrologischen Regimes, zu geben und den strategischen Planungsprozess zu unterstützen.


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5. Diskussion und AbschlussKommunikation von Annahmen, Unsicherheiten und Möglichkeiten des Modells.

Zielgruppen: Wissenschaftler und Bevölkerung vor Ort.

Weitere Validerung durch Experten oder auf Grundlage neuer Daten in Zukunft nötig.

Kreativität und Vorstellung über mögliche Zukunften anregen. Das Tool soll ermöglichen, unterschiedliche Sichten und Werte einzubinden (Partizipation). Die Simulationsergebnisse können als objektiver Input für einen Entscheidungsfindungsprozess dienen.

Potential des Modells: Kann für neue Problemstellungen angepasst werden. Soll in ein künftiges EU Projekt für neue Ansätze zum adaptiven Wassermangement unter Unsicherheit eingebunden werden.


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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!!!

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