Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis ...

1.1 Problemstellung 3
wirtschaftungsalternativen eine optimale auszuwählen, die beispielsweise einen angestrebten Zustand
mit minimalem Aufwand herstellt. Ein zur Ausweisung von Wasserschutzgebieten alternativer Ansatz
beinhaltet daher die Konzentration von Maßnahmen auf Teilgebiete, durch deren Nutzung einen
größtmöglichen Einfluss auf die Wasserqualität ausgeübt wird. Die Suche nach besonders sensitiven
Teilflächen ist dabei eine wesentliche Voraussetzung zur Lösung derartiger Konflikte. Solche Fragestellungen
können durch hydrologische Modelle allein jedoch nicht bearbeitet werden. Sie können
zwar gegebene Szenarien hinsichtlich der Erfüllung der Aufgabenstellung bewerten, nicht aber zielgerichtet
nach Lösungen suchen. Ein schwerwiegendes Problem bei der Suche stellt die Berücksichtigung
topologischer Beziehungen zwischen den Flächeneinheiten dar, die für eine realitätsnahe Modellierung
der natürlichen Verhältnisse unabdingbar ist. Hinzu kommt bei der Bearbeitung praktischer
Problemstellungen eine mitunter große Anzahl solcher Einheiten sowie ein hoher Detailliertheitsgrad
der modellierten Prozesse. Ein Verfahren zur Bearbeitung derartiger Problemstellungen muss daher
in der Lage sein, zum einen gezielt nach optimalen Lösungsalternativen zu suchen und zum anderen
topologische Beziehungen, große Datenmengen sowie detaillierte Prozessbeschreibungen zu verarbeiten.
Da, wie bereits erläutert, die Auswahl der Maßnahmen zur Erhöhung der Wasserqualität in der Praxis
immer unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte erfolgt, müssen die Kosten zur Realisierung
dieser Maßnahmen ebenfalls in die Suche mit einbezogen werden. Demnach lassen sich bei
der Suche nach einem optimalen Bewirtschaftungszenario für das Einzugsgebiet grundsätzlich zwei
Problemstellungen unterscheiden:
1. Bei gegebenen Kosten soll die Wasserqualität maximiert werden.
2. Die Kosten zur Realisierung einer festgeschriebenen Wasserqualität sollen minimiert werden.
Allgemein stellt diese Problematik ein klassisches multikriterielles Optimierungsproblem mit gegenläufigen
Zielsetzungen dar. Im gewählten Anwendungsfall, der die Funktionstüchtigkeit des neu entwickelten
Verfahrens unter Beweis stellen soll, ist die Minimierung des anthropogenen Stickstoffeintrags
in eine Talsperre in Interaktion mit den dadurch verursachten Kosten geplant. Der Eintrag
von Stickstoffverbindungen in Trinkwasserreservoire, der durch die Ausbringung von Dünger auf
landwirtschaftlich genutzten Flächen im Einzugsgebiet bedingt wird, ist ein häufig anzutreffendes
Problem. Einerseits wird dadurch die Wasserqualität und die Nutzbarkeit des Wassers für die Trinkwassergewinnung
infolge hoher Nitratkonzentrationen gefährdet, andererseits ist eine Einschränkung
der landwirtschaftlichen Nutzung aber mit finanziellen Einbußen verbunden. In diesem Fall ist es
daher sinnvoll, verschiedene Maßnahmen zu untersuchen, die den Eintrag von Stickstoff steuern können.
Damit lässt sich sowohl die Wasserqualität als auch die Bewirtschaftung des Einzugsgebietes als
Funktion des Stickstoffeintrags in landwirtschaftlich genutzte Flächen darstellen.
Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht daher die Entwicklung eines Verfahrens, welches in
der Lage ist, unter Berücksichtigung topologischer Beziehungen die Sensitivitäten von Parametern
und Prozessen einzelner räumlicher Einheiten in Bezug auf ein Gesamtgebiet zu bewerten. Auf dieser
Grundlage können dann Szenarien identifiziert werden, die festgelegte Rahmenbedingungen hinsichtlich
ökologischer und ökonomischer Kriterien erfüllen. Übergeordnetes Ziel ist es, hiermit einen
Beitrag zur nachhaltigen Bewirtschaftung landwirtschaftlich genutzter Einzugsgebiete zu leisten.