Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften Fachrichtung Wasserwesen Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft, Professur Wasserversorgung
IntegTaIntegTa
Dr.-Ing. Irene SlavikProf. Dr.-Ing. Wolfgang Uhl
IntegTa -
ein integrativer Ansatz
IntegTaIntegTa
Inhalt
• Ausgangspunkt
• Problemstellung und Zielsetzung
• Bisherige Untersuchungen
• Vorgehensweise im Gesamtprojekt
IntegTaIntegTa
Ausgangspunkt
Vielseitige Nutzungsansprüche an Trinkwassertalsperren:
- Trinkwasserversorgung
- Hochwasserschutz
- ökologischer Zustand
- Energiegewinnung
- Freizeitnutzung
IntegTaIntegTa
Nutzungskonflikte
- Vorhaltung großer Hochwasserrückhalteraum vs. qualitativ hochwertiges Rohwasser für Trinkwasseraufbereitung
- Abflussregulierung beeinflusst ökologische Qualität im Unterlauf
(Konflikte mit Vorgaben und Zielen der EU-Wasserrahmenrichtlinie)
IntegTaIntegTa
Hochwasserschutz/Hochwasserrückhaltung
Trinkwasserversorgung/Rohwasserbereitstellung
Stauziel
Stauziel
freierStauraum
Abgabe-leistung
Mindest-füllung
Wasser-güte
Konflikt
Optimum
Hochwasserschutz/Hochwasserrückhaltung
Trinkwasserversorgung/Rohwasserbereitstellung
StauzielStauziel
StauzielStauziel
freierStauraum
Abgabe-leistung
Mindest-füllung
Wasser-güte
Konflikt
Optimum
Nutzungskonflikte
nach Sieber (2003)
für Konfliktlösung
Entwicklung eines
Entscheidungshilfe-
werkzeugs
=
Ziel des
IntegTa-Projektes
IntegTaIntegTa
Inhalt
• Ausgangspunkt
• Problemstellung und Zielsetzung
• Bisherige Untersuchungen
• Vorgehensweise im Gesamtprojekt
IntegTaIntegTa
TalsperreTrinkwasser-aufbereitung
Unterlauf
- Gesamtsystem ist hoch komplex und dynamisch- optimale, verschiedene Nutzungsaspekte
berücksichtigende und gegeneinander abwägende Bewirtschaftung ist sehr schwierig
Einzugsgebiet
Problem
IntegTaIntegTa
Rohwasserqualität und -menge
Rohwasserqualität und -menge
Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung
Trinkwasseraufbereitung
Ökologischer Zustanddes Unterlaufs
bislang: Bewirtschaftung basierend auf Wasserwirtschafts-plänen sowie reaktiv
Problemstellung
Wildbettabgabe
IntegTaIntegTa
zukünftig: proaktive Bewirtschaftung
Voraussetzung: Beschreibung der „Zukunft“anhand von Modellen für die Teilbereiche
Rohwasserqualität und -menge
Rohwasserqualität und -menge
Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung
Trinkwasseraufbereitung
Ökologischer Zustanddes UnterlaufsWildbettabgabe
IntegTaIntegTa
Rohwasserqualitäund -menge
Rohwasserqualität und -menge
Externe Faktoren Talsperrenbewirtschaftung
Trinkwasseraufbereitung
Ökologischer Zustanddes UnterlaufsWildbettabgabe
ModellModelle
Modell
Stochastik
IntegTa
Weiterentwicklung/Neuentwicklung von Modellen für die Teilbereiche und Zusammenführung in neues Werkzeug
Empfehlung/ Bewertung
IntegTaIntegTa
Zielsetzung
Optimale Entscheidung für
Talsperrenbewirtschaftung unter
