bundesanstalt für gewässerkunde projektgruppe elbe-Ökologie [email protected] untersuchungen zur...

FORSCHUNGSVERBUNDELBE-ÖKOLOGIE

Bundesanstalt für GewässerkundeProjektgruppe Elbe-Ö[email protected]

Untersuchungen zur Durchführbarkeit und den

Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf dem

Grünland der Elbauen

- Einbindung des Projektes in den

Forschungsverbund Elbe-Ökologie -

Köllitsch 03. April 2002

Sebastian KofalkJost Kühlborn

Bundesanstalt für Gewässerkunde

Projektgruppe Elbe-Ökologie

Forschungsverbund Elbe-Ökologie


Bundesanstalt für GewässerkundeProjektgruppe Elbe-Ö[email protected] Landnutzungsformen

Hydrologie, Morphodynamik

Wasserbauliche Maßnahmen

Ökologie

Ausgangssituation

• Fluss, Auen und Einzugsgebiet

• Nutzungs- und Entwicklungskonzepte

für unterschiedliche Naturräume

• Ökologische Funktionsfähigkeit

verbessern

• Wirtschaftlich tragfähige Entwicklung

• Lösung von Nutzungskonflikten

• Prognoseverfahren und Modelle



Übergeordnete Themen

Jena

LenzenWittenberge

Rühstädt

Sandau

Magdeburg

Wittenberg

Berlin

RogätzHavel

Stepenitz

Spree

Parthe

MuldeUnstrut

Dessau

Halle

Erfurt

HamburgGeesthacht

Bleckede

Stör

Leipzig

Mulde

Mulde

Saale

Das Einzugsgebiet der Elbe- Deutscher Teil -Kartengrundlage: BfG, FZJ

Dresden

Übergeordnete ThemenKoordination: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) - Projektgruppe Elbe-Ökologie

Elbe-Ökologie-Informationssystem ELISE (BfG) Ökonomische Bewertung und Monetarisierung (TU B)

Themenbereich Ökologieder Auen

Forschungsvorhaben:

• Naturschutz undLandwirtschaft (NNA)

• Auenregeneration durchDeichrückverlegung (LAGS)

• Rückgewinnung vonRetentionsflächen (LAU LSA)

• Bioindikationssysteme fürAuen (UFZ)

• Lebensgemeinschaften indynamischen Lebensräumen(TU BS)

• Ökologische Konzepte fürElbe-Auenwälder (TU DD)

• Schutz und Nutzung imBiosphärenreservat MittlereElbe (Uni Halle)

• Revitalisierung derUnstrutaue (TLU)

• Erosionsminderung undGrünlandnutzung (SLfL)

Lage vonUntersuchungsgebieten

FORSCHUNGSVERBUND ELBE-ÖKOLOGIE

Themenbereich Ökologieder Fließgewässer

Forschungsvorhaben:

• Morphodynamik der Elbe(Uni KA)

• Vorlandbereiche undStrömungsdynamik (BAW)

• Buhnen und semiterrestri-sche Flächen (TU DA)

• Feststofftransport ausNebenflüssen (BfG)

• Ökologie der Elbefische(Uni HH)

• Wanderverhalten vonFischen (NLÖ)

• Biofilme und Sohl-permeabilität (TU DD)

• Biozönosen und Stoffflüsse(Uni HH)

• Stillwasserzonen undWasserbeschaffenheit (BfG)

• Stoffumsatz an morpho-logischen Strukturen (IGB)

• Stofftransport und -umsatz inBuhnenfeldern (UFZ)


ThemenbereichLandnutzung im Einzugsgebiet

Forschungsvorhaben:

• Naturräumliche Klassifizierung des Elbe-Einzugsgebietes (FZJ)

• Landschaftswasser- und stoffhaushalt imElbe-Einzugsgebiet (PIK)

• Wasser- und Stoffhaushalt im Tiefland(ZALF)

• Wasser- und Stoffhaushalt im Lößgebiet(UFZ)

• Wasser- und Stoffhaushalt imFestgestein (TU DD)

