gwf Wasser/Abwasser Qualität auf den ersten Blick (Vorschau)

NETZWERK WISSEN Dissertation
Strategieentwicklung zur Integration
ressourcenorientierter Abwasserbewirtschaftung
durch mathematische Optimierung
Kurzfassung der Dissertation
Von Inka Kaufmann Alves
Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft, Technische Universität Kaiserslautern
Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt, Technische Universität Kaiserslautern;
Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz, Universität Stuttgart
Die über mehr als 100 Jahre ge -
wachsenen komplexen Strukturen
der Wasserver- und Abwasserentsorgungssysteme
müssen sich
zunehmend neuen Herausforderungen
stellen. Die Forderung nach
einer Anpassung hin zu flexiblen
und nachhaltigen Systemen be -
dingt einen hohen Neu- und
Umbaubedarf im Bestand. Als Alternativen
und Ergänzung bestehender
Systeme werden neben einer
naturnahen Regenwasserbewirtschaftung
auch Neuartige Sanitärsysteme
diskutiert. Eine Umstellung
bestehender Systeme auf Siedlungsebene
findet hierbei allerdings
äußerst selten statt. Hierfür ist die
Erarbeitung von Umgestaltungsstrategien
erforderlich, um finanzielle
Mittel und ökologischen Nutzen
zu optimieren.
In der Dissertation von Inka
Kaufmann Alves wird hierzu ein
multi-kriterielles lineares Optimierungsmodell
entwickelt, in dem
Methoden der Projektplanungsund
Netzwerkflussprobleme verknüpft
werden. Als wesentliche
Nebenbedingung wird die Einhaltung
der Funktionsfähigkeit der sich
wandelnden Systeme und als Zielfunktionen
werden ökonomische
und ökologische Kosten eingeführt.
Lösungen des formulierten mathematischen
Problems sind Paretooptimale
funktionsfähige und zulässige
Strategien der weitreichenden
Integration einer ressourcenorientierten
Abwasserbewirtschaftung.
Als Ergebnis liegt ein Instrument
vor, dass die Entscheidungsfindung
zur Umgestaltung von bestehenden
siedlungswasserwirtschaftlichen
Infrastrukturen unterstützt
und mögliche Kosten und Folgewirkungen
zeitlich und räumlich differenziert
aufzeigen kann.
Das Optimierungsmodell wurde
an zwei Untersuchungsgebieten
angewandt und optimale Umgestaltungsstrategien
zu unterschiedlichen
nachhaltigen Zielzuständen
analysiert sowie eine Sensitivitätsanalyse
bezüglich wichtiger Optimierungsparameter
durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die
generelle Umsetzbarkeit einer weitreichenden
Teilstromseparation ge -
währleistet ist, wenn neue Elemente
zur Bewirtschaftung, Behandlung
und Ableitung zeitlich optimiert
integriert werden. Mögliche Umgestaltungen
werden keine linearen
Anpassungen an Zielwerte, Veränderungen
von Umweltauswirkungen
oder Kostenflüsse verursachen.
Es ergeben sich vielmehr über den
Umsetzungszeitraum veränderliche
Verläufe, die je nach Zielgewichtung
von ökonomischen und ökologischen
Kosten große Wirkungen zu
Beginn oder zum Ende der Betrachtungsdauer
zeigen. Vor allem die
Gewichtung der beiden Kostenarten
und die Auswahl der zu minimierenden
ökologischen Kriterien
haben einen großen Einfluss auf die
gefundenen Umgestaltungsstrategien.
Die jeweiligen Empfehlungen
zum Umgestaltungszeitraum, der
Zielgewichtung und zur allgemeinen
Vorgabe der Optimierungskriterien
leiten sich vor allem aus der
Veranlassung für eine Systemtransformation
ab. Die für den spezifischen
Anwendungsfall optimale
Umgestaltungsstrategie kann sich
nur durch Diskussion mit den Entscheidungsträgern
vor Ort ergeben.
Das Modell hat sich hierbei als sehr
gut geeignetes Werkzeug zur Analyse
der Systeme herausgestellt.
Es konnte gezeigt werden, dass
eine Erweiterung derzeitiger Bewertungsmethoden
hin zu Methoden,
die zeitlich und räumlich differenzierte
Aussagen für den ökologischen
und ökonomischen Zustand
ermöglichen, erforderlich ist. Die
alleinige Planung und Betrachtung
des zukünftigen Systemzustandes
ist nicht ausreichend zur Beurteilung
der Wirkungen einer weitreichenden
Implementierung ressourcenorientierter
Abwasserbewirtschaftungskonzepte.
Die Dissertation ist erschienen als Band 34
der Schriftenreihe des Fachgebietes Siedlungswasserwirtschaft
an der Technischen
Universität Kaiserslautern (zu beziehen
über silja.worreschk@bauing.uni-kl.de).
Januar 2013
62 gwf-Wasser Abwasser