Berücksichtigung der Nutzungskonflikte
=>
Entwicklung eines Entscheidungshilfewerkzeugs
für die integrative Bewirtschaftung von
Talsperrensystemen
IntegTaIntegTa
Inhalt
• Ausgangspunkt
• Problemstellung und Zielsetzung
• Bisherige Untersuchungen
• Vorgehensweise im Gesamtprojekt
IntegTaIntegTa
Bisherige Untersuchungen
Bewirtschaftungsoptimierungen:
- Beispiel: Rappbodetalsperre (Schöpfer et al., Koblenz)
Sicherstellung Rohwasserbereitstellung in erforderlicher
Menge und Qualität
Nur qualitative Bewertung der Rohwassergüte für
Einzugsgebiet und Talsperre
Berücksichtigung Hochwasserschutz, Energiegewinnung
- Optimierung Wasserkraftnutzung und Hochwasser-
management für Talsperren des Aggerverbandes(Lohr, Darmstadt)
IntegTaIntegTa
Bewirtschaftungsoptimierungen:
- Trübungsreduzierung in einer Talsperre (Pyke et al., USA)
- Optimierung der Talsperrenwasserqualität hinsichtlich
Algenproduktion zur Unterstützung der Trinkwasser-
aufbereitung (Bayley et al., UK)
- Entwicklung von Talsperrenbewirtschaftungs-
strategien zur Kontrolle der Produktion von
Cyanobakterientoxinen (Brookes et al., Australien)
Bisherige Untersuchungen
IntegTaIntegTa
Erste Ergebnisse aus IntegTa in der Praxis:
- ATT-Schriftenreihe Band 7:
Fachliches Regelwerk zur integralen Wassermengen- und
Wassergütebewirtschaftung
Definition von Grundlagen und Zielen für Sicherung der
Trinkwassergewinnung und für guten ökologischen
Zustand des Unterlaufs
Formulierung von Handlungsempfehlungen
- Menge-Güte Kopplung an Oleftalsperre (Lohr, Darmstadt)
Bisherige Untersuchungen
IntegTaIntegTa
Bislang kein Werkzeug zur integrativen Simulation und
Bewertung der Auswirkungen von Managementstrategien
integrativ = Berücksichtigung von
- Wassergüte
- Hochwasserschutz
- Trinkwasseraufbereitung
- ökologische Qualität im Unterlauf
Bisherige Untersuchungen
IntegTaIntegTa
besonders wichtig:
Berücksichtigung von möglichen Extremereignissen oder
Veränderungen von Randbedingungen(z. B. durch Klimaänderungen)
IntegTaIntegTa
Extremereignisse
DOC TS Klingenberg (saisonbereinigt)
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
Jan 96 Jan 98 Jan 00 Jan 02 Jan 04 Jan 06
Datum
DO
C [m
g/L]
DOC
untere Grenze 95% Konfidenzintervall
obere Grenze 95% Konfidenzintervall
Linear (DOC)
IntegTaIntegTa
ExtremereignisseTrübung TS Klingenberg (saisonbereinigt)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Jan 98 Jan 00 Jan 02 Jan 04 Jan 06 Jan 08
Datum
Trüb
ung
[FN
U]
Trübung FNU
untere Grenze 95% Konfidenzintervallobere Grenze 95% Konfidenzintervall
Linear (Trübung FNU)
IntegTaIntegTa
Inhalt
• Ausgangspunkt
• Problemstellung und Zielsetzung
• Bisherige Untersuchungen
• Vorgehensweise im Gesamtprojekt
IntegTaIntegTa
IntegTa
Weiterentwicklung/Neuentwicklung von Modellen für die Teilbereiche und Integration in neues Werkzeug
Integration von
• Wassermengenmodell
• Wassergütemodell