Lage von Untersuchungsgebieten

•Koordination durch die Projektgruppe

•Aufbau und Betrieb von ELISE

•Ökonomische Fragestellung

•Elbe-Literaturdatenbank



Landnutzung im Einzugsgebiet

Jena

LenzenWittenberge

Rühstädt

Sandau

Magdeburg

Wittenberg

Berlin

RogätzHavel

Stepenitz

Spree

Parthe

MuldeUnstrut

Dessau

Halle

Erfurt

HamburgGeesthacht

Bleckede

Stör

Leipzig

Mulde

Mulde

Saale


Dresden




Forschungsvorhaben:













Forschungsvorhaben:














Forschungsvorhaben:







•Landschaftswasser- und -stoffhaushalt

im Gesamtgebiet und in repräsentativen

Teilgebieten (Tiefland, Lößregion, Mittelgebirge)

•Verminderung diffuser Stoffausträge

durch sozioökonomisch akzeptable,

dauerhaft-umweltgerechte

Landnutzungskonzepte



Ökologie der Fließgewässer

Jena

LenzenWittenberge

Rühstädt

Sandau

Magdeburg

Wittenberg

Berlin

RogätzHavel

Stepenitz

Spree

Parthe

MuldeUnstrut

Dessau

Halle

Erfurt

HamburgGeesthacht

Bleckede

Stör

Leipzig

Mulde

Mulde

Saale


Dresden




Forschungsvorhaben:













Forschungsvorhaben:














Forschungsvorhaben:







•Ökomorphologie (Feststofftransport,

Strömungsdynamik, Habitatstrukturen)

•Arten und Lebensgemeinschaften,

Bioindikation (Fische, Zoobenthos)

•Stoffumsatz an Gewässerstrukturen

(Stromsohle, Interstitial, Buhnenfelder)



Ökologie der Auen

Jena

LenzenWittenberge

Rühstädt

Sandau

Magdeburg

Wittenberg

Berlin

RogätzHavel

Stepenitz

Spree

Parthe

MuldeUnstrut

Dessau

Halle

Erfurt

HamburgGeesthacht

Bleckede

Stör

Leipzig

Mulde

Mulde

Saale


Dresden




Forschungsvorhaben:













Forschungsvorhaben:














Forschungsvorhaben:







•Ökologischer Hochwasserschutz

(Deichrückverlegung, Retentionsflächengewinnung)

•Nutzungs- und Renaturierungskonzepte

(Auenwaldentwicklung, umweltverträgliche Landwirtschaft)

•Bioindikation

(Bewertung, Prognose, Erfolgskontrolle)



Gesamtübersicht Projekte „Elbe-Ökologie“

Jena

LenzenWittenberge

Rühstädt

Sandau

Magdeburg

Wittenberg

Berlin

RogätzHavel

Stepenitz

Spree

Parthe

MuldeUnstrut

Dessau

Halle

Erfurt

HamburgGeesthacht

Bleckede

Stör

Leipzig

Mulde

Mulde

Saale


Dresden




Forschungsvorhaben:













Forschungsvorhaben:














Forschungsvorhaben:









Ergebnisse Landnutzung im Einzugsgebiet

Quelle: Wendland & Kunkel

2000



Results Ecology of flowing waters

morphological development of flowing waters and riparian land strips

• consequences through hydroengineering works on habitats

• interactions between hydrological and morphological processes

Source: Büchele & Nestmann 2000



Forschungskonzeption: Prioritäre Aufgaben

Forschungsdefizite Ökologie der Auen

• Bewertung Lebensraumfunktion

• Indikatoren für Strom-Auen-Beziehung

• Renaturierung

• Landbewirtschaftung

Leitbilder für die Entwicklung?

Nutzung und Naturschutz?

Managementkonzepte



Ökologie der Auen

Foto: Alfred Toepfer Akademie für Naturschutz (NNA)



Ökologie der Auen

Retentionsflächenrück- gewinnung (LAU LSA)

Auenregeneration durch Deichrückverlegung (LAGS)

Bioindikationssysteme für Auen (UFZ)

Lebensgemeinschaften in dynamischen

Lebensräumen (TU BS)

FO R S C H U N G S VE R B U N D ELBE-Ö KO LO GI E

Schutz und Nutzung im Biosphärenreservat (Uni Halle)

Revitalisierung der Unstrutaue (TLU)

Konzepte für Elbe-Auenwälder (TU DD)

Leitbilder Naturschutz und Landwirtschaft (NNA)

Systeme der Grünlandnutzung (LfL)



Ergebnisse Ökologie der Auen

Foto: A. Prange

DeichrückverlegungW iederherstellung von

Überflutungsflächen

lokale Wasserspiegel-änderungen

bei Hochw asser

Häufigkeit, Dauer, M aß der Überflu tung

Eintrag/Austragvon Stoffen

Flora

Fauna

Boden

Auennutzung(Landw irtsch ., S iedlung,

Tourism us, ...)




raum-spezifisch

Alternativ /ergänzend

Ver

urs

ach

erb

ez.

