Entwicklung eines Bewertungs- und Entscheidungsunterstützungssystems für eine nachhaltige regionale Grundwasserbewirtschaftung

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit folgenden Fragestellungen: - Was versteht man grundsätzlich unter einer nachhaltigen, regionalen Grundwasserbewirtschaftung? - Wie lässt sich die Nachhaltigkeit der Grundwasserbewirtschaftung quantifizieren? - Welche Möglichkeiten gibt es, die Grundwasserbewirtschaftung dahingehend zu analysieren, dass fundierte Vorschläge für eine Verbesserung der nachhaltigen Bewirtschaftung formuliert werden können?

Ziel dieser Arbeit ist schließlich die Entwicklung eines praxisnahen Verfahrens zur Bewertung der Nachhaltigkeit einer regionalen Grundwasserbewirtschaftung ohne regionsspezifische Einschränkungen. Damit wird ein Werkzeug zu Verfügung gestellt, mit dem nicht-nachhaltige Entwicklungen frühzeitig sachlich und räumlich identifiziert und Handlungsoptionen zur Verbesserung der Situation bestimmt werden können.

Zunächst werden aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Definitionen für den Begriff der Nachhaltigkeit vorhandene Ansätze zur Beschreibung einer nachhaltigen Grundwasserbewirtschaftung diskutiert sowie deren Defizite bei der quantitativen Erfassung identifiziert. Daraus wird ein umsetzungsfähiges Konzept zur Darstellung nachhaltiger Grundwasserbewirtschaftung abgeleitet. Dieses Konzept basiert auf sogenannten Hypothesen, welche unterschiedliche Ziele und Anforderungen an die Grundwasserbewirtschaftung formulieren. Darüber hinaus ist die Abbildung unterschiedlicher Interessen verschiedener Anspruchsgruppen möglich.

Im nächsten Schritt wir dann eine Methodik zur quantitativen Erfassung und Bewertung dieser Hypothesen entwickelt. Dabei tragen die Zuweisung von Indikatoren sowie deren Darstellung durch unscharfe Mengen wesentlich zum Verständnis und zur Transparenz dieses Ansatzes bei.

Basierend auf der entwickelten Methodik wird schließlich der Prototyp eines praxisnahen Entscheidungsunterstützungssystems aufgebaut. Wesentliche Funktionen dieses computergestützten Systems sind die Eingabe und Verwaltung der Hypothesen und Anspruchsgruppen, die Berechnung und Bewertung der Systemzustände, sowie die Analyse der Systemzustände unter Berücksichtigung verschiedener Bewirtschaftungsszenarien bzw. die Optimierung derselben. Abschließend wird das Entscheidungsunterstützungssystem auf die Grundwasserbewirtschaftung im Rhein-Neckar-Raum, für die aufgrund einer vorangegangenen Studie Vergleichsdaten vorliegen, erfolgreich angewendet.

The scope of the present work is to provide answers to the following questions: - What defines sustainable groundwater resources management on a regional scale? - How can the sustainability of groundwater resources management be quantified? - What are possible methods or procedures for analysing sustainable groundwater resources management in order to formulate sound measures for improving the sustainability of the regional water resources management plan?

Based on these questions, the main objective of this thesis is the development of a practical method for the assessment of the sustainability of regional groundwater resources management irrespective of specific regional constraints. A tool is provided that allows an early spatial and factual identification of unsustainable developments and that is able to suggest options to improve the situation.

Starting from the multitude of definitions for sustainability in general, existing approaches specifically describing sustainable groundwater management are discussed and their deficits on the quantification of sustainability are identified. As a result, a practically-oriented concept to describe sustainable groundwater resources management is derived. This concept is based on so-called hypotheses that reflect objectives and requirements of groundwater resources management. Additionally, diverse interests of different stakeholders can be considered.

The next step is to develop a methodology that enables the measurement and assessment of these hypotheses. The allocation of different types of indicators and the representation with fuzzy sets substantially enhance the understanding and transparency of this approach.

Based on this methodology, a software prototype of an applicable decision support system (DSS) is developed. This DSS includes numerical models, mathematical methods, and visualisation capabilities in order to support the decision makers during the process of decision making. The specific functionality comprises of input and management of hypotheses or sustainable groundwater resources management, calculation of system states and assessment of system properties, and analysis of system properties with respect to different management scenarios respective to management optimisation. Finally, the DSS is successfully applied to the groundwater management in the Rhine-Neckar-Region, for which an earlier study provided comparative data.