WSM300 - Methodik

Methodik

Maßnahmen und Modelle

Der Kooperationspartner IPS präsentiert innerhalb seiner Internetseiten einen Katalog von Maßnahmen der Wasserbewirtschaftung.

Zielvariablen und Bewertung

Das Teilprojekt wurde bearbeitet von der TU-Berlin, Fachgebiet Wasserreinhaltung

In der heutigen Planungspraxis werden allzu oft Detaillösungen entwickelt, die nur im Hinblick auf ein oder wenige Ziele (z.B. CSB-Entlastungsfracht) optimiert sind. Diese Lösungen können schlimmstenfalls bezüglich anderer Ziele kontraproduktiv sein, zumindest jedoch vergibt man sich die Chance Synergien bei der Lösung verschiedener Probleme zu nutzen.

Daher ist es wichtig, zu Beginn des Planungsprozesses die im Einzugsgebiet vertretenen Interessengruppen einzubeziehen und festzustellen, welche Ziele im Einzugsgebiet bestehen. Dabei kommt es zunächst nur darauf an festzulegen, welche Ziele überhaupt berücksichtigt werden, noch nicht, wie die Ziele gegeneinander zu gewichten sind.

Eine Beteiligung der verschiedenen Interessengruppen bereits in diesem frühen Stadium der Planung hat einen weiteren Vorteil: Wer von Anfang an am Planungsprozess beteiligt ist und seine Ziele berücksichtigt sieht, wird am Ende viel eher bereit sein (evtl. unbequeme) Kompromisse einzugehen und sich konstruktiv an der Konsensfindung zu beteiligen.Ziele konkretisieren und den Erfolg von Maßnahmen messbar machen – die Zielvariablen.

Die Diskussion im Einzugsgebiet wird eine Fülle von Zielen hervorbringen, die sehr wahrscheinlich zunächst eher unpräzise beschrieben sind, wie z.B. „Gewässerschutz“, „Hochwasserschutz“, „Trinkwassergewinnung“.

Um später verschiedene Maßnahmen bezüglich der Ziele vergleichen zu können muss der Erfolg der Maßnahmen messbar gemacht werden. Dazu werden die übergeordneten, unpräzise formulierten Ziele auf konkrete Zielvariablen heruntergebrochen.

Definition: Eine Zielvariable ist eine Variable, deren Wert die Auswirkungen wasserwirtschaftlicher Szenarien quantifiziert.

So kann z.B. das Ziel Hochwasserschutz durch die Zielvariable „HQ50“ repräsentiert werden. Das Ziel „Vermeidung von Eutrophierung“ kann durch die Zielvariable „Jährliche P-Fracht“ beschrieben werden. Die Wert des HQ50 und der Jährlichen P-Fracht können für jedes Maßnahmenszenario berechnet werden und erlauben so den Vergleich der Szenarien bezüglich der genannten Ziele.

Der Zielvariablenkatalog

Um die Diskussion der Ziele und die Definition der Zielvariablen zu unterstützen wurde im Rahmen des Projektes ein Zielvariablenkatalog (Bild oben) entwickelt. Dies wird im folgenden am Beispiel des Ziels „Gewässerschutz“ erläutert (Bild unten):

Bild: Entwicklung des Zielvariablenkataloges

Von rechtlicher Bedeutung für den Gewässerschutz ist insbesondere die EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL). Die Bewertung des ökologischen Zustandes der Gewässer erfolgt in der WRRL vor allem durch biologische Parameter (Zusammensetzung und Abundanz der Gewässerflora, der benthischen wirbellosen Fauna und der Fischfauna). Diese lassen sich jedoch nur sehr schlecht prognostizieren (modellieren), was sie für den Einsatz in der Planung eher ungeeignet macht. Daher wurden stellvertretend hydraulische, physikalisch-chemische und morphologische Zielvariablen entwickelt. Wenn diese Zielvariablen gute Werte aufweisen ist das Erreichen des guten ökologischen Zustandes sehr wahrscheinlich.

Der Zielvariablenkatalog wurde zunächst ausgehend von der Fallstudie Panke entwickelt, dann in den Fallstudien Saidenbach und Modau diskutiert und ergänzt. Bei der Entwicklung ging es darum, eine möglichst kompakte Auswahl aus der Vielzahl möglicher Zielvariablen zu treffen, ohne dabei wichtige Ziele zu vernachlässigen. Nicht alle enthaltenen Zielvariablen finden im Projekt Anwendung (wie z.B. 1.2.9. Mikrobiologische Parameter), da eine Bestimmung der Werte im Rahmen des Projektes zu aufwändig gewesen wäre. Dennoch wurden sie in den Katalog aufgenommen, da sie prinzipiell wichtige Ziele repräsentieren.
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Zielvariablenkatalog mit Kurzbeschreibung

Bewertung

Nachdem verschiedene Maßnahmenszenarien modelliert und somit die Auswirkungen quantifiziert sind, liegt nun eine ausgefüllte Matrix mit Szenarien, Zielvariablen und Werten für die Zielvariablen vor (Bild).