Bet

rach

tun

gsw

.A

kze

pto

rbe

z. B

etr

ach

tun

gs

we

ise

Identifiz ierung von Bewirtschaftungs-form en, Maßnahm en etc., d ie

auf bestim m te P aram eter w irken

9/98

gebietsspezifische UQ Z/UQ S-Vorschläge = m it unterschiedlicher G ewichtung der Leitlin ien; jew eils bestehend aus

Leitb ilder

a ) v erb ind lic he r S oc ke l (ge s e tz lich e Vo rga be n )b ) w e ite rg eh e nd e Z ie le (g u ta ch terl. E m pfe h lu ng e n)

KatalogrelevanterUQ Z/UQ S

ggf. Bandbreiten

Darstellungvon Lücken-

Ü b erg e-ord nete Le itlin ien

Experten-Vorschläge

raum-unspezifisch

Status quo-Bewertung und Festlegung von R ahm enbedingungen

Entwicklungszie le

M aßnahmen

Entwicklungs-konzept

Nutzer-in teressen Partizi-pation,Entscheidung

gesetzliche Vorgaben m it U QZ-Charakter

R ichtw erte m it U QS-Charakter

Grenzwerte m it U QS-Charakter

In form ation Betroffener

S ze narien

m eth od isch e E b ene L eitb ilden tw ick lung E ntscheidungsm atrix P rognosem odelle für A uen K oopera tionsprozesse

N atu rraum eben e B io top typen (1 :50 .000) P unktdaten (N L Ö , versch . G utac h ten) B Ü K 50 / N IB IS -A usw ertungen A grarsta tis tik S zenarien für G esam traum

(A u sw ah l-)B etr ieb seb en e D G K 5 / N IB IS A usw ertu ngen P flanzensozo log . A ufnahm en F auna- u . S truk tu raufnahm en F utterw erte B etriebs- u . B ew irtsch .daten B etriebsszenarien /

A npassungsvarian tenQuelle: NNA 2001




Veränderungen in Auen

Prognosemodell Bioindikationsmodell

Quelle: BfG 2001



Informationsaustausch über ELISE

http://elise.bafg.de/?169



J ena

L enzenW ittenb erg e

R üh stä d t

Sa n da u

M ag d ebu rg

W ittenb erg

B erlin

R og ä tzH av el

S te pen itz

S pre e

P ar the

M uldeU nstrut

D essa u

H a lle

E rfu rt

H a m b urgG ees th ach t

B lecked e

S tör

L eipzig

M ulde

M ulde

S aa le

D as E in zu g sg eb i et d e r E l be- D e u ts ch er Te il -K a rte n g ru n d la g e: B fG, FZ J

D res den

Them enbereichLand nutzung im Einzugsgebiet

Forschungsvorhaben:• Naturräumliche Klassifizierung des Elbe -

Einzugsgebietes (FZJ)• Landschaftswasser- und stoffhaushalt im

Elbe-Einzugsgebie t (PIK)





FORSCHUNGSVERBUND EL BE-ÖK OL O GIE

Them enbereich Ökologieder F ließgewässer

Forschungsvorhaben:



• Buhnen und semiterrestri -sche Flächen (TU DA)



• Wanderverhalten vonFischen (NLÖ )



• Stillw asserzonen undWasserbescha ffenheit (BfG )

• Stoffumsatz an morpho-logischen Strukturen (IG B)