• Fließgewässermodell
• Modell Trinkwasseraufbereitung
Anforderungen an Entscheidungshilfewerkzeug
IntegTaIntegTa
Anforderungen an Entscheidungshilfewerkzeug
vorzugebender realistischer Ausgangszustand
Vorgabe nicht akzeptabler Zustände (z.B. zu geringer Hochwasserschutz, sehr hoher Aufwand für Trinkwasseraufbereitung)
Berücksichtigung nicht vorhersagbarer Ereignisse (z.B. Starkregen, lange Trockenheit)
Simulation: Auswirkungen verschiedener Bewirtschaftungsstrategien auf:
WassermengeWasserqualitätWasseraufbereitungFließgewässerökologie
Bewertung der Ergebnisse
IntegTaIntegTa
Entscheidungshilfewerkzeug
Simulation WassermengeOptimierung Menge
Simulation Fliessgewässer
Qin, Qout
Evaluation des Gesamtsystems
Verletzungs-Wahrscheinlich-keiten + Ursachen
Verletzungs-wahrscheinlich-keiten + Ursachen
Gütekriterien
Gütekriterien
JaEnde
SimulationTrinkwasseraufbereitung
Optimierung TWA
Gütekriterien
Simulation Wassergüte
Stochastik Extremereignisse
Regelwerk Güte, Menge, Fließ-gewässer, Trinkwasseraufbereitung
Kriterienverletzung?Überschreitung Toleranzbereich?
Nein
IntegTaIntegTa
IntegTa Arbeitspakete
AP 9Optimierung A
P 1
0
P r
o j
e k
t k
o o
r d
i n
a t
i o
n
AP 2LC-OND-Detektor
AP 5Berücksichtigung Extremereignisse
AP 7Anlagentechnik
AP 6Wasserversorgung
AP 8Fließgewässerqualität
AP 4Wassermenge
AP 3Wassergüte
AP 1Daten- und Systemanalyse
IntegTaIntegTa
IntegTa - Teilprojekte
Wassermengen- und GütebewirtschaftungSYDRO Consult GmbH
Meteorologische und hydrologische ExtremereignisseTU Dresden, Ökologische Station Neunzehnhain
TalsperrenwassergüteTU Dresden, Institut für Hydrobiologie
Fließgewässerökologie, Wasser- und StoffhaushaltUniversität Kassel, CESR
WasserversorgungTU Dresden, Institut für Siedlungs- und Ind.-wasserwirtschaft
Entwicklung LC-OCD/OND-DetektorDOC-Labor Dr. Huber
Anlagentechnik – Direkte NanofiltrationKrüger WABAG GmbH
IntegTaIntegTa
IntegTa – unterstützende Projektpartner
DREWAG Stadtwerke Dresden GmbH
Landestalsperrenverwaltung (LTV)
Wasserversorgung Weißeritzgruppe GmbH
(WVW)
IntegTaIntegTa
IntegTa – Projektträger
gefördert vom:
Projektträger:
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Projektträger Karlsruhe
Wassertechnologie und Entsorgung (PTKA-WTE)
Außenstelle Dresden
IntegTaIntegTa
Studienobjekt
TS Klingenberg
TS Lehnmühle
Zwischengebiet:Ae = 29 km²Qm = 0,34 m³/s
Ae = 60 km²Qm = 1,11 m³/s
TS Flaje (CSZ)
TS Rauschenbach
TS Lichtenberg
Vorsperre
Umgehungsstollen 3km langQmax=30m³/s
Pumpwerk(nicht ansetzen)
RevierwasserlaufanstaltFreiberg
Weiher60ha1,6 Mio.m³
40 l/s+15 l/s
NWA:150 l/s
50 l/s
1000 l/s
TW Abgabe (Dresden 800l/s + Weisseritz Verband 200l/s)
75 l/s Überleitung
Mindestabgabe
Mindestabgabe
Überleitung Rgl = 250 l/s
Überleitung
Qmax=350l/s
Rauschenfluss
Aeg = 70,2 km²Ae = 27,4 km²Qm = 600 l/s
Ae = 42,8 km²Qm = 820 l/s
SYDRO Consult GmbH (2009)