Ziele hinter den Zielvariablen:
1. (HQ25) Hochwasserschutz; 2. (HQ1) Vermeidung von hydraulischem Stress für die Biozönose; 3. (PHF) Vermeidung von Eutrophierung in Seen; 4. (NF)
Vermeidung von Eutrophierung des Meeres; 5. (PKB) Möglichst geringe Kosten

Diese liefert bereits eine gute Grundlage für eine Entscheidung. Anstelle Maßahmen aus dem Bauch heraus beurteilen zu müssen, da über deren Wirkung nur Vermutungen vorliegen, kann jetzt über Fakten diskutiert werden. Dennoch wird es oft schwierig sein, die optimale Lösung auszuwählen, da in der Regel keine Lösung bezüglich aller Ziele überlegen ist. Dies wird in folgendem Beispiel verdeutlicht: Es werden 4 Szenarien der Regen- / Mischwasserbewirtschaftung mit Auswirkungen auf das hydraulische Regime und die stoffliche Belastung des Gewässers exemplarisch an Hand von 5 Zielvariablen verglichen. Szenario 1 (Ist–Zustand) ist nur zum Vergleich dargestellt. Szenario 4 (Kombiniertes Szenario) ist bezüglich aller Zielvariablen, mit Ausnahme der Kosten das Beste. Szenario 2 (Bodenfilter) ist 3 Mio € günstiger und bezüglich der Nährstofffrachten (PHF, NF) nur geringfügig schlechter. Das billigste Szenario (Abkopplung) ist immerhin bezüglich des Hochwasserschutzes (HQ25) das Zweitbeste.
Es ist offensichtlich nicht einfach, das beste Szenario zu ermitteln. Hier können multikriterielle Bewertungsverfahren durch eine Formalisierung des Entscheidungsprozesses weiterhelfen.

Multikriterielle Bewertungsverfahren

unterstützen bei der Auswahl des besten Szenarios nach den Präferenzen der Entscheidungsträger.
stellen den Weg der Entscheidungsfindung transparent dar. Dies erleichtert die Diskussion der Ergebnisse mit verschiedenen Interessengruppen.
ermöglichen Sensitivitätsanalysen (z.B. für die Gewichtung der Zielvariablen), die die Diskussion zusätzlich unterstützen.

Im Rahmen des Projektes wurden die zwei Verfahren PROMETHEE und Nutzwertanalyse als EXCEL-Applikationen umgesetzt und erprobt. Im folgenden wird die Nutzwertanalyse vorgestellt, die den bedeutenden Vorteil hat, dass das Verfahren leicht verstanden werden kann (Prinzip: Stiftung Warentest). Bei der Nutzwertanalyse wird mit Hilfe von Nutzenfunktionen jedem Wert einer Zielvariable ein Teilnutzwert zwischen 0 (sehr schlecht) und 1 (sehr gut) zugewiesen.

Dann sind unter Berücksichtigung der gewählten Nutzenfunktionen Gewichte für die Zielvariablen zu vergeben und im Gewässerbeirat zu diskutieren. Es ist möglich, verschiedene Sätze von Gewichten auszuprobieren, um so die Diskussion zu unterstützen. Schließlich werden die Teilnutzwerte eines jeden Szenarios mit dem Gewicht multipliziert und aufaddiert. Das Ergebnis ist in der folgenden Abbildung links redargestellt.

Die Balken stellen jeweils ein Szenario dar. Die einzelnen Sektoren eines Balkens sind die gewichteten Nutzwerte bezüglich der Zielvariablen. In diesem Beispiel schneidet das Abkopplungsszenario am besten ab, insbesondere durch die geringen Kosten und den passablen Hochwasserschutz.

Die in der Abbildung rechts dargestellte Sensitivitätsanalyse ergibt, dass das Gewicht der Zielvariable „Projektkostenbarwert“ zwischen etwa 20% und 40% variiert werden kann, ohne dass sich das
bevorzugte Szenario ändert. Werden die Kosten mit mehr als 40% gewichtet, kommt man zum Ergebnis besser gar nichts zu tun (Ist – Zustand wird zum bevorzugten Szenario), bei einem Gewicht von unter 20% wird das kombinierte Szenario bevorzugt.