5 Thema tisc he B ä nde zu r E lbe- Ök o lo gie F orsc hung(Arbe i ts t ite l)

FO R S C H U N G S V E R B U N D E LB E - ÖKOLOGI E

Biolog ische Frageste llungen und

B ioindikation

Landscha ftswasser- und - stoff hausha lt

und deren Beeinfl ussung durch

Landnutzung und - bewirtscha f tung

Strukturgebundene Stoff dynamik im F l ießgewässer

Umwel tverträgl iche Nutzung und Entwick lung

von Auen

Struktur und Dynamik des F luss laufs und

deren Bee infl ussung durc h wasse rbauliche

M aßnahmen

Them enbereich Ökologieder Auen

Forschungsvorhaben:

• Naturschutz undLandwirtscha ft (NNA)

• Auenregeneration durchDeichrückverlegung (LAG S)


• Bioindika tionssysteme fürAuen (UFZ)




• Revitalis ierung derUns trutaue (TLU)

• Erosionsminderung undGrünlandnutzung (SLfL )



Koordination: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) - Projektgruppe Elbe -Ö kologie

Elbe-Ökologie-Informationssystem ELISE (BfG)

Ökonomische Bewertung und Monetarisierung (TU B)

•

•

•

Entwurf eines System diagram m s für ein Elbe-D SS

-

F lus sg eb ie t

F lus sa bs c hn itts m o du l

F lus sm o du l

E inz ug s ge bie tsm o du l

LANDNUTZUNG

1D HYDROMORPHOLOGISCHES MODUL

ÖKOLOGISCHES MODUL(Auen-/Fluss-/Uferbereich)

S oz io-ö ko no m isc he r

Z us ta nd

Ö ko lo gis ch e r Z us ta nd

1D/2D HYDROMORPHOLOGISCHES MODUL

HYDROLOGIE

1D GEWÄSSERNETZ WASSERQ UALITÄT + -SCHADSTOFFE

C he m isc he rzu s ta nd

Bau- und Unterhaltung von Buhnen

Deichrück-verlegung

Schiffbarkeit

Über-flutungs-risiko

Geschiebe-zugabe

Überflutungs-häufigkeit,Abfluß

Landwirtschaft,Forst

StädtischeAbwässer

Punktquellen Diffuse Q.

Ergebniszusammenführung

„Kompendium Elbe-Ökologie“

„Decision Support System (DSS)“



Veröffentlichung in schriftlicher Form


Struktur und Dynamik des

Flusslaufs und deren

Beeinflussung durch

wasserbauliche Maßnahmen

Struktur und Dynamik des

Flusslaufs und deren

Beeinflussung durch

wasserbauliche Maßnahmen

Umweltverträg-liche Nutzung

und Entwicklung von Auen

Umweltverträg-liche Nutzung

und Entwicklung von Auen

Landschaftswasser- und -stoffhaushalt

und deren Beeinflussung

durch Landnutzung und

-bewirtschaftung

Landschaftswasser- und -stoffhaushalt

und deren Beeinflussung

durch Landnutzung und

-bewirtschaftung

Strukturgebundene Nährstoffdynamik im Fließgewässer

Strukturgebundene Nährstoffdynamik im Fließgewässer

Biologische Fragestellungen

und Bioindikation

Biologische Fragestellungen

und Bioindikation



Nutzungs- und Entwicklungskonzepte für Auen

• Konzepte für eine umweltverträgliche Nutzung und

Entwicklung von Auen

• Möglichkeit und Grenzen der Auenregeneration und der

Auenwaldentwicklung

• Praxisorientierte Empfehlungen und Handlungsmöglichkeiten

für eine ökologisch orientierte Entwicklung am Beispiel der Elbe

• Empfehlungen für Förderprogramme/Modulation

Anfang 2003

Titel

Inhalt

Publikation

Veröffentlichung in schriftlicher Form



J ena

L enzenW ittenb erg e

R üh stä d t

Sa n da u

M ag d ebu rg

W ittenb erg

B erlin

R og ä tzH av el

S te pen itz

S pre e

P ar the

M uldeU nstrut

D essa u

H a lle

E rfu rt

H a m b urgG ees th ach t

B lecked e

S tör

L eipzig

M ulde

M ulde

S aa le

D as E in zu g sg eb i et d e r E l be- D e u ts ch er Te il -K a rte n g ru n d la g e: B fG, FZ J

D res den

Them enbereichLand nutzung im Einzugsgebiet

Forschungsvorhaben:• Naturräumliche Klassifizierung des Elbe -

Einzugsgebietes (FZJ)• Landschaftswasser- und stoffhaushalt im

Elbe-Einzugsgebie t (PIK)





FORSCHUNGSVERBUND EL BE-ÖK OL O GIE

Them enbereich Ökologieder F ließgewässer

Forschungsvorhaben:



• Buhnen und semiterrestri -sche Flächen (TU DA)



• Wanderverhalten vonFischen (NLÖ )



• Stillw asserzonen undWasserbescha ffenheit (BfG )

• Stoffumsatz an morpho-logischen Strukturen (IG B)



5 Thema tisc he B ä nde zu r E lbe- Ök o lo gie F orsc hung(Arbe i ts t ite l)

FO R S C H U N G S V E R B U N D E LB E - ÖKOLOGI E

Biolog ische Frageste llungen und

B ioindikation

Landscha ftswasser- und - stoff hausha lt

und deren Beeinfl ussung durch

Landnutzung und - bewirtscha f tung

Strukturgebundene Stoff dynamik im F l ießgewässer

Umwel tverträgl iche Nutzung und Entwick lung

von Auen

Struktur und Dynamik des F luss laufs und

deren Bee infl ussung durc h wasse rbauliche

M aßnahmen

Them enbereich Ökologieder Auen

Forschungsvorhaben:

• Naturschutz undLandwirtscha ft (NNA)

• Auenregeneration durchDeichrückverlegung (LAG S)


• Bioindika tionssysteme fürAuen (UFZ)




• Revitalis ierung derUns trutaue (TLU)

• Erosionsminderung undGrünlandnutzung (SLfL )



Koordination: Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) - Projektgruppe Elbe -Ö kologie

Elbe-Ökologie-Informationssystem ELISE (BfG)

Ökonomische Bewertung und Monetarisierung (TU B)

•

•

•

Entwurf eines System diagram m s für ein Elbe-D SS

-

F lus sg eb ie t

F lus sa bs c hn itts m o du l

F lus sm o du l

E inz ug s ge bie tsm o du l

LANDNUTZUNG

1D HYDROMORPHOLOGISCHES MODUL

ÖKOLOGISCHES MODUL(Auen-/Fluss-/Uferbereich)

S oz io-ö ko no m isc he r

Z us ta nd

Ö ko lo gis ch e r Z us ta nd

1D/2D HYDROMORPHOLOGISCHES MODUL

HYDROLOGIE

1D GEWÄSSERNETZ WASSERQ UALITÄT + -SCHADSTOFFE

C he m isc he rzu s ta nd



Schiffbarkeit


Geschiebe-zugabe





Ergebniszusammenführung

„Kompendium Elbe-Ökologie“

„Decision Support System (DSS)“



Decision Support System DSS

Benutzeroberfläche

Werkzeug-basis

Daten-basis

Modell-basis

Quelle: RIKS 2001



Was ist ein DSS?

(1) Computergestütztes Informations-System

(2) Zugang / Lösung interdisziplinärer Probleme

(3) Zugang / Nutzung Daten & Modelle

(4) Unterstützt Entscheidungsfindung

(5) Anwendung innerhalb “Entscheidungsraum”

(6) Entscheider und Wissenschaftler beteiligt

in Anlehnung an Scott [1971], El-Najdawi & Stylianou [1993]

„Bessere Entscheidungsgrundlagen führen auch zu besseren Entscheidungen.....“



Was kann ein DSS?

Es kann ....

... in verschiedenen Skalen arbeiten

... Modelle kommunizieren lassen

(Naturwissenschaften - Ingenieurwissenschaften - Ökonomie)

... Ergebnisse in kurzer Zeit generieren

... Alternativen analysieren

... Entscheidungsprozesse erleichtern



Das gilt es zu vermeiden!

Programmierer des DSS

Nutzer des DSS



Decision Support System (DSS)

Uni

IGBPIK

FZ Jülich

BTU Cottbus

Halle

BAW

IGB

PIK

BAW

Uni Karlsruhe

TU BraunschweigTU Darm stadtTU Dresden

Uni Hamburg

UFZ/RIVA

TU Dresden

Uni Halle

LAU /RW TH AC

BAW

BAW

BTU Cottbus

Uni Halle

BAW

UFZ/RIVA

BAW

Uni Karlsruhe

BAW

LAU /IÖW

BfG

BAW

TU Darm stadt

Uni Osnabrück

BfGIGB

Uni OsnabrückELBE 2000

Uni OsnabrückELBE 2000ARGE Elbe

-

F lussgebiet

F lussabschnittsm odul

F lussm odul

Einzugsgebietsm odul

LANDNUTZUNG

1D HYDRO MO RPHOLOG ISCHES M ODUL

ÖKOLOGISCHES M ODUL(Auen-/Fluss-/Uferbereich)

Sozio-ökonom ischer

Zustand

Ö kologischer Zustand

1D/2D HYDROM ORPHOLOGISCHES M ODUL

HYDRO LO GIE

1D GEW ÄSSERNETZ WASSERQUALITÄT + -SCHADSTOFFE

Chem ischerzustand



Schiffbarkeit


Geschiebe-zugabe





Entwurf Pilot-DSS:

Systemdiagramm



Beispiel Flussabschnitts-Modul

100 - 1000 m



Forschungsverbund Elbe-Ökologie

Foto: Schuhmann

und nun ...

... sind die untersuchten

Landnutzungsänderungen

durchführbar ?

... welche Auswirkungen sind zu

beachten?



Kompendium Elbe-Ökologie: Ausblick

„Biologische Fragestellungen und Bioindikation in

Auenlandschaften am Beispiel der Elbe“

• Biozönosen• Interaktionen in Flussauen• Bearbeitete Taxa

• Schlüsselfaktoren/Steuerungsgrößen• Life-History-Strategien• Methodische Ansätze

• Landschaftseinheiten der Auen in der Stromlandschaft Elbe

• Synthese:– Steuergrößen / Modelle– Bioindikation– Prognostik/Monitoring/Modelle

• Handlungsempfehlungen



Alle Informationen in ELISE erhältlich

http://elise.bafg.de/?3473



EU- Wasserrahmenrichtlinie

hydro-morphologicalcomponents

biologicalcomponents

physico-chemicalcomponents

general pollutantspollutants

good hydro-morphological state

good biologicalstate

good physico-chemical state

good ecologicalstate

good chemical state


hydro-morphologicalcomponents

biologicalcomponents

physico-chemicalcomponents

general pollutantspollutants

good hydro-morphological state

good biologicalstate

good physico-chemical state


good chemical state




Entwurf Pilot-DSS: Systemdiagramm

River Basin

socio-economic

state

Ecologicalstate

Chemical state

River Section Module

ECOLOGICAL MODULE

(floodplain/river/bank)

1D/2D HYDROMORPHOLOGY MODULE

dike shifting

River Module

1D HYDROMORPHOLOGY MODULE

1D RIVER WATER QUALITY+ TOXICANTS

groynemodification

shipping

flood risk

sand suppletion

flood frequency,discharge

Catchment Module

LAND USEHYDROLOGY

forestryagricultureurban

wastewaters

Point Diffuse

UFZ/RIVA

IGBPIK

FZ JülichBTU Cottbus

Uni Halle

BAW

IGBPIK

BAW

Uni Karlsruhe

TU BraunschweigTU DarmstadtTU Dresden

Uni Hamburg

TU DresdenUni Halle

LAU/RWTH ACBAW

BAW

BTU CottbusUni Halle

BAW

BAWUni Karlsruhe

BAWLAU/IÖW

BfGBAW

TU Darmstadt

Uni OS

BfGIGB

Uni OsnabrückELBE 2000

Uni OSELBE 2000

ARGE Elbe



Ökologie der Auen

Ökologisch orientierter Hochwasserschutz

Auenwälder: naturnahe und naturschutzgerechte

Bewirtschaftungskonzepte

Auenwaldneubegründung/landwirtschaftliche Nutzung in

potenziellen Überflutungsbereichen

Umweltschonende Landnutzungskriterien

Umweltqualitätsziele und regionale Leitbilder

Entwicklungsziele: Ökonomische Auswirkungen

Grünlandnutzungssysteme /Tierhaltung

Bioindikationssystem zur Analyse, Bewertung und Prognose

ökologischer Veränderungen in Auen

bundesanstalt für gewässerkunde projektgruppe elbe-Ökologie [email protected] untersuchungen zur...

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